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Manejo integral de cuencas 2011

Erosión y conservación de suelos

Erosión de suelos y Aplicación del USLE

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Erosión
Erosión: proceso de desagregación de

partículas del suelo y arrastre de las mismas.
Movimiento de partículas del suelo desde un lugar a otro bajo influencia del agua o viento.
“Erosión es un proceso de desprendimiento y transporte de partículas del suelo por agentes erosivos” (Ellison, 1944)

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Erosión

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Erosión


Erosión pérdida selectiva de Erosión: materiales del suelo, por desprendimiento y arrastre.




Erosión hídrica: hídrica por acción del agua.




Erosión eólica: eólica por acción del viento.




Erosión geológica: geológica: proceso lento de efectos apreciables tras un largo plazo a escala geológica (miles a millones de años).




Erosión acelerada o antrópica: antrópica artificial, de desarrollo muy rápido; debida generalmente a acción del hombre. 2011

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Factores que determinan erosión
Erosividad, capacidad potencial de lluvias de causar erosión;
Erodabilidad, susceptibilidad del suelo a ser erosionado;
Topografía, según inclinación (S0) y longitud (L) de pendiente.
Cobertura, vegetación natural, o de cualquier otro tipo, que protege el suelo;
Manejo, del suelo, agua, cultivos; sobrepastoreo y deforestación. 2011

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Factores de erosión

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Tipos de erosión hídrica
Erosión laminar;
Erosión por surcos;
Erosión por cárcavas;
Erosión fluvial. 7

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Tipos de erosión hídrica Erosión laminar

Erosión por surcos

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Erosión por cárcavas

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Tipos de erosión hídrica

Erosión laminar Erosión por surcos Erosión por cárcavas Erosión fluvial

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Erosión laminar
Es una erosión superficial. Después de una lluvia es posible que se pierda una capa fina y uniforme de toda la superficie del suelo como si fuera una lámina.

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Erosión laminar
Es forma más peligrosa de erosión hídrica ya que esta pérdida, al principio casi imperceptible, sólo será visible cuando pasado un tiempo aumente su intensidad.

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Erosión laminar

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Erosión por surcos
Es fácilmente perceptible debido a formación de surcos irregulares favoreciendo remoción de parte superficial del suelo. Este tipo de erosión puede ser controlada. Caso contrario proceso avanza y llega a etapa de cárcava.

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Erosión por surcos

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Erosión por surcos

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Erosión por cárcavas Consiste en pérdidas de grandes masas de suelo formando surcos de gran profundidad y largo trayendo como consecuencia: 1. Pérdida de suelo. 2. Cambio en régimen térmico. 3. Pérdida en calidad del relieve. 4. Pérdidas en capacidad de reserva de agua. 5. Proceso se ve favorecido en sitios frágiles por presión de pastoreo y malas prácticas de manejo. 2011

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Erosión por cárcavas

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Erosión fluvial

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Acción erosiva de un río se debe a energía del agua.18

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Erosión fluvial
Es capaz de arrancar trozos de roca que, al ser arrastrados por corriente, actúan como un martillo sobre cauce del río, desprendiendo nuevos fragmentos.

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Erosión fluvial
Como cauce no es regular, se suelen producir remolinos que arrastran arenas y gravas, puliendo fondo del río y creando cavidades.

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Erosión por movimiento de masas

Derrumbes

Deslizamientos 2011

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Erosión por movimiento de masas

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Remoción en masa
Movimientos del terreno, suelo o roca, que se desplazan sobre pendientes debido a factores naturales (erosión, sismos, factores climáticos) o acciones humanas (tala, cortes del suelo, carreteras, etc). 2011

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Caídas o derrumbes
Caída de una franja de terreno que pierde estabilidad; generalmente es rápido y violento.

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Flujos (huaycos)
Son movimientos de material litológico de textura fina y gruesa que se desplazan a lo largo de una superficie o Flujos de lodo; o Flujos de tierra; o Flujo de detritos; o Flujo de escombros. 2011

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Flujos

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Reptación
Consiste en movimientos muy lentos o extremadamente lentos del suelo subsuperficial sin una superficie de falla definida.
Generalmente el movimiento del terreno es de pocos centímetros al año y afecta grandes áreas del terreno. 2011

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Deslizamientos

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Deslizamientos

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Medición de erosión
Directamente en lugar donde ocurre, midiendo profundidad de remoción de suelo;
Modelación, con simuladores de lluvias sobre cama de suelo y medida de su efecto (Parcelas de escorrentía);
Monitoreo de descargas de sedimentos (durante transporte), de precisión
Estimaciones empíricas, como cuestionable, no todos los Ecuación Universal sedimentos llegan a un curso de de Pérdida de Suelo agua; 2011

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Parcelas de escorrentía
Se instalan para

determinar erosión y escorrentía del suelo en pequeñas áreas, evaluando influencia que sobre ellas tiene inclinación y largo de pendiente, tipo de suelo, tipo de cobertura vegetal, prácticas de conservación, etc. 2011

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Parcelas de escorrentía  Son rectangulares, orientadas con su longitud

en sentido de máxima pendiente.  Bordes de éstas se pueden construir con láminas de metal o planchas de madera, incrustadas de 0,15 m a 0,20 m bajo tierra y sobresaliendo 0,10 m a 0,15 m sobre superficie del terreno. 2011

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Parcelas de escorrentía  En extremo más bajo de parcela se instala un

colector y un equipo para concentrar agua de escorrentía y suelo erodado, pudiendo construirse con diferentes materiales.

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Predicción de erosión de suelos Existen varios modelos simples y complicados para predecir erosión a nivel de suelo, parcelas, campo y cuencas. Algunos de estos modelos son simples ecuaciones que calculan promedio anual de erosión en desembocadura de una cuenca. Existen varios métodos para estimar erosión hídrica y eólica del suelo, para predios desde menos de 1 ha hasta cuencas de varios cientos de km2. 2011

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Erosión laminar y en surcos Pueden usarse varios métodos empíricos para calcular erosión total laminar y en surcos en un segmento de pendiente, entre los más importantes:
Ecuación Universal de Pérdida de Suelos (Universal

Soil Loss Equation, USLE).. Wischmeier y Smith, 1978;
Ecuación Universal Revisada de Pérdida de Suelos

(Revised Universal Soil Loss Equation - RUSLE);
Ecuación Universal Modificada de Pérdida de

Suelos (Modified Universal Soil Loss Equation MUSLE). 2011

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Ecuación Universal de Pérdida de Suelos (USLE)
Utiliza seis factores: erosividad de lluvia (R R), erodabilidad del suelo o susceptibilidad de erosión del suelo (K), longitud de pendiente (L), inclinación de pendiente (S), cobertura vegetal y manejo de cultivos y residuos (C), y prácticas de conservación (P), para estimar pérdida de suelos promedio (A) por período de tiempo representado por R, generalmente un año: A = R K L S C P 2011

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A = R K L S C P A: Pérdida de suelos, suelos expresada en unidades seleccionadas para K y período seleccionado para R (ton/ha/año) ton/ha/año). R: Factor de lluvia y escurrimiento, escurrimiento número de unidades de índice de erosión pluvial (EI), más un factor para escurrimiento por derretimiento de nieve o aplicación de agua. EI para una tormenta es producto de energía total de tormenta (E) y su máxima intensidad en 30 minutos (I30). 2011

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A = R K L S C P K: Erodabilidad del suelo, factor de susceptibilidad a erosión del suelo, tasa de pérdida de suelos por unidad EI para un suelo específico, medido en parcela de terreno estándar (22,13 m de largo, 9% pendiente, en barbecho y labranza continua). L: Factor de longitud de pendiente, pendiente proporción de pérdida de suelos en largo de pendiente especifica con respecto a un largo de pendiente estándar (22,13 m). 2011

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A = R K L S C P S: Factor de inclinación de pendiente, pendiente proporción de pérdida de suelos de una superficie con una pendiente especifica con respecto a una pendiente estándar de 9%. C: Factor de cobertura, cobertura proporción de pérdida de suelo en una superficie con cobertura y manejo especifico con respecto a otra idéntica en barbecho, con labranza continua. P: Factor de prácticas de conservación, conservación proporción de pérdida de suelo con una práctica de conservación (cultivos en contorno, barreras vivas, etc), con respecto a aquella con labranza en sentido de pendiente. 2011

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Ecuación Universal de Pérdida de Suelos - USLE
FAO considera pérdida tolerable entre 2,2 y

11,2 tn/ha/año, según profundidad del perfil, correspondiendo primer valor para perfiles de hasta 25 cm, y segundo para perfiles de profundidad mayor a 150 cm.
Aplicación de Ecuación Universal de Predicción

de Pérdidas de Suelo permite establecer pérdidas para diferentes alternativas de uso y manejo propuestas. 2011

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EJEMPLO PRACTICO

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Distribución promedio mensual del índice de erosión de las lluvias en base a 9 años de registros MESES Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre R

PROM = E*I 12.33 11.08 11.42 2.39 5.92 0 0 0 0 11.9 4.96 11.52 71.52

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Se tiene un terreno cerca de la estación de Huayao (Margen derecha del rio Mantaro), a pocos kilómetros de la ciudad de Huancayo. El terreno tiene una longitud de 60 m. en el sentido de la mayor inclinación de la pendiente que es de 8%. El sistema de cultivos es una rotación de tres años papa, cebada, lentejas, igual a aquella que se da como ejemplo en el procedimiento para calcular C . Las separaciones de labores se hacen aproximando los surcos en contorno pero con cierta pendiente para facilitar el drenaje superficial hacia un desagüe natural protegido con vegetación permanente. El suelo es de estructura fina granular , permeabilidad moderada, 2% de materia organica y de textura franco limoso; con 70% de limo mas arena fina y 10% de arena (entre 0.1 y 2.0 mm de diámetro equivalente de partículas). SOLUCION 1.- El valor de R, factor de lluvias se toma de la figura 2 este es el promedio de nueve años para la estación Huayao R = 71.52 2.- El valor de K, erodabilidad del suelo, se extrae de la figura 3, entrando con los datos de texturas y materia orgánica dados. K = 0.38 * 1.2917 = 0.49 2011

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METODO GRAFICO : NOMOGRAMA

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3.- De la figura 4 se obtiene el factor LS que para 60 m. de longitud y 8% de inclinación , LS = 1.3

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Para la obtención del factor C referirse al procedimiento que se explica en la sección respectiva. Con la rotación que se incluye en este ejemplo y con las condiciones de manejo dadas, se obtiene un valor C = 0.3427 En cuanto a las prácticas de control de la erosión , P = 0.6 para surcos en contorno (Cuadro 6), siendo la longitud de la pendiente 60 m, no exesiva para que este factor sea aplicable. Cuadro 6. VALORES DEL FACTOR C PARA CULTIVOPS EN CONTORNO Pendiente del Terreno 1.1 a 2 2.2 a 7 7.1 a 12 12.1 a 18 18.1 a 24

Valor P 0.60 0.50 0.60 0.80 0.90

Cuadro 7 LONGITUDES LIMITE DE LA PENDIENTE DEL TERRENO PARA SURCOS EN CONTORNO

Pendiente del terreno (%) 2 4a6 8 10 12 12 a 24

Long. Máxima de la pendiente del terreno (mts) 120 90 60 30 25 18 2011

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SEGUNDO CASO Factor R de erosividad de la lluvia

El factor de erosividad de la lluvia, R, es el índice de erosividad presentado por Wischmeier y Smith (1978) y se define como la suma del producto de la energía cinética total y la intensidad máxima en treinta minutos por evento. Este producto también se le conoce como índice de Wischmeier, se expresa como: donde EI30 = índice de erosividad para un evento en MJ mm / ha h Ec = energía cinética total de la lluvia en MJ / ha I30 = intensidad máxima de la lluvia en 30 minutos en mm /h El cálculo de la energía cinética requiere de la intensidad de la lluvia y esta última, de los registros pluviográficos, los cuales no se encuentran disponibles. Ante esta limitante, se utilizó la expresión generada por Cortés (1991):

Donde: Y representa el índice anual de erosividad de la lluvia, en MJ mm / ha h X representa la precipitación media anual, en mm

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Factor K de erosionabilidad del suelo Este factor representa la susceptibilidad del suelo a la erosión hídrica. Su valor depende del contenido de materia orgánica, textura superficial, estructura del suelo y permeabilidad. Para el caso de Santa Catarina, se utilizó una metodología alternativa que consiste en la determinación de la unidad del suelo de acuerdo a la metodología FAO y la textura superficial. Valores de K en forma tabular pueden ser encontrados en Becerra (1997). La representación espacial se obtuvo con la ayuda de un Sistema de Información Geográfica (Sistema Idrisi, Eastman 1997) y los resultados para toda la microcuenca se presentan en la Figura 3.

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Factor LS de longitud y grado de la pendiente El efecto de la topografía sobre la erosión está representado por los factores longitud (L) y grado de pendiente (S). La longitud L se define como la distancia desde el punto de origen de un escurrimiento hasta el punto donde decrece la pendiente al grado de que ocurre el depósito, o bien, hasta el punto donde el escurrimiento encuentra un canal de salida bien definido. Por su parte, el grado de erosión también depende de la pendiente, por lo que con relación a una parcela de 22.3 m de longitud, ambos factores se pueden unir en uno solo a través de la ecuación adimensional:

donde X = longitud de la pendiente, en m m = exponente que depende del grado de pendiente S = pendiente del terreno, en % En la literatura (Foster and Wischmeier (1974) se indica que esta ecuación funciona correctamente cuando las pendientes son aisladas y uniformes. Cuando este no es el caso debe hacerse por segmentos a través de la expresión:

Sj = factor de pendiente para el segmento j, en m/m λj =distancia desde la frontera inferior del segmento j hasta la frontera aguas arriba, en m 2011

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Mapa de riesgo de erosión hídrica La estimación de los factores R, K y LS sirvió para hacer un pronóstico sobre el riesgo de erosión o erosión potencial en la microcuenca. Este análisis se realizó a través del SIG (sistema Idrisi, Eastman 1997) y no incluye los factores C y P de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo. Los resultados se presentan en la Figura 5 para toda la cuenca en estudio. Como se puede apreciar, un gran porcentaje de la superficie presenta un riesgo alto de erosión, con índices muy superiores a los 80 ton/ha/año. Este riesgo se localiza preferentemente en las zonas altas y de pendiente fuerte. También se observa que el riesgo es importante (40 a 80 ton/ha/año) en las zonas de transición (pié de monte) e inclusive en algunas partes bajas, sobre todo del sur de la microcuenca.

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TRANSPORTE SEDIMENTOS

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Transporte de sedimentos
Transporte de fondo: deslizamiento, rodadura, saltación.
Transporte en suspensión: sedimentos se mueven a través del fluido

Suspensión Arrastre de fondo

Sedimentos Fondo 2011

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Transporte de sedimentos

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Sedimentación canales y cauces

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Sedimentación de embalses

Distribución longitudinal esquemática de sedimentos en embalses estacionales, con un nulo o escaso manejo de desagües de fondo

Distribución longitudinal esquemática de sedimentos en embalse con buena gestión de desagües de fondo y provisto de un dique de cola 2011

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Erosión eólica Procesos: tres tipos de movimiento:  Saltación Saltación: partículas 50 – 500 µm. (arena muy fina, fina y media); movimiento a saltos, choque pone en movimiento otras partículas.  Suspensión Suspensión: partículas < 50 µm (limos y arcillas), quedan suspendidas y pueden moverse a grandes distancias.  Arrastre Arrastre: partículas > 500 µm (arena gruesa y muy gruesa); arrastradas por aire a nivel del suelo. 2011

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Factores que afectan erosión eólica Resistencia del suelo: suelo tamaño de partículas y agregados, agentes cementantes, estabilidad de agregados; Clima: viento (velocidad y turbulencia), precipitación; Clima Cubierta vegetal (naturaleza y orientación); orientación) Contenido de humedad del suelo; Rugosidad del suelo: suelo presencia de camellones, rugosidad producida por labranza; Longitud del área expuesta; 2011

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Efectos de erosión eólica  Remoción selectiva de materiales más finos;  Daños por abrasión a cultivos;  Redistribución de fertilizantes;  Cultivos pueden ser cubiertos;  Deposición de material en canales, carreteras;  Daños a equipos y estructuras por “corrosión”. 2011

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Actividad eólica: dunas
Depósitos eólicos más conocidos son dunas. dunas
Existen dos tipos de dunas: transversales y longitudinales. longitudinales
Dunas pueden alcanzar dimensión de algunos 200 m.

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Consecuencias de erosión 9 Migración 10 Puente destruido

6

1

9

4 10

1 Deforestación 2 Terreno escarpado 3 4 5 6

Monocultivo Derrumbes Colmatación Sedimentación en embalse

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13 Inundación 2011

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Consecuencias de erosión 11 Cultivos sin protección 7 Formación de cárcavas

11

7 7

12 12 Erosión eólica

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8 Bancos de lodos, impiden navegación 65

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Manejo integral de cuenca 11 Carretera sin derrumbes

6 Inundaciones controladas 7 Nuevo embalse 9 Servicios urbanos mejorados

15 Disminuye sedimentación

9

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1

7 11

11 14 1 Reforestación 3 3 Bancales

14 Frutales en terrazas

4 Cultivos en contorno

4

8

8 Río navegable, pesca

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Manejo integral de cuenca 2 Erosión en cárcavas detenida 5 Terraplenes

13 2

10

5 10 Cortinas rompevientos 13 Rotación de cultivos en fajas 2011

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Gracias

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