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Proyección de Pérdida del Suelo en la
Cuenca del Río Jiboa, utilizando el
método RUSLE/USLE aplicado en GIS
CONFERENCIA REGIONAL DE ADAPTACIÓN AL CAMBIO CLIMÁTICO Y
GESTIÓN PREVENTIVA DEL RIESGO PARA LA INFRAESTRUCTURA PÚBLICA
“AVANZANDO HACIA LA RESILIENCIA”
Violeta Aguilar de Consolin
Especialista en GIS, Subdirección de Estudios Técnicos, DACGER
5 de Diciembre 2014
Contenido
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Introducción
Ubicación Geográfica de la Cuenca del Río Jiboa
Impactos del Cambio Climático en la Cuenca
Materiales y Métodos
Cálculo de la Pérdida del Suelo en la Cuenca
Proyecciones del clima futuro en El Salvador
Pérdida del Suelo
Conclusiones
Agradecimientos
Introducción
El Salvador es uno de los países Centroamericanos, fuertemente afectados por los eventos hidrometerológicos
extremos como consecuencia del cambio climático, y ha sido la Cuenca del Río Jiboa, una de las más alteradas
por dichos eventos. Tales fenómenos han dejado de manifiesto la susceptibilidad de la cuenca a las
inundaciones y a serios procesos de erosión hídrica, provocando que ésta se vuelva inestable y con un paisaje
altamente degradado.
El estudio, pretendió determinar el nivel de erosión que la Cuenca del Río Jiboa ha tenido en los años 20012011, años en los cuales ocurrieron eventos extremos que causaron muchas pérdidas y daños al país, entre
ellos la depresión tropical DT-12E
Para determinar la erosión de la cuenca y proyectar el suelo perdido, se ha utilizado la metodología
RUSLE/USLE, aplicando la Ecuación Universal de Pérdida del Suelo, basados en la cartografía existente además
de los datos de promedios anuales de precipitación de los años 2001 al 2011 y proyecciones del clima futuro
Ubicación Geográfica Cuenca Río Jiboa
Se ubica dentro de la región hidrológica Jiboa, en la planicie costera central de El Salvador, la parte baja de la
cuenca colinda con la costa del Océano Pacífico.
La Cuenca del Río Jiboa tiene una extensión de 583.11 km2
Impactos del Cambio Climático en la Cuenca del
Río Jiboa
•
Pérdida de bosques
la Cuenca del río Jiboa está sufriendo grandes cambios en los usos del suelo, debido
a la erosión hídrica.
Pérdidas del suelo forestal, pérdida de bosques caducifolios y de galería, pérdida
de bosques salados
Esta pérdida de bosques naturales y salados mantiene a la cuenca con un índice
acelerado de deforestación.
•
Incremento del nivel del mar
La zona costera estaría expuesta en los próximos 100 años a:
Escenario optimista: una pérdida de área que va desde el 10% bajo (13 cm de
incremento),
Escenario pesimista: 27.6% (1.1 m de elevación del nivel del mar)*.
Lo anterior indica que el incremento del nivel del mar podría constituirse en uno de
los efectos más negativos en la zona costera de la Cuenca del Río Jiboa.
*Miriam Monterrosa de Tobar. 1998. MARN. Evaluación de los Impactos del Cambio Climático, en el Sector
Agropecuario de la Zona Costera de El Salvador. Primera Comunicación Nacional de Cambio Climático de El
Salvador. Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales.
Impactos del Cambio Climático en la Cuenca del
Río Jiboa
•
Pérdida de biodiversidad:
El índice acelerado de deforestación, ocasionado con la perdida de suelos ha
provocado una amenaza latente de la pérdida de la biodiversidad, al verse afectado
su hábitat, observándose un desplazamiento de sus especies.
Se ha observado el desplazamiento de algunas especies marinas a otros ecosistemas
con mejores tolerancias de salinidad.
•
Incremento en la frecuencia de inundaciones
La planicie costera presenta problemas de drenajes provocados por el anegamiento
de los terrenos, inducidos por el desbordamiento del Río Jiboa, depositando gran
cantidad de sedimentos en los alrededores.
Otro problema es la existencia de niveles freáticos superficiales a lo largo del río, lo
que incrementa la escorrentía superficial.
Impactos del Cambio Climático en la Cuenca del
Río Jiboa
•
Disminución en las producciones agrícolas e inseguridad alimentaria:
Las inundaciones que afectan las planicies de las zonas costeras, provocan pérdidas en
cosechas mucho mayores que las derivadas por las sequias.
Los habitantes de algunas comunidades de la zona costera identifican cuantiosas
pérdidas en las producciones de maíz, frijoles y hortalizas lo que ascienden a cerca
del 95 % de lo sembrado.
Se prevé una alta vulnerabilidad en la producción de otros cultivos y la ganadería*,
reportándose niveles de pérdida de 60% en promedio para la caña de azúcar, y de 80%
en el caso de pasto y ganadería. Además, las inundaciones acarrean consecuencias
negativas en la producción de sal y camarón.
•
Aumento de la salinidad:
El incremento del nivel del mar está ocasionando la salinización de los mantos
acuíferos.
La tala de los manglares está reduciendo los filtros naturales de retención de sal, de tal
manera que los cultivos de los campos se hacen cada vez más salinos
*MARN 2000. Inundaciones en las cuencas del río Paz, Jiboa y Grande de San Miguel
Impactos del Cambio Climático en la Cuenca del
Río Jiboa
•
Estrés Hídrico:
El departamento de la Paz es el que mayor demanda de agua para riego presenta, esto
podría ocasionar en algunos años un estrés hídrico en la cuenca.
La sobre explotación de manantiales para uso doméstico, ha disminuido las cantidades de
agua superficiales disponibles en los ríos (SNET, 2002). Otros estudios revelan con respecto
a la demanda y el recurso hídrico, que El Salvador, podría llegar a tener niveles de estrés
hídrico para el año 2050 bajo un escenario pesimista
•
Salud Humana:
El impacto directo se da con los habitantes, observándose en el área enfermedades
infecciosas tropicales (Becker 1997). Los eventos climáticos y sus consecuencias, tal es el
caso de las inundaciones, han traído consigo la aparición de epidemias de enfermedades
infecciosas, criaderos de zancudos (portadores del dengue y chikungunya) y otros insectos.
Los impactos del cambio climático en la salud humana ante eventos hidrometereológicos
extremos se están manifestando con las pérdidas de vidas humanas, además del
incremento en los costos de salud por recuperación de enfermos y por el control o
erradicación de fuentes reproductoras de enfermedades.
Materiales y Métodos
Información de coberturas y datos digitales:
•
•
•
•
•
•
•
Modelo de Elevación Digital con curvas de nivel a cada 10mts. Escala 1/25,000. Fuente: MARN.
Clasificación de suelos Corine Land Cover adaptada a el Salvador. Escala 1/25,000. Fuente: Universidad El
Salvador UES.
Mapa Geológico, creada por la Misión Geológica Alemana en El Salvador en Colaboración con el Centro
de Estudios e Investigaciones Geotécnicas (1967-1971) Escala 1/25,000. Fuente: MARN.
Pedología. Escala 1/50,000. Fuente: MARN.
Ubicación Estaciones Pluviométricas. Fuente: MARN.
Imágenes Satelitales LANSAT 7 Reflectance Imagery. 2012
Información del promedio de lluvia mensual durante los años 2001-2011. Fuente: MARN.
Materiales y Métodos
La Cuenca del Río Jiboa, está siendo impactada por la erosión que tiene como causa principal el cambio en los
usos de suelo, por lo que se ha procedido a aplicar el método RUSLE/USLE*, que trabaja con la Ecuación
Universal de Pérdida de Suelo, auxiliándonos de los recientes avances tecnológicos como lo son los Sistemas
de Información Geográfica SIG, para analizar los efectos de los cambios en el uso de suelo en el proceso de
erosión hídrica en la Cuenca del Río Jiboa.
La pérdida del suelo se calculó utilizando la ecuación:
Dónde:
A: Pérdida del suelo en Ton/ha/año
R: factor de erosividad de la lluvia en (Mj.mm)/ha.h.año,
K: factor de erosionabilidad del suelo en (Mg.ha.h)/(ha.Mj.mm)
L: Factor longitud del terreno (adimensional)
S: Factor pendiente del terreno (adimensional)
C: Factor cobertura y manejo de la vegetación (adimensional) y
P: Factor prácticas de conservación (adimensional)
*Wischmeier y Smith 1978 y Renart et al., 1998
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
•
Factor 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. Para calcular el factor de
erosividad R se tuvieron algunas limitaciones, en cuanto a la ausencia de datos de intensidad máxima de la
lluvia, por lo que se utilizó la siguiente ecuación como alternativa
Dónde:
R: capacidad de erosión de la lluvia M*J*mm/(Ha.h)
P: precipitación anual promedio (mm)
E: Elevación en metros.
*La ecuación se obtuvo de correlaciones de R en función de la elevación y precipitaciones calibradas para Costa Rica y aplicadas en otros estudios en El Salvador (Escalante,
A.2010, UCA. Evaluación de riesgo de erosión, Cuenca Barra de Santiago. Universidad Centroamericana José Simeón Cañas).
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
Precipitación Promedio Anual Años 2001-2011 para 9
estaciones Cuenca Río Jiboa
Estación
S10
V3
C9
P3
Nombre
Aeropuerto de
Ilopango
Fca. San
Jacinto
Cojutepeque
S.M.
2001
2002
2003
2120.80
1650.60
1795.30
3491.40
1838.90
1818.30
1323.70
2004
2005
2006
2007
2008
2009
1345.10 2207.70 1801.20
1547.50
2040.60
2173.60
2087.70
1549.90 3559.30 1399.70
1905.20
2724.50
2203.40
1501.70
1961.20 1696.90
1447.70
2000.00
2076.40
1275.20
1931.70 2101.50 1952.10
1280.50
1807.80
1301.10
1360.60
1475.60
1270.50
1405.90
1045.90
Rosario La Paz
Aeropuerto El
Salvador
2094.00
445.00
185.50 1272.30 1644.50
2048.50
1249.70
1205.60
1576.30 1559.90 1538.40
2503.50
2016.90
1918.10
1687.70 1896.60 1743.90
1633.80
2320.20
V6
San Diego
Bficio. Entre
Ríos
Santa Cruz
Porrillo
2248.60
714.70
1518.70 1064.60 1732.40
1937.60
2353.30
1493.10
P18
Los Novillos
1591.20
1381.20
1276.60 1964.60 1311.10
1403.80
1365.10
1578.30
P16
L36
P8
2039.50
Prom.
Anual(mm
)
2010
2011
2459.60
2120.80
2126.28
3491.40
2694.60
2164.90
2058.12
2094.00
1979.74
2532.30
2075.50
2039.50
1534.28
2048.50
1709.84
2503.50
2278.03
2037.70
2248.60
1927.70
2281.20
1591.20
1749.37
Fuente: Elaboración Propia, en base datos de precipitación proporcionados por el Ministerio del Medio
Ambiente y Recursos Naturales, El Salvador. MARN
A partir de los registros mensuales de lluvia de 10 años, (2001-2011), se estimó la precipitación anual
promedio en 9 estaciones (datos proporcionados por MARN), para el cálculo del factor R.
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
•
Factor K:
La erodabilidad del suelo es un índice que indica la vulnerabilidad o susceptibilidad a la erosión y que depende de las
propiedades intrínsecas de cada suelo. Cuanto mayor sea la erodabilidad mayor porcentaje de erosión
Dónde:
K:
OM:
s:
p:
M:
% arcilla).
Factor de erodabilidad del suelo (t*acre*hr/100*acre.pie*tf*pulg)
Materia orgánica [%].
Código de la estructura del suelo.
Código de permeabilidad.
Producto de las fracciones del tamaño de las partículas primarias ó (% limo + % arena
muy fina)*(100-
Para el caso de la Cuenca del Río Jiboa, se tomaron los valores de K que se determinaron para estudios realizados por la
UCA * a partir del mapa pedológico fuente del Ministerio del Medio Ambiente y Recursos Naturales MARN.
*Escalante, A.2010, UCA. Evaluación de riesgo de erosión, Cuenca Barra de Santiago. Universidad Centroamericana José Simeón Cañas.
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
Valores del factor K para la Ecuación Universal de Pérdida del Suelo
Tipo de Suelos
aluviales
latisoles
andisoles
grumosoles
regosoles
Factor K
0.055-0.036
0.02
0.06
0.02-0.07
0.043-0.023
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
•
Factor L*S:
L es el factor de longitud de la pendiente que
representa el efecto de la longitud de la pendiente
en la erosión (adimensional).
Dónde:
L: Factor de longitud de pendiente.
L: Longitud de la pendiente [pies].
22.13: Longitud de parcela unitaria RUSLE.
m: El exponente de longitud de pendiente m,
determina la relación entre erosión en surcos
(causada por flujo) y erosión entresurcos (causado
por impacto de gotas de lluvia).
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
•
Factor L*S:
S es el grado de inclinación de la pendiente. La pérdida
de suelo se incrementa más rápidamente con pendientes
muy escarpadas.
Para el cálculo del factor S, se tomó en cuenta la siguiente
ecuación:
Dónde:
S:
s:
β:
Factor de inclinación de pendiente
Inclinación de pendiente [%]
Angulo de pendiente [°]
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
Factor L*S
Para el cálculo del factor LS, se utilizó como capa base el modelo de elevación digital con tamaño de pixel de
10x10m, del cual se generaron modelos grid, de mapa de pendientes en grados (slope gra) y utilizando las
herramientas de hidrología, se generó un grid de dirección de flujo (Flow direction) y un grid de acumulación
de flujo (Flow Acumulation).
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
•
Factor C:
El factor C es el factor de manejo de cultivo, se utiliza para reflejar el efecto del cultivo y las prácticas de
manejo en las tasas de erosión.
El factor C, se calculó utilizando los parámetros citados por Jung et al (sf) mostrados a continuación:
Tipo de Cobertura
Área Urbana
Suelo desnudo
Bosque Denso
Bosque Ralo
Bosque mezclado con cultivos
(agroforestería)
cultivos
Cultivos de inundación
Pastura densa
Pastura rala
Pasturas con cultivos
Humedales
Cuerpos de agua
Factor C
0.1
0.35
0.001
0.01
0.1
0.5
0.1
0.08
0.2
0.25
0.05
0.01
Cálculo de Pérdida del Suelo Cuenca Río Jiboa
•
Factor P:
El factor P, indica las prácticas de control de erosión. El factor P de
RUSLE/USLE refleja el impacto que las prácticas de control tienen sobre
la tasa de erosión.
Debido a que no se puede asignar con certeza el tipo de protección que
se le da a los suelos en la zona de estudio, se consideraron los valores de
p citados en el siguiente cuadro, donde los valores menores a 1,
significan prácticas adecuadas de cultivos.
Tipo de Cobertura
Área Urbana
Suelo desnudo
Bosque Denso
Bosque Ralo
Bosque mezclado con cultivos
(agroforestería)
cultivos
Cultivos de inundación
Pastura densa
Pastura rala
Pasturas con cultivos
Humedales
Cuerpos de agua
Factor P
1
1
1
1
0.8
0.5
0.5
1
1
0.8
1
1
Proyecciones del Clima Futuro para El Salvador.
De acuerdo a los escenarios y proyecciones climáticas estimadas en la Primera Comunicación Nacional sobre
Cambio Climático (MARN 2000), en El Salvador, en lo que se refiere a la precipitación, las proyecciones tendrían
mayor incertidumbre, abarcando rangos desde –11.3% a 3.5% hasta el año 2020*.
A partir de los rangos proyectados de precipitación para el año 2020, el presente estudio, realizó 5 modelos de
pérdida del suelo, considerando los siguientes rangos en porcentaje:
-11.3%, -10%, -5%, -1% y 3.5%.
Obteniéndose el siguiente cuadro:
Estación
prom_anual_2
001_2011
S10
Nombre
Aeropuerto de
Ilopango
-11.3%
-10%
-5%
-1%
3.5%
2126.28
1886.01
1913.65
2019.97
2105.02
2200.70
V3
Fca. San Jacinto
2694.60
2390.11
2425.14
2559.87
2667.65
2788.91
C9
Cojutepeque S.M.
2058.12
1825.55
1852.31
1955.22
2037.54
2130.16
P3
1979.74
1756.03
1781.76
1880.75
1959.94
2049.03
P16
Rosario La Paz
Aeropuerto El
Salvador
1534.28
1360.90
1380.85
1457.56
1518.94
1587.98
L36
San Diego
1709.84
1516.63
1538.85
1624.35
1692.74
1769.68
P8
Bficio. Entre Ríos
2278.03
2020.61
2050.22
2164.12
2255.24
2357.76
V6
Santa Cruz Porrillo
1927.70
1709.87
1734.93
1831.32
1908.42
1995.17
P18
Los Novillos
1749.37
1551.69
1574.43
1661.90
1731.87
1810.59
*Tomado de los resultados de Tres Modelos Climáticos Globales MCG, extraídos de la rejilla del SCENGEN dentro de la cual se localiza El Salvador y
considerando el escenario de emisión EE IS92a con una sensibilidad climática media
.
Los datos de precipitación
fueron interpolados con el
método de Inverse Distance
Weighted
(IDW),
para
obtener nuevos datos de
precipitaciones
promedio
proyectadas, y recalcular el
factor R
Pérdida del Suelo
Nivel de Erosión Baja:
Están ubicados en su mayoría en la parte baja de la cuenca, y al norte
del Lago de Ilopango, con pendientes que varían entre el 0 y el 15%,
perteneciente a suelos litosoles y aluviales.
Nivel de Erosión Moderada: este tipo de erosión hídrica se está dando
en suelos con pendientes entre el 15 y 30%. Estos suelos, están
ocupados por cultivos de café.
Nivel de Erosión Alta: Están ubicados en terrenos con pendientes entre
el 30 y mayores del 45%. El uso dominante de estos suelos son los
cultivos anuales, asociados con cultivos intensivos de granos básicos y
terrenos principalmente agrícolas.
Nivel de Erosión Muy Alta: Estos suelos están ubicados en los
alrededores del Río Jiboa, en su parte norte y algunos de sus afluentes,
así como también en el extremo norponiente del Lago de Ilopango.
Estos suelos están ubicados en pendientes mayores del 45% y su
ocupación predominante son los mosaicos de cultivos y pastos
%
Nivel
erosión
Baja
2001-2011
-11.3%
-10%
-5%
-1%
3.5%
Ton/año
7090.66
7389.50
7354.52
7220.40
7118.35
7001.73
Moderada
10294.86
10268.62
10273.00
10286.12
10259.88
10390.86
Alta
23521.33
22409.04
22541.70
23031.51
23521.33
23858.08
6953.62
5627.04
5787.40
6370.51
6793.27
7361.80
Muy Alta
Los valores de pérdida de suelo que se obtuvieron desde los
años 2001 hasta el 2011 con la aplicación de la Ecuación
Universal de Pérdida de Suelo, están dados en toneladas por
hectárea al año y fueron agrupados en 4 diferentes categorías,
Conclusiones
•
Dentro de la cuenca la ocupación del suelo predominante lo ocupan los suelos destinados
para cultivos de granos básicos, ocupando un 34.19% , la ubicación de éstos coinciden con
los índices de los suelos con alto grado de erosión (> 250 ton/Ha/Año), por lo que los
suelos con erosiones altas están directamente relacionados el factor C, por lo que se
concluye que el factor C es un valor determinante en la pérdida de los suelos aplicando el
método RUSLE/USLE.
•
Dentro de la Cuenca del Río Jiboa, los porcentajes de erosión están ocurriendo en mayor
superficie de terreno en los índices de erosión moderado y alto (50-100 y 100 a 250
Ton/Ha/año), siendo 10390.86 ton/año y 23521.33 ton/año, respectivamente.
•
La ubicación de los niveles de erosión alto, no presentan relación directa con el tipo de
geología, donde las tierras piroclástitas ácidas y apiclastitas volcánicas subordinadas (s4) comúnmente llamada Tierra Blanca-, que son tierras muy vulnerables a la erosión no
presentaron un nivel de erosión alto.
Conclusiones
•
Al verificar en campo las zonas con un índice de erosión alto (mayores a 250 toneladas por
hectárea al año), se determinó que el tipo de erosión presentado en su mayoría es de tipo
erosión en surcos, ubicados en su mayoría en las zonas de drenajes con pendientes mayores
al 45%.
•
Los valores de la pérdida de suelos de la cuenca, no son predicciones exactas de erosión
que podrían presentarse en toda la extensión de la cuenca, sino más bien son estimaciones
relativas de la susceptibilidad a la erosión que tiene dicha cuenca, estimaciones que
podrían ser tomadas en cuenta en la toma de decisiones en lo que respecta a materia de
ordenamiento, desarrollo territorial y gestión del riesgo.
Pérdida del Suelo
Agradecimientos
•
Al apoyo financiero de la Organización de los Estados Americanos OEA a través del programa de becas de Desarrollo
Profesional , quienes en conjunto con el Fondo Verde Perú, hicieron posible la realización del diplomado.
•
Al Ministerio de Obras Públicas, Transporte Vivienda y Desarrollo Urbano MOPTVDU de El Salvador, por el apoyo y tiempo
brindado en la realización del curso.
•
Un Reconocimiento especial al Ing. Arturo Escalante, coordinador de los Laboratorios de Sistemas de Información
Geográfica UCA/DOE/LSIG, por el apoyo técnico brindado para la elaboración de la presente investigación.
•
Así como también al Ing. Carlos Aguilar, quien aportó sus conocimientos y amplia experiencia en la geología de El Salvador
para la determinación del factor K según las características de la cuenca.
MUCHAS GRACIAS
[email protected]
SUBDIRECCIÓN DE ESTUDIOS TÉCNICOS
DIRECCIÓN DE ADAPTACIÓN AL CAMBIO CLIMÁTICO Y GESTIÓN ESTRATÉGICA DEL RIESGO