UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE AGRONOMIA AREA TECNOLOGICA SUBAREA MANEJO DE SUELO Y AGUA LAB. CONSERVACION DE SUELO Y AGUA CAT. Ing. Agr. MARVIN ROBERTO SALGUERO AUX: P. Agr. CESAR TORRES
Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica (USLE) Universal Soil Loss Ecuation La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica esta basada en más de 2,000 pruebas realizadas a parcelas estándar, que representa un lugar o medio erosionado, realizadas por Wischmeier durante 20 años. Esta parcela tenía un 9% de pendiente
con 22.13 m (72 pies) de longitud y 1.83 m (6 pies) de ancho. Desarrollado en suelos de textura media, con pendientes de 9 a 12% preferentemente en un rango de 3 a 18% y longitudes de hasta 122 m. La ecuación utilizada es la siguiente:
A=R*K*L*S*C*P Donde: A = Pérdida media anual de suelo (Ton/Ha * año). R = Factor de erosividad (MJoules/Ha * mm/h) K = Factor de erodabilidad (Ton/Ha /(Ha/MJ * h/mm) L = Factor de longitud de pendiente S = Factor de inclinación de la pendiente C = Factor de cobertura y manejo de cultivos P = Factor de prácticas de conservación de suelos L, S, C, P = Adimensionales, por comparación con parcelas experimentales originales.
Factores que afectan el resultado de la ecuación: • Factores que afectan el Factor K: incorporación M.O., aplicación enmiendas, prácticas conservacionistas, abonos verdes. • Factores que afectan el Factor LS: terrazas, muros de piedra, barreras vivas. • Factores que afectan el Factor C: densidades de siembra, cultivos de cobertura, asociación de cultivos, mulching.
•
Factores que afectan el Factor P: cultivos en contorno, cultivos en fajas, acequias de ladera, zanjas de absorción, canales de desviación.
Alcances del modelo USLE • Representa una metodología sencilla para evaluar el riesgo de erosión hídrica lamina y en surquillo en diferentes condiciones • Permite estimar el requerimiento de conservación de tipos específicos de utilización de la tierra en
•
unidades de tierra con diferentes características o atributos Constituye una herramienta útil para generar especificaciones de diseño de
Limitaciones del modelo USLE • No estima pérdidas a nivel de cuenca hidrográfica • No estima con precisión la erosión para un evento específico • No estima la erosión por flujo concentrado (cárcavas) • No estima el depósito de sedimentos • No estima la concentración de sedimentos en la escorrentía
•
•
prácticas de conservación de suelos Ofrece un marco de referencia para el estudio de los factores que intervienen en la erosión
No proporciona información sobre los sedimentos (tamaño, densidad, área superficial, etc.)
Fines de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica • Evaluación de riesgos de erosión hídrica • Desarrollo de medidas efectivas de control.
METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR R 1. Para la determinación del factor "R" o factor de erosividad de la lluvia, es necesario contar con los datos pluviográficos existentes para la zona, por lo que para conseguirlos se deben de ver registros de pluviografos. 2. La determinación del factor "R", está en función de la intensidad máxima de lluvia en 30 minutos consecutivos y la energía cinética por evento de lluvia. 3. Para la determinación de la intensidad máxima en 30 minutos por evento de lluvia, buscaremos la parte de al curva en el pluviograma que tenga mayor pendiente, en una porción de tiempo equivalente a treinta minutos consecutivos. El resultado obtenido se multiplica por dos para expresar los datos en milímetros por hora. 4. No todas las gráficas de precipitación se analizarán y tabularán ya que no todas las precipitaciones tienen características
erosivas, por lo que se desprecian todas aquellas lluvias menores o iguales a 13 milímetros, siempre y cuando estén separados por intervalos de tiempo mayores de 6 horas, al menos que caigan 6 milímetros de lluvia en un tiempo de 15 minutos. 5. La energía cinética se calcula a través de los registros pluviométricos diarios, los cuales se dividen en segmentos donde se asume que la intensidad es uniforme. De cada segmento del pluviograma, se calcula la intensidad en milímetros por hora. 6. Con la ecuación siguiente se calcula la energía cinética unitaria para cada segmento de lluvia que tenga intensidad uniforme: e = 0.1191 + 0.0873 * Log10 I (Logaritmo de base 10 de la Intensidad de lluvia) 1. Donde I es la intensidad expresada en milímetros por hora de cada uno de los segmentos. Si la intensidad
excede los 76 milímetros por hora, se toma la energía cinética directamente como 0.283.
cada evento de lluvia. 3. Los valores EI de la estación lluviosa por un periodo de tiempo de 15 a 20 años, se suman y se obtiene una media, la cual es el factor R utilizado en el modelo matemático de la USLE (Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica)
2. Todas las energías unitarias por segmento de lluvia, se suman y se obtiene la energía global por evento de lluvia, que multiplicada por la intensidad en 30 minutos en mm/hora da los valores de EI para
Cuadro 1. Análisis del pluviograma del aguacero del Pluviograma de la Figura 1
HORA 16:00 16:20 16:30 17:00 17:20 18:32 19:30 20:00
Lluvia (mm)
Tiempo (mm)
Intensidad (mm/h)
e (MJ/Ha *mm)
E (MJ/Ha)
8 10 3 7 10 10 1
20.00 10.00 30.00 20.00 72.00 58.00 30.00
24.00 60.00 6.00 21.00 8.33 10.34 2.00
0.239 0.274 0.187 0.234 0.199 0.208 0.145
1.92 2.74 0.56 1.64 1.99 2.08 0.15 11.075
EI30 = 18 mm * 2 = 36 mm / h EI30 = 36 mm/ h * 11.075 MJ / Ha = 398.70 MJ/Ha * mm/h
METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR K Expresa la susceptibilidad del suelo a ser erosionado, para su cálculo se utiliza un nomograma que incluye diferentes características del suelo, previo a la utilización del nomograma de debe de obtener información física del suelo en el área de estudio (porcentajes de partículas primarias, materia orgánica, tipo de estructura y capacidad de permeabilidad) (Figura 2). Para encontrar el valor de K en el nomograma, se ingresa el valor del % de limo + arena fina en el eje Y de la gráfica de la izquierda y desde ahí se
proyecta una línea horizontal que coincida con la curva del % de arena respectivo. Al interceptar la curva del contenido de arena, se proyecta desde ese punto una línea vertical que coincida con el contenido de materia orgánica (%). Y luego, se proyecta una línea horizontal hasta la grafica de la derecha hasta que coincida con el tipo de estructura del suelo y desde esa intercepción se proyecta una línea vertical hacia abajo hasta que coincida con el tipo de permeabilidad y desde ese punto se proyecta una línea horizontal hacia la izquierda que coincida con el
eje Y de la grafica de la derecha donde se encuentran los valores del
factor K
METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR TOPOGRÁFICO (L y S) Factor de Longitud La longitud es la distancia que separa el punto donde el escurrimiento superficial se origina hasta el lugar donde el agua de escorrentía ingresa a un drenaje (natural o artificial), o bien hasta
donde la pendiente decrece y el depósito de sedimento comienza. El Factor L se estima utilizando la siguiente ecuación:
L = (longitud de la pendiente en el campo/22.1)m Cuadro 2. Valores de m, en función de la pendiente Pendiente Valor de m < 0.5 - 1 0.15 0.5 - 1 0.2 1–3 0.3 3–5 0.4 >5 0.5
Factor de Inclinación Gradiente expresado en unidades de ascenso o caída vertical por unidad de distancia horizontal o por 100 unidades de distancia horizontal
cuando la pendiente se expresa en %. El Factor S se estima utilizando la siguiente ecuación:
S = 0.065 + 4.56 sen θ + 65.61 sen θ2 O bien, S = 0.065 + 0.045 S + 0.0065 S2 Donde S = inclinación de la pendiente expresada en %. L y S, pueden ser calculados de forma individual o conjuntamente, utilizando la expresión siguiente: LS = (longitud de la pendiente en el campo/22.1)m 0.065 + 0.045 S + 0.0065 S2 Además, puede realizarse por el método gráfico utilizando el nomograma respectivo donde en el eje X, se encuentra la distancia en metros y desde este punto se proyecta una línea vertical que coincida con la curva
correspondiente al porcentaje de pendiente que se encuentra en un rango de 0.5 a 50%. Al interceptar la curva de pendiente, se proyecta una línea horizontal hacia la izquierda del nomograma donde se encuentran los
valores
respectivos
del
factor
LS
(Figura 3).
METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR DE MANEJO (C y P) Factor de Cobertura y Manejo Relación resultante al comparar las pérdidas de suelo ocurrido en áreas con cobertura vegetal protectora. Considera el tipo y densidad de cobertura vegetal del suelo y todas las prácticas de manejo relacionadas, tales como tiempo para realizar las operaciones de cultivo, control de malezas, labranza, riego, fertilización. Para encontrar este valor se utilizan los cuadros 3, 4 y 5 Factor de Prácticas de Conservación de Suelos Relación que hay entre las pérdidas de suelo que ocurren en un suelo
bajo una determinada práctica de conservación de suelo y las pérdidas de suelo que ocurren en la misma área sin prácticas de conservación. Tiene un valor de 1 el cual tiende a ser reducido por prácticas de conservación especiales, dentro de las cuales las más comunes en áreas cultivadas son, cultivos en contorno. Las prácticas de conservación que afectan el factor P, actúan en la retención de sedimentos, facilitan la infiltración, disminuyendo el escurrimiento. Para encontrar este valor se utilizan los cuadros 6, 7 y 8
CUADRO 3. FACTOR C, PARA DIFERENTES CANTIDADES DE RESIDUO VEGETAL EN TON/ha APLICADOS A DIFERENTES PORCENTAJES Y LONGITUDES MAXIMAS DE PENDIENTES DEL TERRENO. TIPO DE RESIDUO VEGETAL
LONGITUD FACTOR C MÁXIMA (m)
CANTIDAD (TON/ha)
PENDIENTE (%)
0
Todos
--
1.0
Paja o heno
2.47
1-5
61
0.20
Sin eliminación de rastrojo y tirado sobre el suelo
2.47
6-10
30
0.20
Incorporación de rastrojo
3.71
1-5
90
0.12
3.71
6-10
46
0.12
5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00
1-5 6-10 11-15 16-20 21-25 26-33 34-50
120 60 46 30 25 15 10
0.06 0.06 0.07 0.11 0.14 0.17 0.20
Ninguno
Incorporación de residuos vegetales con maquinaria
FUENTE: Una Guía cara la planificación de la conservación de suelo. Manual 537. USDA. Dic. 1978.
CUADRO 4. FACTOR (POTREROS).
C
PARA
TERRENOS
CUBIERTA VEGETAL % DE TIPO Y ALTURA COBERTURA No apreciable -25 Malezas o arbustos con una altura promedio de 50 50 cm. 75 25 Arbusto con una altura 50 promedio de 2 metros 75 25 Arbustos con altura 50 promedio de 4 metros 75
CON
CUBIERTA
PERMANENTE
DENSIDAD DE CUBIERTA VEGETAL %. DE CUBIERTA DEL SUELO O 20 40 60 80 95 0.45 0.20 0.10 0.042 0.013 0.003 0.038 0.013 0.003 0.36 0'.17 0.09 0.26 0.13 0.07 0.035 0.012 0.003 0.17 0.10 0.06 0.032 0.011 0.003 0.40 0.18 0.09 0.040 0.013 0.003 0.34 0.16 0.08 0.030 0.012 0.003 0.28 0.14 0.08 0.036 0.012 0.003 0.42 0.19 0.10 0.041 0.013 0.003 0.39 0.18 0.09 0.040 0.013 0.003 0.36 0.17 0.09 0.039 0.012 0.003
FUENTE: Una guía para la planificación de la conservación de suelo. Manual 537. USDA. Dic. 1978.
CUADRO 5. FACTOR C, PARA TERRENOS FORESTALES NO CULTIVADOS. % DEL AREA CUBIERTA POR ÁRBOLES 100 - 75 70 - 45 40 - 20
% DEL AREA CUBIERTA POR HOJARASCA NO MENOR DE 5 cm. 100 – 90 85 – 75 70 – 40
FACTOR 0.0001 - 0.001 0.002 - 0.004 0.003 - 0.009
CUADRO 6. FACTOR P Y DISTANCIAS ENTRE LINEAS GUÍAS EN CULTIVOS A NIVEL SEGÚN LA PENDIENTE DEL SUELO. % DE PENDIENTE
VALOR DE P
LONGITUD MAXIMA EN m
1-2 3-5 6-8 9 – 12 13 - 16 17 - 20 21 - 25
0.60 0.50 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
120 100 60 45 20 15 10
CUADRO 7. FACTOR P Y ESPACIAMIENTO DE TERRAZAS CULTIVO AL CONTORNO.
% DE PENDIENTE 1-2 3–8 9 - 12 13 - 16 17 - 20 21 - 25
MANEJO DEL SUELO AL CONTORNO
EN FAJAS
0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90
0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
CUADRO 8. FACTOR P. ANCHO MÁXIMO DE FAJAS Y MÁXIMA LONGITUD ENTRE LÍNEAS GUÍAS A DIFERENTES PENDIENTES EN CULTIVOS DE FAJAS AL CONTORNO. VALOR DE P ANCHO DE LONGITUD % DE PENDIENTE A B C FAJA m MAXIMA m 1–2 0.20 0.45 0.60 40 240 3–5
0.25
0.38
0.50
30
180
6–8 9 – 12
0.25 0.30
0.38 0.45
0.50 0.60
30 25
120 60
13 – 16
0.35
0.52
0.70
25
55
17 – 20
0.40
0.60
0.80
20
40
21-26
0.45
0.68
O. '30
15
30
A = Para una rotación de 4 años, con cultivos en hileras y cereales B = Para una rotación de 4 años, con dos años de cultivos de hileras y dos años de cereales. C = Para fajas alternas con cultivos en hileras y cereales.
FUENTE: Una guía para la planificación de la conservación de suelo. Manual 537. USDA. 1978.
Figura 1. Pluviograma de un aguacero, utilizando un pluviómetro de banda diaria, con depósito de 10 ml.
Figura 3. Gráfica para obtención del valor del factor topográfico LS
