CAPITULO III. EROSION HIDRICA

3.1SIGNIFICADO DE EROSIONEs un proceso destructivo de los materiales de la corteza terrestre por accin de los procesos geolgicos, que implica fracturamiento, fisuramiento, alteracin fsica y/o qumica hasta el momento de arranque de los materiales sin considerar el transporte. Los agentes erosivos son: agua, viento y el hombre mismo.

3.2MECANISMOS DE LA EROSION POR EL AGUALos pasos principales de la erosin son: la accin del agua en el suelo, el desprendimiento de las partculas y su transporte

El desprendimiento se produce por el impacto de gotas de lluvia El transporte es el movimiento o traslado del suelo por el agua de escorrenta, llevndolo de un lugar a otro.

3.3CLASIFICACION O FORMAS DE EROSION HIDRICA

3.3.1EROSION POR ESCURRIMIENTOCuando el agua de la lluvia no alcanza a infiltrarse en el suelo, fluye por la superficie de terrenos pendientes (escorrenta), arrastrando el suelo desprendido. Segn sean la pendiente, la cantidad de agua y la clase de suelo, se presentan diferentes formas de esta clase de erosin.

a) ESCURRIMIENTO DIFUSOEs un tipo de erosin llamada normal consistente en desplazamientos cortos de pequeas partculas, o en la formacin de surquillos temporales. Ocurren aun en terrenos con buena cobertura vegetal.

b) EROSION LAMINAREs la erosin ms comn y probablemente la que ms dao hace debido a que es imperceptible. Es la remocin de una delgada capa o lmina de suelo. Aqu el suelo es desprendido por el impacto de las gotas de lluvia. Al trasladarse las partculas del suelo en el agua y cuando hay zonas de sedimentacin, se forman costras sobre la superficie, las cuales muchas veces actan como capas impermeables, disminuyendo as la velocidad de infiltracin y aumentando la escorrenta superficial.

c) EROSION EN SURCOS O CANALESEs causado por el escurrimiento concentrado del agua en surcos ms o menos paralelos, independientes y durables. As, el agua como masa en movimiento suministra la energa para el desprendimiento y transporte del suelo, formando verdaderos surcos o canaletas en la superficie del lechod) EROSION POR CARCAVASCuando la erosin por surcos se acenta se van formando verdaderas zanjas o crcavas, que se presentan donde la topografa permite la concentracin de agua, especialmente donde hay una fuerte pendiente.

3.3.2EROSION PLUVIAL O CORRIENTEEs el transporte de material de las mrgenes y del lecho de las quebradas. La parte externa es la que ms expuesta a la erosin, debido a que la energa del agua se dirige hacia ella.

3.4FACTORES DE LA EROSION HIDRICALos cinco factores responsables de la erosin hdrica de los suelos: Lluvia Suelo Topografa Vegetacin Uso El hombre

3.4.1 FACTORES DE LLUVIA Volumen: cantidad y distribucin Intensidad y duracin Caractersticas de las gotas: tamao, velocidad y energa

Adems del tamao, en el poder erosivo de una lluvia influir su velocidad y energa. La velocidad vara entre 5 - 9 m/seg y la energa (o su cantidad de movimiento) depender de esta velocidad y del tamao de las gotas.

a) EscorrentaDirectamente relacionado con la lluvia tenemos la escorrenta. Que depender de una serie de factores. Intensidad y volumen de las lluvias Infiltracin del suelo Pendiente del terreno Cobertura vegetal Rugosidad de la superficie

La escorrenta (y su poder erosivo) aumentar al: aumentar la intensidad y duracin de las lluvias disminuir la capacidad de infiltracin del suelo aumentar la pendiente del terreno disminuir la cobertura vegetal disminuir la rugosidad de la superficie

b) Coeficiente de escorrentaEn los estudios de erosin es muy interesante conocer qu porcentaje del agua de lluvia se convierte en agua de escorrenta.

El coeficiente de escorrenta se puede calcular de una manera aproximada en funcin de los parmetros del suelo que ms influyen en la escorrenta producida, como son: permeabilidad, cubierta vegetal y pendiente de la superficie. El coeficiente de escorrenta ser mayor al aumentar la impermeabilidad del suelo, disminuir la cubierta vegetal y aumentar la pendiente. As las regiones de suelos sensibles a la erosin por escorrenta sern aquellos que presente suelos arcillosos (baja permeabilidad), con escaso desarrollo de la cobertura vegetal (suelos agrcolas) y con relieves moderados a fuertes (colinas y montaas). En lneas generales podemos recordar que el coeficiente de escorrenta vara entre el 0,30 (para las peores condiciones) y el 0,80 (para suelos muy permeables, recubiertos de vegetacin y en relieves llanos). Un valor medio representativo puede ser 0,5 a 0,7 que representa que del 50% al 70% del agua de lluvia cada pasa a ser agua de escorrenta.

Cuadro N 3.01: Coeficiente de EscorrentaPERMEABILIDADCOBERTURA VEGETALPENDIENTE

10%

SUELO MUY PERMEABLE ( 30% arcilla)SUELO CUBIERTO0.600.650.70

TIERRA CULTIVADA0.700.750.80

3.4.2 FACTOR SUELOEvidentemente un factor a tener en cuenta ser el propio suelo, que dependiendo de sus caractersticas va a presentar muy distinto grado de sensibilidad frente a la erosin adhesin infiltracin

La erodibilidad de los suelos frente a la erosin estar marcada por el poder de adhesin de sus partculas constituyentes y por su capacidad de infiltracin.

Los suelos sensibles a la erosin sern aquellos que tengan sus partculas dbilmente unidas y con una permeabilidad muy baja.a) PermeabilidadAunque la permeabilidad del horizonte superficial es decisiva, tambin es importante la de los horizontes sub superficiales.Como es sabido los suelos pueden presentar cambios texturales y estructurales en su perfil lo que influir en la permeabilidad.Por ejemplo, podemos tener un horizonte superficial arenoso, de alta permeabilidad (Regosol); pero si se trata de un Luvisol los horizontes subsuperficiales sern horizontes Bt, ricos en arcilla y por tanto poco permeables, con lo que la permeabilidad de este suelo ser en su conjunto mucho menor que la del suelo anterior.En general, un cambio textural/estructural representa una discontinuidad para la circulacin del agua que provoca una disminucin del valor de permeabilidad.

Otros factores que influyen son:

b) Estructura. Al formarse los peds estructurales aparecen poros (los terrones estn separados entre s por huecos) que facilitan la infiltracin del agua.

c) Textura. Las diferentes fracciones granulomtricas del suelo presentan distintas tendencias frente a su arrastre por el agua, segn su volumen (superficie de choque frente al deslizamiento del agua de escorrenta) y peso (resistencia al movimiento) y su grado de agregacin (proteccin por la unin a agregados de gran tamao).As los suelos ms erosionables sern los de textura limosa. Menos erosionables: arenas, especialmente las gruesas.Adems, las gravas y las arenas presentan un tamao de grano grande y al acoplarse dejan huecos grandes por lo que resultan suelos permeables. Por el contrario las arcillas con un tamao de partcula muy pequeo forman suelos impermeables.

c) Materia orgnica. Ejerce un importante papel de proteccin debido a ser un agente de agregacin.

d) Pedregosidad Superficial. Las piedras y gravas no son afectadas por el impacto de las gotas de lluvia ni son arrastrables por la escorrenta. Adems protegen al suelo que tienen debajo.

e) Rugosidad de la superficie. Representa un freno al deslizamiento de la escorrenta quitndole poder erosivo.

Resumiendo, podemos preguntarnos cuales ser los suelos ms sensibles a la erosin hdrica. Pues por lo expuesto anteriormente podemos decir que sern los que presenten: texturas limosas, poco estructurados, con bajos contenidos en materia orgnica, baja permeabilidad, sin piedras ni gravas y con la superficie del terreno lisa.3.4.3 FACTOR TOPOGRAFICOLa influencia de la inclinacin sobre la erosin producida en el suelo ha sido demostrada por numerosas experiencias en el campo En esta experiencia se ha trabajado con cuatro parcelas. En cada una de ellas era constante la textura del suelo, el cultivo, la lluvia y la longitud de la pendiente, variando slo la inclinacin.

Inclinacin de la pendiente Longitud de la pendiente Forma de la pendiente

a) Inclinacin crticaMximo valor de inclinacin de la pendiente para que no se produzca erosin en una determinada regin geogrfica (con iguales lluvias, suelo, vegetacin y uso)

b) Forma del TerrenoFinalmente otra caracterstica topogrfica que influye es la forma del terreno. A la forma cncava de la derecha le corresponder un valor de erosin bajo (por ejemplo, 0,75), ya que el mximo caudal discurre por la zona de menor inclinacin.

3.4.4 FACTOR VEGETACIONCuatro acciones principales: Proteccin impacto gotas Agregacin por sus residuos Facilita infiltracin Frena la escorrenta

3.4.5 FACTOR EXPLOTACION Y USO Cultivos Manejo del suelo

Los cultivos, segn especie, densidad, necesidades, rotaciones, etc. y el manejo del suelo, fitosanitarios, laboreo (tipo, intensidad, maquinaria, aperos, ) ejercen un papel primordial en la erosin de los suelos hasta el punto de que podemos sealar al uso del suelo como la nica causa responsables de la erosin de nuestros suelos.

Los suelos vrgenes nunca (o prcticamente nunca) presentan erosin, mientras que esta degradacin es omnipresente en las tierras cultivadas.

3.4.6 FACTOR HUMANOEl hombre es el agente principal y decisorio en todo proceso erosivo, debido fundamentalmente a su rol y participacin en el manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, agua, suelo y cubierta vegetal.

3.5EFECTOS DE LAS PRCTICAS CONSERVACIONISTAS EN LOS PROCESOS EROSIVOSMediante las prcticas de conservacin de suelos, se modifican los factores del proceso erosivo. Con ello se logra: Proteger la superficie del suelo contra el impacto directo de las gotas de lluvia y el arrastre de agua de escorrenta. Disminuir o anular la concentracin de agua Aumentar la capacidad de infiltracin del suelo para reducir la cantidad de escorrenta. Reducir o anular la velocidad del agua de escorrenta por efecto de la disminucin de longitud y grado de la pendiente de la ladera. Construccin de sistemas mecnicos estructurales: surcos en contorno, terrazas, andenes, acequias de infiltracin, diques para el control de crcavas o el establecimiento de barreras vivas o cubierta vegetal.

3.6PRINCIPIOS BASICIOS DE CONTROL DE LA EROSION HIDRICAPara que una prctica de control de la erosin hdrica sea efectiva debe cumplir los principales requisitos: Anular o minimizar la velocidad del agua Anular o minimizar el escurrimiento del agua sobre la superficie del suelo. Proteger la superficie del suelo contra la erosin Aumentar la infiltracin del agua en el suelo.

Aplicando estos principios bsicos se logra un efectivo control de erosin hdrica. En caso contrario, se recomienda una revisin de la prctica conservacionista ubicando las fallas para corregirlas. El mtodo ms adecuado para evaluar la efectividad de estas prcticas, es la observacin durante las lluvias o inmediatamente despus de ocurridas estas.

3.7LA FORMULA UNIVERSAL DE PERDIDA DE SUELO FUPS

3.7.1 INTRODUCCIONLa FUPS es un criterio emprico, y, por la generalidad de su concepcin, es el mejor enfoque disponible para la cuantificacin de la prdida de suelo en las parcelas. Dicho criterio ha sido modificado para calcular tambin la prdida de suelo en cuencas Gracia, (4).

3.7.2LA FUPS APLICADA A PARCELASEn este criterio, originalmente propuesto por Wischmeier y Schmidt (1958), La ecuacin principal es, en sistema mtrico e ingls, la siguiente:

Donde:ET= Prdida media anual de suelo (ton/ha-ao), o (ton/acre-ao)R= Factor que toma en cuenta el potencial erosivo de la lluvia (N/hr-ao), o(EIu/ao=100(ton/acre)(in/hr))K= Factor que toma en cuenta el tipo de suelo (ton-hr/N-ha), o (ton/acre-EIu)SL= Factor de longitud y pendiente de terreno (adim).C= Factor de cobertura vegetal (adim).P= Factor de prcticas de cultivo y conservacin de suelos (adim)

Una de las dificultades para emplear la FUPS, radica, en la inconsistencia de las unidades empleadas, pues mientras el criterio original ha sido propuesto en unidades inglesas, la transformacin a sistema mtrico no es trivial, pues se debe tomar en cuenta que los nicos factores que determinan las unidades de prdida de suelo son R y K, por lo cual ambos deben emplearse en unidades compatibles, evidentemente una alternativa para resolver este problema sera determinar todos los factores en unidades inglesas y calcular la prdida de suelo empleando la ecuacin:

A= (ton/km2-ao)R= unidad inglesaK= unidad inglesa

3.7.2.1FACTOR R: EROSIVIDAD DE LAS LLUVIASRepresenta la capacidad potencial de las lluvias para generar erosin y es funcin de las caractersticas fsicas de las mismas (intensidad, duracin, velocidad y tamao de las gotas). Se define como el producto de la energa cintica (E) de un aguacero y su mxima intensidad en un intervalo de 30 minutos (I). El factor R resulta de promediar totales anuales de E*I para un perodo de por lo menos 20 aos.

Criterio de Clculo de RLa determinacin de este factor es difcil y como es uno de los ms importantes, pues las unidades de aporte de material solido aqu estn incluidas (y en K), los errores cometidos en su determinacin repercuten de manera importante en la cuantificacin final.Este factor depende del producto de la energa cintica de la lluvia por la intensidad mxima en 30 minutos (EI30). En sistema mtrico y para una sola tormenta, R se puede determinar cmo:

Donde:R= ndice de erosividad por precipitacin pluvial.Ij= Intensidad de la precipitacin pluvial para un incremento especifico seleccionado de la intensidad (mm/hr)Tj= Periodo de incremento seleccionado de la tormenta especifica (hr)I30= Intensidad mxima de la tormenta durante 30 minutos (mm/hr)

Para obtener el valor de R en N/hr, es necesario multiplicar el valor de R de la frmula por 1.702. Cuando la duracin de la tormenta es menor de 30 min, I30 se toma igual al doble de la precipitacin.

Para los EUA, existen mapas que permitan obtener (periodos anuales) el valor de R (50 < R < 550) en la zona este (en unidades EIu). Desafortunadamente no existe esta informacin para otros sitios, salvo calibraciones particulares.

Una forma alternativa de evaluar R (para una sola tormenta) es emplear el criterio de Foster, quien propone:

Donde:R1= Factor hidrolgico (N/hr)R= Factor EI30 de la tormenta (ecuacin 4.3) (N/hr)Vu= Volumen de escurrimiento (mm)pu= Gasto de pico de escurrimiento (mm/hr)

Otros Criterios de clculo de R:El mtodo de Wischmeier y Smith se basa en el anlisis de fajas pluviomtricas para una serie de por lo menos de 20 aos. A los fines prcticos la ausencia de esta informacin en las estaciones meteorolgicas ha limitado la aplicacin de esta metodologa y gener la necesidad de encontrar mtodos alternativos del factor R, la USDA en 1992 acept el empleo de aproximaciones a ese valor.

a. Mtodo de Arnouldos (1978), basados en trabajos de Fournier, en una frmula prctica que utiliza una frmula obtenida por regresin lineal en la cual correlacion valores conocidos de R con las lluvias medias anuales:

Donde:R= Factor de erosividad de las lluvias (MJ-mm/ha-hr)a, b= Constantes de condiciones climticas(p2/P)=Indicie modificado de Fournier o ndice de FAO.p= Precipitacin media mensual (mm)P= Precipitacin media anual.

b. Relacin de Wischmeier y Smith:

Donde:R= Factor de erosividad de las lluvias (unidades inglesas)(P24)2aos= Precipitacin mxima en 24 horas para tiempo de retorno de 2 aosP6= Lluvia mxima de duracin de 6 horas.

c. Relacin propuesta por D.F. Campos:

Donde:R= Factor de erosividad de las lluvias (unidades inglesas)(P24)10aos= Precipitacin mxima en 24 hr para tiempo de retorno de 10 aosP6= Lluvia mxima de duracin de 6 horas.

d. Relacin propuesta por J.L. Sanchez:

Donde:R= Factor de erosividad de las lluvias (unidades inglesas)(P24)100aos= Precipitacin mxima en 24 hr para tiempo de retorno de 100 aosP1= Lluvia mxima de duracin de una hora.3.7.2.2 FACTOR K: ERODABILIDAD DEL SUELORepresenta la susceptibilidad del suelo a ser erosionado. Algunos se erosionan ms rpidamente que otros an cuando las pendientes, lluvia, cobertura y prcticas de manejo sean las mismas, debido a las propiedades intrnsecas del suelo

Los valores propuestos en la versin original, varan de 0.05 a 0.6 (ton/acre-EIu). Si se desean los valores de K en el sistema mtrico (kg-hr/N-m2), es necesario multiplicar el valor en unidades inglesas por 0.1317.

En cuadro N 3.02 se muestran los valores de K (en unidades inglesas) para diferentes tipos de suelo. Dichos valores son promedios.

Cuadro N 3.02: Valores Generales del factor K en (Unidades inglesas)TexturaContenido de Materia Orgnica

0.5 %2.0 %4.0 %

KKK

Arena0.050.030.02

Arena fina0.160.140.10

Arena muy fina0.420.360.28

Arena migajonosa0.120.100.08

Arena fina migajonosa0.240.200.16

Arena muy fina migajonosa0.440.380.30

Migajn arenoso0.270.240.19

Migajn arenoso fino0.350.300.24

Migajn arenoso muy fino0.470.410.33

Migajn0.380.340.29

Migajn limoso0.480.420.33

Limo0.600.520.42

Migajn arcilloso arenoso0.270.250.21

Migajn arcilloso0.280.250.21

Migajn arcilloso limoso0.370.320.26

Arcilla arenosa0.140.130.12

Arcilla limosa0.250.230.19

Arcilla0.13 - 0.29

FUENTE: JESUS GRACIA SANCHEZ-PERDIDA DE SUELOS EN CUENCAS, 1994

Existe la frmula ms exacta para el clculo de K considerando la estructura y permeabilidad. Todos estos datos se refieren a los 20 cm superficiales del suelo, excepto la permeabilidad que es para todo el perfil.

Donde:K= Factor erodabilidad del suelo, en comparacin con las medidas en una parcela patrn de 22,13 m de largo, 9 % de pendiente, en barbecho y labranza continua (ton M/J-mm).M = (% de limo + % de arena) x (100 % de arcilla), del (triangulo textural)b = Nmero correspondiente a la estructura del sueloc = Nmero por clase de permeabilidad del perfil del suelo.MO= % de materia orgnica.

Fig. N 3.01: Tringulo textural para determinar clases de permeabilidad

(FUENTE: TRAGSA 1998 EN GARCA RODRGUEZ, J. L. 2007)

Posteriormente, Wischmeier y Smith (1978), establecieron un nomograma para el clculo de este factor, en el que se incluyen los parmetros anteriores (Figura 3.02).RH-552: CONTROL DE EROSION Y DEFENSAS RIBEREAS CAPITULO III: EROSION HIDRICA

24E. F. P. Ingeniera Agrcola UNSCH Ing. ngel Y. Urbano Martnez

Fig. N 3.02: Nomograma de Wischmeier para determinar el Factor K.

FUENTE: (USDA 1976, EN VILLANUEVA, OSINAGA Y CHAVEZ, 2002)

7.2.2.3FACTOR SL: LONGITUD Y GRADO DE LA PENDIENTEEs posible determinar separadamente el factor S (de pendiente) y L (longitud), sin embargo se ha observado que ambos factores estn ntimamente relacionados, se acostumbra determinarlos simultneamente.

La longitud se define como la distancia desde el punto de origen del flujo (sobre la superficie de aporte) hasta el punto donde la pendiente disminuye lo bastante como para que ocurra el depsito, o bien, hasta que el punto en que el escurrimiento entra en cauce bien definido. La pendiente ser la que tenga dicha longitud (L) (o la del terreno) y generalmente se expresa como un porcentaje.

La ecuacin para determinar SL es la siguiente:

Donde:X= Longitud del tramo de pendiente S, en (m)S= Pendiente en (%)m= Constante que depende del terreno, y se determina sabiendo que:

Cuadro N 3.03: Valor de mValor del constanteCondicin

m = 0.5S >= 5%

m = 0.45% < S < 3%

m = 0.33%