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Diagn�stico de la erosi�n h�drica del suelo aplicando modelo U.S.L.E mediante herramientas SIG

 

Diagnosis of soil water erosion applying the U.S.L.E model using GIS tolos

 

Diagn�stico de eros�o h�drica do solo aplicando o modelo U.S.L.E usando ferramentas GIS

 

 

Julio Javier Jaramillo-V�liz ^I

julio.jaramillo@unesum.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-8715-0789

 

 

Correspondencia: julio.jaramillo@unesum.edu.ec

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

*Recibido: 26 de febrero de 2021 *Aceptado: 20 de marzo de 2021 * Publicado: 08 de abril de 2021

 

                               I.            Magister en Sistemas de Informaci�n Geogr�fica Aplicada a la Conservaci�n y Desarrollo Sostenible por la Universidad Central del Ecuador. Docente titular a tiempo completo en la Facultad de Ciencias Naturales y de la Agricultura, Carrera de Ingenier�a Ambiental de la Universidad Estatal del Sur de Manab�, Jipijapa, Ecuador. �

Resumen

La presente investigaci�n trat� del diagn�stico de la erosi�n h�drica del suelo utilizando el modelo U.S.L.E., mediante herramientas S.I.G, aplicado en la subcuenca r�o Portoviejo, Provincia de Manab�. En la investigaci�n fue determinante obtener los rangos y la ubicaci�n de las �reas de mayores erosiones afectadas por la erosi�n h�drica y su impacto en el recurso suelo. En la evaluaci�n se utiliz� el modelo de la Ecuaci�n Universal de P�rdida de Suelo (U.S.L.E), y Sistemas de Informaci�n Geogr�fica (S.I.G). Para la aplicaci�n de la ecuaci�n y la elaboraci�n de los mapas de erosi�n a nivel de la subcuenca se estudiaron los factores de Erosividad (R), Erodabilidad (K), Longitud y Grado de la pendiente (LS), cobertura y uso del suelo (C), y Pr�cticas de conservaci�n (P), estos factores y sus resultado fueron congeniados con el software inform�tico de ArcGis 10.1 y sus aplicaciones, generando informaci�n tem�tica de cada uno de los factores que al final se multiplicaron para generar un solo mapa de la erosi�n del suelo de la subcuenca. Se obtuvo que las p�rdidas potenciales de erosi�n registraron entre los rangos de 0 � 5 (ton/ha*a�o), una superficie de 74.67% de erosi�n muy baja; del rango 5 � 10 (ton/ha*a�o), una superficie del 22.51% de erosi�n baja; del rango 10 � 25 (ton/ha*a�o), una superficie del 2.26% de erosi�n leve; del rango 25 � 50 (ton/ha*a�o), una superficie del 0.24% de erosi�n moderada; del rango 50 � 100 (ton/ha*a�o), una superficie del 0.11% de erosi�n grave; del rango 100 � 200 (ton/ha*a�o), una superficie del 0.21% de erosi�n muy grave.

Palabras clave:� Erosi�n H�drica; Modelo U.S.L.E; Sistema De Informaci�n Geogr�fica; Erosividad; Erodadabilidad, uso del suelo.

 

Abstract

This research risk study treatment due to water erosion using U.S.L.E., model using� GIS� tools� applied� in� the� sub� river� Portoviejo,� Manab�� Province.� The research was crucial to obtain the ranges and location of the areas of greatest erosion affected by water erosion and its impact on the soil resource. The model of the Universal Soil Loss Equation (U.S.L.E) and Geographic Information Systems (S.I.G) was used in the evaluation. For the application of the equation and making maps erosion at the watershed erosivity factors (R), erodibility (K), length� and� degree� of� slope� (LS),� cover� and� land� use� were� studied� (C),� and Practices Condition (P), these factors and their results were congeniados with computer software ArcGis 10.1 and its applications, creating thematic information of each of the factors that eventually multiplied to generate a single map soil erosion in the watershed.� It was found that� the potential losses from erosion recorded ranges between 0-5 (ton / ha * year), an area of 74.67% with very low erosion; range 5-10 (ton / ha * year), an area of 22.51% low erosion; range 10-25 (ton / ha * year), an area of 2.26% mild erosion; range 25-50 (ton / ha * year), an area of 0.24% of moderate erosion; range 50-100 (ton / ha * year), an area of 0.11% of severe erosion; range 100-200 (ton / ha * year), an area of 0.21% very severe erosion.

Keywords: Water Erosion; U.S.L.E Model; Geographic Information System; Erosivity; Erodability; land use.

 

Resumo

Esta pesquisa tratou do diagn�stico da eros�o h�drica do solo utilizando o modelo U.S.L.E., utilizando ferramentas S.I.G, aplicado na sub-bacia do rio Portoviejo, Prov�ncia de Manab�. Na pesquisa, foi decisivo obter as faixas e a localiza��o das �reas de maior eros�o afetadas pela eros�o h�drica e seu impacto no recurso do solo. A avalia��o utilizou o modelo da Equa��o Universal de Perdas de Solo (U.S.L.E) e Sistemas de Informa��es Geogr�ficas (S.I.G). Para a aplica��o da equa��o e elabora��o dos mapas de eros�o ao n�vel da sub-bacia, os fatores de erosividade (R), erodabilidade (K), comprimento e grau de declive (LS), cobertura e uso do solo (C) , e Pr�ticas de conserva��o (P), esses fatores e seus resultados foram reconciliados com o software de computador ArcGis 10.1 e seus aplicativos, gerando informa��es tem�ticas para cada um dos fatores que foram finalmente multiplicados para gerar um �nico mapa da eros�o do solo no sub- bacia. Obteve-se que as perdas potenciais por eros�o registaram-se entre os intervalos de 0 - 5 (ton / ha * ano), uma �rea de 74,67% de eros�o muito baixa; na faixa de 5 a 10 (ton / ha * ano), uma �rea de 22,51% com baixa eros�o; na faixa de 10 a 25 (ton / ha * ano), uma �rea de 2,26% de leve eros�o; na faixa de 25 - 50 (ton / ha * ano), uma �rea de 0,24% de eros�o moderada; na faixa de 50 - 100 (ton / ha * ano), uma �rea de 0,11% de eros�o severa; na faixa de 100-200 (ton / ha * ano), uma �rea de 0,21% de eros�o muito grave.

Palavras-chave: Eros�o da �gua; Modelo U.S.L.E; Sistema de Informa��es Geogr�ficas; Erosividade; Erodabilidade, uso do solo.

 

 

 

Introducci�n

Seg�n la Organizaci�n de las Naciones Unidas para la Alimentaci�n y la Agricultura (FAO), la degradaci�n del suelo es definida como: �Un proceso que rebaja la capacidad actual y potencial del suelo para producir (cuantitativamente o cualitativamente) bienes o servicio�. (1980).

La provincia de Manab� actualmente est� considerada como un potencial agr�cola por la gran variedad de productos que se cosechan y se comercializan, esto se debe a que los campesinos han sabido cultivar la tierra como un medio de subsistencia, aplicando� m�todos inadecuados� y menos conservacionistas en la agricultura, estas pr�cticas han llevado a una acelerada degradaci�n y p�rdida del suelo, que han afectado fuertemente el �rea de la subcuenca r�o Portoviejo y contribuyendo con este fen�meno llamado erosi�n h�drica, entre otros factores que intervienen en la problem�tica� a estudiarla como el recurso h�drico y las variables de mayor peso para el estudio encontramos a: el clima, las caracter�sticas f�sicas del suelo, la vegetaci�n y la topograf�a del terreno. La FAO (1996), indica que: �Los procesos de degradaci�n del suelo, suelen traducirse en una reducci�n del rendimiento y fertilidad, haci�ndolos pobre para la siembra de cualquier cultivo. La conservaci�n y rehabilitaci�n de las tierras constituyen una parte esencial del desarrollo agr�cola sostenible. Los efectos negativos de un suelo degradado sobre la econom�a de una regi�n son m�s severos en las zonas que m�s dependen de la agricultura para obtener ingresos�.

En la actualidad las subcuencas hidrogr�ficas se presentan como unidades f�sicas que sirven como marco referencial para generar objetivos que se apliquen en la planificaci�n y gesti�n del desarrollo sostenible de cada sector o �rea estudiada. Bajo esta concepci�n la subcuenca hidrogr�fica representa un espacio f�sico tangible, pues permite la concurrencia de los distintos factores f�sicos, inter�s humano y actividades econ�micas que constituyen un instrumento valioso del estado y la� sociedad� para� administrar� su� actividad,� conciliar� intereses, conservar� como� es� lo� m�s� importante� la� biodiversidad� y� permitir� un� uso sustentable de los recursos naturales.

Debido a la importancia en estudiar la erosi�n h�drica sobre la degradaci�n del suelo en la subcuenca hidrogr�fica, utilizando el m�todo de la Ecuaci�n Universal de P�rdida de Suelo (U.S.L.E), se aplic� los sistemas de informaci�n geogr�fica para la obtenci�n de resultados cuantitativos sobre el riesgo de degradaci�n del suelo y la necesidad de medir o estimar la erosi�n h�drica. En esta investigaci�n�� fueron�� part�cipes�� los�� cantones�� Santa�� Ana,�� Portoviejo, Rocafuerte, 24 de Mayo, Jipijapa, Montecristi, cuya forma de trabajo utiliz� la tecnolog�a de los sistemas de informaci�n geogr�fica, que permiti� incorporar, manipular y modelar informaci�n relacionada con precipitaci�n, textura de los suelos, pendientes, uso del suelo, geomorfolog�a de los suelos etc.;� as� como su integraci�n,�� an�lisis�� y�� despliegues�� de�� datos�� espaciales�� y�� alfanum�ricos, generando mapas de erosi�n, con modelos de p�rdidas potenciales y actuales de los suelos dentro del �rea de estudio y que servir�n de referencia para investigaciones y t�cnicas en futuras regiones del Ecuador.

 

Materiales y m�todos

La investigaci�n se efectu� en la subcuenca r�o Portoviejo que posee una superficie de 145.3576 hect�reas y contiene tres microcuencas principales que son: r�o Portoviejo con 58.628 ha, r�o Lodana con 29.644 has., el embalse de Poza Honda con 19.074 has. A la subcuenca se la considera como una de mayores extensiones en la Provincia de Manab�, por su posici�n geogr�fica, excelente diversidad de ecosistemas, con condiciones clim�ticas muy ricas por los recursos naturales que a�n posee, presenta una gran variedad de actividades agr�colas, forestal, ganadera, pesca y acuicultura, que fortalecen la econom�a de la provincia y del pa�s.

 

Figura 1: Distribuci�n hidrol�gica y vial en a subcuenca del r�o Portoviejo.

 

Proceso de recopilaci�n y an�lisis de la informaci�n

Para el estudio de la erosi�n en la subcuenca del r�o Portoviejo mediante el m�todo de la Ecuaci�n de P�rdidas de Suelo (U.S.L.E.), se emplearon los sistemas de informaci�n geogr�fica (S.I.G), para crear entidades geogr�ficas cuyo resultado fue una geodatabase representada mediante un modelo digital. El material empleado como la cartograf�a base y tem�tica en el estudio es el siguiente:

 

Materiales de campo

Cartas topogr�ficas (El pueblito MIII-F1; Rocafuerte MIII-F3; Manta MIII-E4; Montecristi MIV-A2; Portoviejo MIV-B1; Honorato V�squez MIV-B2; Membrillal MIV-A4; Santa Ana MIV-B3; Jipijapa MIV-C2; Pueblo Nuevo MVI- B4), de la zona de la subcuenca, GPS (Sistema de posicionamiento global), c�mara digital.

 

Materiales de gabinete

Cobertura en formato raster

Modelo digital de elevaci�n (M.D.E).

Cobertura en formato vectorial

Capa sectorial de la subcuenca en estudio, pol�gonos sobre l�mites administrativos de la Provincia de Manab�, pol�gonos de edafolog�a nacional, puntos de poblados, coberturas y vegetaci�n nacional, uso de suelos nacional, puntos de estaciones meteorol�gicas nacional, r�os simples y dobles nacional, curvas de nivel cada 10 metros, topograf�a y altitud, datos clim�ticos/meteorol�gicos, datos socio-econ�micos, datos de campo sobre uso actual del suelo y mapas catastrales.

 

R�gimen Pluviom�trico

En lo que tiene que ver con las precipitaciones media anual de 740,29 mm., dato estad�stico calculado durante 10 a�os y proporcionados por el Instituto Nacional de Meteorolog�a e Hidrolog�a (INAMHI), para el per�odo comprendido entre los a�os 2001 � 2010, sin embargo, existe una amplia variabilidad con valores m�ximos anuales.

 

Tipo de investigaci�n

Se realiz� el tipo de investigaci�n anal�tico � descriptivo, el anal�tico que consiste en la proposici�n de plantear y sugerir para obtener buenos resultados verdaderos en el �rea de estudio. Descriptivo, para realizar un an�lisis de conjunto obteniendo un resultado del problema que es la erosi�n, lo cual no existen cambios en el contorno del �rea estudiada.

 

Metodolog�a de investigaci�n

Dentro de la metodolog�a empleada se utiliz� la propuesta del Departamento de Agricultura (U.S.D.A), donde se determina que la Ecuaci�n Universal de P�rdida de Suelo (U.S.L.E), es el m�todo m�s empleado para este tipo de estudios cuando se trata de la erosi�n del suelo.

Para el an�lisis de la erosi�n h�drica se utiliz� los sistemas de informaci�n geogr�fica, en la cual se emple� informaci�n tem�tica y gr�fica. Primeramente se procedi� a recopilar informaci�n mediante trabajos de campo cuya informaci�n se analiz� con� el� programa� ArcGis� y� tambi�n� se� recurri� a� datos� de� estudios anteriores relacionados con los factores de la Ecuaci�n Universal de P�rdida del Suelo (R,K,LS,C,P), siendo necesario entrar en contacto con instituciones encargadas de realizar los estudios geogr�ficos como son: Ministerio de Agricultura,� Ganader�a,� Acuacultura� y� Pesca;� Instituto� Espacial� Ecuatoriano (IEE); Instituto geogr�fico militar (IGM); para as� poder elaborar, ordenar y codificar la informaci�n en una base de datos para el estudio con informaci�n confiable y actualizada de la Provincia de Manab� y sus respectivos cantones, de cuya informaci�n se obtuvieron los elementos importantes como: estado y uso de la tierra, drenaje superficial, divisi�n de cuencas, subcuenca, curvas de nivel (cada10 y 20 metros), geolog�a, erosi�n h�drica, cuya informaci�n son de libre acceso en las p�ginas de las instituciones antes mencionadas.

Para el estudio de la erosi�n h�drica en la subcuenca r�o Portoviejo, se estimaron los factores elementales de la Ecuaci�n de P�rdidas de Suelo, por estar representados por cada elemento como los siguientes: R (erosividad de la lluvia), K (erodabilidad del suelo), LS (longitud y grado de la pendiente), C (Factor cobertura). En el factor�� P (Pr�cticas de conservaci�n del suelo), no se realiz� el respectivo c�lculo por la falta de informaci�n disponible dentro de la subcuenca y por no existir pr�cticas de conservaci�n en la zona de estudio.

Una vez obtenida la informaci�n alfanum�rica se procedi� a realizar diferentes procesos para digitalizar la informaci�n como: interpolaci�n, intersecci�n y edici�n de tablas, cada uno de los procesos aplicados dieron resultados los mapas tem�ticos del �rea estudiada.

 

C�lculo de erosividad de la lluvia (factor R)

Es el factor R, que determina la agresividad o erosividad de la lluvia, lo cual se expresa en (Mj*mm/ha*hr*a�o), siendo el que define la capacidad potencial de las precipitaciones en provocar erosi�n en el suelo por un periodo de lluvia determinado.

 

Para el c�lculo de la erosividad de la lluvia sobre el suelo se realiz� mediante la ecuaci�n de Arnoldus (1978), lo cual se encuentra fundamentada mediante el �ndice de Fournier, esta ecuaci�n se aplica en estudios de influencia del clima en el suelo, defini�ndose de la siguiente manera:

 

Ecuaci�n (1)

P²

IF=� ----------

P

Donde:

IF = �ndice de Fournier

P² = Precipitaci�n mensual en mil�metros (mm).

P =� Precipitaci�n anual en mil�metros (mm).

Se consider� que para obtener el resultado del factor R, el clima es la variable de mayor importancia en el estudio de la erosividad, la intensidad de energ�a cin�tica, �sta se da en cada impacto que provoca la lluvia en el suelo y no generalmente por la escorrent�a en s�; esto quiere decir que el resultado que se obtendr� de aplicar la f�rmula de Arnoldus (1978), depender� solamente de la lluvia y es independiente del escurrimiento del suelo.

 

Procesamiento de los datos de lluvia (pluviom�tricos)

Para la aplicaci�n de la ecuaci�n fue necesario la obtenci�n de los registros de precipitaciones que existen en los libros diarios de la entidad encargada del manejo de la informaci�n hidrol�gica�� como�� es�� el�� Instituto�� Nacional�� de�� Meteorolog�a�� e�� hidrolog�a (INAHMI), se emple� los registros de precipitaciones durante el periodo de 2001 al 2010 (ver tabla 1), realizando el c�lculo promedio para el estudio de la precipitaci�n media anual durante los 10 a�os.

 

Tabla 1: Estaciones climatol�gicas utilizada para el c�lculo de la erosividad de la lluvia en la subcuenca r�o Portoviejo.

Fuente: Instituto Nacional de Meteorolog�a e Hidrolog�a � INAMHI

Elaboraci�n: Propia.

 

En la espacializaci�n de la informaci�n se procedi� a estimar los datos de precipitaci�n mediante la interpolaci�n, aplicando la herramienta Spatial Analyst/interpolation; mediante el m�todo de Ponderaci�n Inversa a la Distancia (IDW), cuya funci�n depende de un par�metro (precipitaci�n), generando una excelente continuidad espacial, dichos resultados se los compara mediante valores parecidos utilizando el c�lculo del promedio de puntos de los datos de la muestra en la vecindad de cada celda procesada. Cuanto m�s cerca est� un punto del centro de la celda que se est� interpolando, m�s influencia o peso tendr� en el proceso de c�lculo del promedio, eso implica que nunca generar� valores fuera del rango de los datos. Como resultado de la aplicaci�n del m�todo de Ponderaci�n Inversa a la Distancia (IDW), se obtuvo un modelo r�ster del valor interpolado de la precipitaci�n media durante los a�os 2001 al 2010.

Una vez obtenido el raster de precipitaci�n se� aplic� la� f�rmula� de Arnoldus (1978), fundamentada en el �ndice de Fournier con la herramienta en ArcGis 10.1 de Spatial Analyst/ raster calculator, cuya funci�n es ejecutar una expresi�n algebraica aplicada, empleando varias herramientas de una calculadora simple. Mediante esta aplicaci�n se pudo obtener el mapa de erosividad de la lluvia factor (R), luego se aplic� desde la caja de herramientas de ArcToolbox, la opci�n de Spatial Analyst tools>reclass>reclassify, clasificando en cuatro valores para tener una mejor regulaci�n del modelo. Con el respectivo c�lculo de la erosividad (R), se aplic� la categorizaci�n de clasificaci�n del �ndice de Fournier (tabla 2), como manifiesta la metodolog�a que ha sido probada por la Organizaci�n de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentaci�n, FAO, en estas clases de investigaciones.

 

Tabla 2: Categorizaci�n de la erosividad (R), propuesta para el estudio.

Fuente: �ndice de Fournier

 

Para determinar el grado de intensidad de la posible relaci�n entre las variables aleatorias como son la precipitaci�n y el �ndice de Fournier, se aplic� el m�todo de coeficiente de relaci�n lineal, �sta se desarroll� mediante el programa Excel, que permite obtener el diagrama de dispersi�n para confirmar si existe relaci�n entre las dos variables antes mencionadas procediendo primeramente a generar una tabla con los valores de precipitaciones y el resultado del �ndice de Fournier (IF), luego se seleccion� los valores antes mencionados y se aplic� la opci�n insertar gr�ficos>funci�n de dispersi�n de X y Y, generando el gr�fico con los valores antes mencionados. En el c�lculo del coeficiente de regresi�n lineal (r), de Pearson se aplic� la opci�n insertar funci�n (fx), luego se fue clasificando los�� valores�� de longitud y latitud con�� cada�� valor�� para�� obtener�� el�� resultado.

 

C�lculo de erodabilidad del suelo (factor K)

La erodabilidad se la describe como la susceptibilidad o desprendimiento de un suelo que provoca una erosi�n, �sta se generar�a por la ca�da de la lluvia en un lugar determinado. Mediante el m�todo de Wischmeier y Smith (1978), para el c�lculo del factor K, se emplearon los datos m�s relevantes que posee el suelo en la subcuenca r�o Portoviejo, para el estudio� se tomaron� en� cuenta los� cuatro componentes m�s importantes como son: el contenido de materia org�nica, la estructura del suelo, la textura y permeabilidad del suelo.

En todo estudio de la erodabilidad del suelo se considera a la textura gruesa como un suelo arenoso que tienden a poseer valores cercanos de 0,05 a 0,2 de valor, esto se debe por su muy baja escorrent�a, aunque son suelos f�cilmente de mucha erodabilidad de acuerdo a la pendiente y son totalmente permeables. Para determinar en la subcuenca del r�o Portoviejo y obtener los valores en el c�lculo del factor K, se recurri� a los mapas digitales de geopedolog�a y edafol�gicos de escalas 1: 25.000.

Se determinaron ocho clases de texturas (ver tabla 3), dentro de la subcuenca r�o Portoviejo, siendo los siguientes suelos: arenoso (a), franco arenoso (Fa), franco (F), franco limoso (FL), franco arcilloso arenoso (FAa), franco arcilloso (FA), franco arcillo limoso (FAL), arcillo limoso (AL), arcilloso (A).

 

Tabla 3: Valores de las clases texturales.

Textura	Descripci�n
Arcilloso, arcillo limoso	1
Arena	2
Franco arcilloso; franco arcillo arenoso; Franco limoso; franco arcillo limoso	3
Franco arenoso	4
No aplicable	0

Fuente: Ministerio de Agricultura, Ganader�a, Acuacultura y Pesca (MAGAP); Instituto Ecuatoriano Espacial (IEE)

Elaboraci�n: Propia.

 

Materia Org�nica

Los suelos en la Provincia de Manab� son netamente pobres en materia org�nica, siendo este elemento muy importante en el crecimiento, estructuraci�n del suelo y su resistencia a erosiones. Para determinar la erodabilidad se calcul� el porcentaje de acuerdo a la clase de cada suelo y estudios efectuados en la zona de la subcuenca r�o Portoviejo.

 

Estructura del suelo

En los valores de la estructura (tabla 4), se emplearon de acuerdo a la textura y taxonom�a del suelo, dado que este factor es muy importante en la regulaci�n de aire y del agua en el� suelo,� por la funci�n� que cumplen� cada part�cula que conforman cada tipo de suelo y cuyos valores son los siguientes:

 

Tabla 4: Clases de estructura del suelo

Estructura del suelo	C�digo
Granular muy fina (<1mm)	1
Granular fina (1-2 mm)	2
Granular media o gruesa (2-10 mm)	3
Bloques, laminar o maciza	4

Fuente: I�iguez 1999.

 

Permeabilidad

Los datos de permeabilidad de cada suelo se obtuvieron mediante el tri�ngulo textural de porcentaje de limo, arcilla y arena que posee cada tipo de suelo en la subcuenca r�o Portoviejo, por lo tanto, se obtuvo el c�digo de permeabilidad que conforma el �rea en estudio (tabla 5).

En el c�lculo para la determinaci�n de la erodabilidad del suelo mediante el m�todo U.S.L.E, se le asignaron seis valores de acuerdo a las clases de textura encontradas dentro de la subcuenca (tabla 6).

 

Tabla 5: C�digo U.S.L.E., de la permeabilidad del suelo.

Fuente: I�iguez 1999.

 

Tabla 6: C�digo de permeabilidad y estructura del suelo en funci�n de su textura.

Fuente: Ministerio de Agricultura, Ganader�a, Acuacultura y Pesca (MAGAP); Instituto Ecuatoriano Espacial (IEE).

Elaboraci�n: Propia.

 

Una vez realizado el an�lisis de las texturas y determinado los valores o c�digos de materia org�nica, estructura y permeabilidad, se procedi� a emplear las ecuaciones (2 y 3), utilizada por la Organizaci�n de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentaci�n, FAO (Food and Agriculture Organization por sus siglas en ingl�s), aplic�ndola de la siguiente:

Ecuaci�n (2), Erodabilidad utilizado para el c�lculo del factor K.

K = 2,1M1,14 (10-4)(12-a)+3,25(b-2)+2,5(c-3) / 100

Ecuaci�n (3), C�lculo de porcentaje de limo, arena fina y arcilla.

M = (%limo + % arena muy fina) (100%-arcilla)

Donde:

K: Factor de erodabilidad del suelo.

M: Asociado a las part�culas � factor textural (% limo + arena muy fina) (100 % �arcilla).

a: Porcentaje de materia org�nica.

b: C�digo de tipo de estructura (granular muy fina=1: granular grueso a medio=3; Blocosa, laminar, masiva=4).

c: C�digo de clase de permeabilidad (r�pida = 1; moderadamente r�pida = 2; moderada = 3; lenta a moderada = 4; lenta = 5; muy lenta = 6).

De acuerdo a los diferentes tipos de textura que posee el �rea en estudio, se procedi� a realizar el respectivo c�lculo mediante las ecuaciones (2 y 3).

Una vez obtenidos los resultados necesarios para el respectivo c�lculo de la erodabilidad, se ingresaron los datos en el programa utilizado de las cuatro clases de texturas con sus respectivos valores del factor K).

 

Factor de longitud y grado de la pendiente (LS).

Este factor representa el efecto que genera la longitud y el grado de la pendiente en un suelo determinando su erosi�n. La longitud (L), se la define como la distancia de inicio del punto del flujo en el terreno, hasta el punto final donde se depositan los sedimentos provocados por la lluvia. La pendiente (S), refleja la gradiente que se genera en una pendiente provocando la erosi�n y, esta se expresa en porcentaje. Para obtener los factores L y S, se procedi� a realizar el c�lculo por separado a partir de los dos subfactores: grado de la pendiente en porcentaje (S), as� como la longitud de la pendiente (L), el primer paso consisti� en crear un Tin (red irregular de tri�ngulos), para lo cual se utiliz� las curvas de nivel de cada 20 metros.

 

Factor inclinaci�n de la pendiente (S)

Para la obtenci�n del factor S (pendiente), se procedi� mediante el �rea de la subcuenca a extraer del Modelo de Digital de Elevaci�n (MDE), en formato raster solo el �rea que comprende la superficie de la subcuenca, se gener� un mapa de pendientes en valores porcentuales, por medio del an�lisis� se utiliz� la herramientas Spatial Analyst>Surface Analysis>Slope, generando un mapa con la inclinaci�n en porcentaje y poder aplicar la siguiente ecuaci�n de Wischmeier y Smith (1978), de la siguiente manera:

Ecuaci�n (4)

 

S = 0,065 + 0,045s + 0,0065s2

 

D�nde:

S = Factor de la pendiente

s = La pendiente del terreno (en porcentaje)

Luego de remplazar los valores mediante la herramienta Spatial Analyst> raster calculator, que es la calculadora de mapas que generar�a el factor en estudio, se aplic� los valores como se detalla en el siguiente procedimiento:

Ecuaci�n (5)

S = 0,065 + 0,045 [Slope] + 0,0065 [Slope]*2

D�nde:

Slope = Mapa en porcentaje.

Una vez aplicada la ecuaci�n, se obtuvo el mapa del factor S.

 

Factor de longitud de la pendiente (L)

La longitud de la pendiente se la define como la distancia que generar�a la ca�da de una gota de lluvia en un relieve mayor sobre una superficie hasta el punto final del recorrido del dep�sito llamado sedimento. Para proceder a determinar este factor L (Longitud de la pendiente), se recurri� a la f�rmula empleada por Wischmeier y Smith (1978), que consiste en obtener el factor en estudio mediante la siguiente ecuaci�n:

Ecuaci�n (6)

L = (ʎ/22.13)m

D�nde:

L = Factor de la longitud de la pendiente.

ʎ� =� Longitud de la pendiente (m).

m = Exponente influenciado por el grado de la pendiente (raster).

22.13 = Longitud est�ndar de la pendiente usada para el �rea en estudio.

En la obtenci�n del valor ʎ (Longitud de la pendiente), se procedi� a generarlo mediante el Modelo de Digital de Elevaci�n (M.D.E), en formato raster, aplicando con el bot�n derecho en el raster del Modelo Digital de Elevaci�n y con la opci�n/source de ArcGIS se verific� los valores en la resoluci�n del pixel los cuales fueron los siguientes: X= 25 m (metros); en Y= 25 m (metros).

Una vez obtenidos los valores de la resoluci�n del pixel se procedi� aplicar la ecuaci�n del teorema de Pit�goras, que permiti� obtener la longitud de la hipotenusa (ʎ).

Ecuaci�n (7)

ʎ =

D�nde:

TC = Es el tama�o del pixel de cada celda en el Modelo de Digital de Elevaci�n (MDE).

Aplicando la ecuaci�n se obtuvo el valor de longitud de la pendiente en la siguiente ecuaci�n:

Ecuaci�n (8)

ʎ =��

ʎ =��

ʎ = 35.4

Para el c�lculo del exponente m (exponente influenciado por el grado de la pendiente), se procedi� aplicar los respectivos valores mediante la tabla (9), de Wischmeier� y� Smith� (1978),� lo� cual� mediante� el� raster� de� pendientes� en porcentajes (SLOPE %), se realiz� una reclasificaci�n de valores (ver tabla 7), procediendo a remplazar los porcentaje obtenidos en el raster de pendiente.

 

Tabla 7:� Valores del exponente (m).

Valor de la Pendiente	% de   Pendiente
0.5	> 5
0.4	3 � 5
0.3	1 � 3
0.2	< 1

Fuente: Wischmeier y Smith, 1978.

 

Una vez obtenido los resultados de las variables, se procedi� mediante la herramienta de raster calculator (calculadora de mapas), a realizar la siguiente ecuaci�n:

L = (ʎ/22.13)^m

Remplazando los datos, la ecuaci�n se calcul� de la siguiente manera:

L = (35,4/22.13)˄^[SLOPE]

 

Determinaci�n del Factor LS (Longitud y Pendiente de la ladera)

Para la obtenci�n del factor LS, se multiplicaron los mapas de factor L y S, mediante� el� Sistema� de� Informaci�n� Geogr�fica� empleando la herramienta Spatial Analyst/raster calculator.

����������������������� LS = factor_L * factor_S

Cuyo resultado fue un raster del factor LS con una resoluci�n espacial de 25 metros.

Se categoriz� los valores de la siguiente forma.

 

Tabla 8: Categorizaci�n del factor LS.

Factor LS	Categorizaci�n
Bajo	<15
Moderado	15 - 30
Alto	30 - 45
Muy Alto	> 45

Fuente: Instituto Espacial Ecuatoriano (IEE).

Elaboraci�n: Propia.

 

Factor de uso y cobertura del suelo (C).

El factor C, nos indica el estado de protecci�n vegetal y comportamiento del suelo frente a un �rea de intensidad generada por la precipitaci�n ca�da y la disminuci�n del efecto erosivo en el suelo. Para la obtenci�n del uso y cobertura del suelo, se valor� las coberturas existentes, cuya informaci�n y clasificaci�n se realiz� del archivo digital en modelo vectorial del mapa de uso y cobertura del suelo, efectuando verificaciones de campo mediante un an�lisis cualitativo de las coberturas y su uso actual del suelo por parte de los habitantes que habitan en el �rea estudiada. En lo consiguiente se procedi� a efectuar un an�lisis de los tipos y usos de suelos, mediante las im�genes satelitales de RapidEye y Landsat 7, capturadas entre los a�os 2001 � 2012, cuya resoluci�n del pixel en cada imagen fueron de 5 x 5 metros y 30 x 30 metros.

Luego del an�lisis se logr� obtener 24 tipos de usos de suelos dentro del �rea en estudio, considerando el factor C, considerando su importancia en la protecci�n que brinda al suelo ante uno de los elementos m�s erosivos que existe en nuestro medio como es la lluvia.

En la determinaci�n de cada tipo de vegetaci�n o cultivo de los valores en factor C, se recurri� a los publicados por Wischmeier (1.978).

 

Factor pr�cticas de conservaci�n de suelos (P).

El factor P, es considerado en los estudios de erosi�n cuando se aplica la ecuaci�n de U.S.L.E., como variable independiente del factor C, uno de los procesos de recuperaci�n del suelo muy empleado por conservacionistas. Por lo tanto, este factor no se lo consider� por no presentar pr�cticas de conservaci�n en la subcuenca estudiada.

 

Resultados y discusi�n

Factor de erosividad de la lluvia (R).

Precipitaciones

Una vez analizado los registros de precipitaciones de cada mes durante los a�os del periodo estudiado que comprende del 2001 al 2010, las mayores precipitaciones se localizaron en la zonas altas de la subcuenca r�o Portoviejo, cuyos resultados obtenidos indican que la m�xima anual se registr� durante el a�o 2002, con una precipitaci�n de 2222,0 mm. a�o-1, en la estaci�n meteorol�gica murucumba perteneciente al cant�n Bol�var, y la de menor valor de precipitaci�n fue registrada en el a�o 2009 con un valor de 222,5 mm. a�o-1, perteneciente a la estaci�n meteorol�gica de Manta-aeropuerto, ubicada en el cant�n Manta. Una vez analizado se� obtuvo que� las� precipitaciones� no generaron mayor incidencia dentro de la subcuenca en lo que tiene que ver con el arrastre de particular que generar�an una mayor erosi�n en el suelo. Los periodos de mayor agresividad de lluvias se presentaron a partir de los meses de enero a abril, atribuy�ndole a que cuyos meses son de la etapa invernal que se presentan todos los a�os en las dos estaciones clim�ticas existentes.

Durante el rango de estudio que comprendi� entre los a�os 2001 al 2010, se registraron rangos con mayores precipitaciones de lluvias durante el 2002 y 2006 en el mes de febrero. Se puede comprobar que durante los meses de la etapa invernal que comprenden entre enero a abril cuyas precipitaciones ca�das representan un 81,16 %, durante el periodo estudiado. Otros meses considerables de lluvias de menores agresividades se dieron durante la �poca de verano, comprendido entre mayo a diciembre con valores que fluct�an entre el 17% al 18% respectivamente.

Mediante el �ndice de Fournier (IF), se pudo obtener que en el mes de febrero se registrara el mayor potencial erosivo, cuya representaci�n comprende un 28% de erosividad anual durante los a�os en estudio en la subcuenca r�o Portoviejo. Las estaciones meteorol�gicas utilizadas para el estudio registraron un 89% del valor del �ndice de Fournier (IF), anual.

 

Como indica la tabla 9, se puede observar los resultados del factor R, en cuanto a la erosividad de la lluvia en cada estaci�n meteorol�gica y, en la figura 3, se puede apreciar de forma gr�fica los valores para cada celda, donde los distintos colores muestran los diferentes resultados de erosividad calculados dentro del �rea en estudio.

 

Tabla 9: Resultados obtenidos del valor del �ndice de Fournier (R).

Fuente: Instituto Nacional de Meteorolog�a e Hidrolog�a � INAMHI.

Elaboraci�n: Propia.

 

El valor del �ndice de Fournier (IF), cuyo promedio de rango m�ximo es 548.72, se registr� en la estaci�n meteorol�gica Murucumba� y� los� valores m�nimos de precipitaci�n de 97,38 (IF), en la estaci�n meteorol�gica Rocafuerte.

Se evidenci� que los valores de mayor erosividad (rangos de 50 � 500), se registraron en los cantones: Portoviejo, Bol�var y Chone. Una vez aplicado el �ndice de Fournier (IF),� de la metodolog�a� de la Organizaci�n de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentaci�n FAO, se obtuvieron los valores los cuales indican una erosividad moderada en toda el �rea de la subcuenca r�o Portoviejo, esto se debe que la mayor�a de los tipos de suelos que conforman el �rea de estudio, presentan cierta resistencia a la agresividad de las lluvias.

 

 

 

 

Figura 2: Relaci�n del promedio del �ndice de Fournier (IF), y la precipitaci�n de las estaciones meteorol�gicas empleadas en el estudio.

Fuente: Instituto Nacional de Meteorolog�a e Hidrolog�a � INAMHI

Elaboraci�n: Propia.

 

Figura 3: Distribuci�n del Factor R, subcuenca r�o Portoviejo.

Elaboraci�n: Propia.

 

Resultados del riesgo de erosi�n

El diagn�stico de la erosi�n h�drica en la subcuenca r�o Portoviejo aplicando el m�todo U.S.L.E., se comprob� por medio del mapa de niveles de erosi�n que la mayor parte de la superficie presenta erosi�n de muy baja a baja de un 97,18%, presentando una alta resistencia al proceso de erosi�n h�drica, con valores que van desde 5 a 10 y 25 ton/ha*a�o.

Se constat� que las p�rdidas potenciales de erosi�n entre los niveles 50 a 100; de 100 a 200 ton/ha*a�o., presentaron rangos desde graves a muy graves de erosi�n, cuyo valor presentaron un 0,32% de afectaci�n del total del �rea en la subcuenca. Las superficies de niveles de 25 a 50 ton/ha a�o, catalogadas como una erosi�n moderada, presentaron valores de un 0,24% de afectaci�n en la superficie total de la subcuenca r�o Portoviejo.

Mediante la tabla 10, podemos observar los resultados del estudio de la erosi�n h�drica tanto en la superficie en hect�reas, como en rangos porcentuales, para la calificaci�n de las p�rdidas de suelos se emplearon seis rangos de erosi�n en ton/ha*a�o que fueron establecidos en el estudio.

 

Tabla 10: Superficie y porcentaje de p�rdida de suelo en la subcuenca r�o Portoviejo.

Elaboraci�n: Propia.

 

Las zonas identificadas donde existen superficies de riesgos de erosi�n entre rangos: moderada, grave y muy grave se encuentran ubicados en �reas de mayores precipitaciones y pendientes, siendo estas zonas las m�s afectadas por los procesos erosivos, lo contrario se evidenci� en zonas de bajas pendientes y precipitaciones.

 

 

 

 

 

Figura 4: Niveles erosivos en la subcuenca r�o Portoviejo

Elaboraci�n: Propia.

 

Figura 5: Erosi�n del suelo de la subcuenca r�o Portoviejo.

Elaboraci�n: Propia.

 

Conclusiones

El mejor resultado en la erosividad de la lluvia lo genero el m�todo de ponderaci�n inversa a la distancia, que espacializ� los datos de precipitaci�n e interpolo las �reas en rangos de las precipitaciones, facilitando mediante la� aplicaci�n� de� la� ecuaci�n� del� �ndice� de� Fournier obtener el mapa de lluvia, esto permiti� detectar las �reas donde la agresividad de la lluvias de acuerdo a la cantidad de precipitaci�n podr�a generar mayores escorrent�as y erosiones en el suelo.

De�� acuerdo�� al�� resultado�� del�� modelo�� U.S.L.E�� aplicado�� para�� la determinaci�n de la erosi�n h�drica (Figura xxx), se ha obtenido un mapa de riesgo de erosi�n en donde el 99,44 % del �rea estudiada presentan rangos de riesgo de erosi�n desde muy� baja,� baja� y� leve,� ocupando� la� mayor�a� del� �rea� de� la subcuenca. El 0,56% restante de superficie de la subcuenca presenta un 0.32% de riesgo de erosi�n de grave a muy grave. Lo que nos permite indicar que la erosi�n h�drica en la subcuenca r�o Portoviejo entre los a�os 2001 al 2010 ha sido muy reducida, aun as�, teniendo estos valores alentadores para la conservaci�n, se debe prevenir para que no se incremente la erosi�n en las �reas localizadas en la zona estudiada.

Los suelos donde se presentan mayores rangos de erosi�n h�drica fueron de texturas franco arenoso (0,53), franco arcillo arenoso (0,36), franco arcilloso (0,29) y franco arcillo limoso (0,30), siendo estos suelos utilizados en actividades agr�colas con cultivos perennes como la arboricultura tropical, bosque intervenido, pastos cultivados y cultivos de ciclo corto.� Se establece que los principales factores que generan la erosi�n en la subcuenca se deben a la no aplicaci�n de pr�cticas de conservaci�n adecuadas, tanto para los tipos de suelos y cultivos lo que conlleva a la sobre explotaci�n, compactaci�n y bajo contenido de materia org�nica en el suelo, afectando la estructura de los mismos convirti�ndoles a ser m�s vulnerable a factores e�licos e h�dricos.

Las �reas de un posible aumento del riesgo de erosi�n en la subcuenca se la considero a la erosi�n moderada, lo cual representan un rango de entre 25 � 50 ton/ha*a�o, cuya superficie es de 0,3470 has., y que puede aumentarse porque son �reas que actualmente se encuentran destinadas a la arboricultura tropical con un 24.46% y de bosque intervenido , pasto, vegetaci�n con un 15.98%; en cultivos de ciclo corto con un 2.84%; y en frutales tenemos un 5.51%, estos cultivos de ciclo perenne y corto se encuentran asociados, esto se debe a que el �rea en estudio es una zona dedicada a la agricultura, por lo tanto la mayor parte del �rea de la subcuenca que se encuentran entre rangos de erosi�n de: muy baja, baja, leve y moderada, puedan incrementar el riesgo de erosi�n si se siguen permitiendo que el ser humano efectu� labores agr�colas no conservacionista, como implantando cultivos con curvas de nivel, cultivos asociados org�nicos, siembra en terrazas con t�cnicas adecuadas para mitigar y proteger el recurso suelo de los agentes erosivos.

 

 

 

Referencias

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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