Los modelos de erosión

Introducción histórica. Modelo de Meyer-

Wischmeier. Clasificación de modelos. Modelos

cualitativos. Modelos cuantitativos. Evaluación cualitativos. Modelos cuantitativos. Evaluación

directa e indirecta.

Introducción histórica

Aunque se pueden citar autores que estudiaron la erosión desdetiempos remotos, hay que decir que su estudio ha estado ligado a lapérdida de productividad de las tierras. El origen es de carácter agrícola

“Dust Bowl” de Nueva York (12 de mayo de1934) del Corn Belt

Creación del USDA y el SCS (1935)

Red de parcelas en USA (10.000 parcelas/año)

Evolución del estudio de la erosión

Antes, el objetivo de las medidas de control de la erosión era

reducir la tasa de pérdida de suelo, hasta situarla por debajo de

la denominada tolerable. Este concepto para los

conservacionistas del suelo se basaba en garantizar que la tierra

fuera utilizada de tal forma que pudiera producir indefinidamente,

lo que significaría la inexistencia de un deterioro progresivo. Esto

se conseguía cuando la tasa de pérdida de suelo es inferior a lase conseguía cuando la tasa de pérdida de suelo es inferior a la

tasa de formación de suelo.

Actualmente, las consecuencias de la erosión no se limitan a los

aspectos cuantitativos, sino que su efecto conlleva pérdidas de

cualitativas como la perdida de materia orgánica y de nutrientes,

como ya se ha comentado

Bajo este punto de vista, hay procesos erosivos que aúnsiendo cuantitativamente “leves” pueden considerarsedesde el punto de vista cualitativo muy importantes; esel caso de la erosión laminar que arrastrafundamentalmente los materiales más finos, que son losmás estrechamente relacionados con las propiedadesrelativas a la nutrición. Esta forma de entender lascosas, ha llevado a dar un mayor énfasis a los efectoscosas, ha llevado a dar un mayor énfasis a los efectosprotectores de la cubierta del suelo frente a las obras decontrol de la escorrentía, aunque en las zonassemiáridas sea necesaria la integración de ambastécnicas. De hecho, la técnica de conservación desuelos más utilizada en el ámbito forestal español es lallamada genéricamente, gestión de la cubierta, y dentrode ésta, los trabajos de reforestación.

Foto en Tramo medio del rio Jarama. Término municipal de Puebla de Valles

(Guadalajara).

la modelización trata de dar respuesta a todos aquellos aspectos

técnicos que facilitan el conocimiento de los diferentes parámetros e

interrelaciones implicados, para posteriormente, con ayuda de las

actuales herramientas informáticas, tratar de reproducir el sistema en

el que se desarrollan los procesos, ya sea desde el estudio de un

simple reguero, a un complejo modelo distribuido que pueda explicar el

comportamiento global en una cuenca hidrográfica.comportamiento global en una cuenca hidrográfica.

la modelización de los procesos erosivos se basa en la obtención

de algoritmos matemáticos que describan la disgregación, el

transporte y la deposición de los materiales.

Las tres razones básicas para la modelización de los procesos de erosión,

según Lal (1996), son las siguientes:

a) Se pueden utilizar como herramientas de predicción, en la evaluación

de las pérdidas de suelo, en la planificación de conservación de suelos, en

los proyectos de planificación, inventario de zonas erosionadas, etc.

b) Los modelos matemáticos con base física, a través de distintos soportes

informáticos, pueden predecir dónde y cuándo ocurre la erosión, por lo tanto,

ayudan al planificador en las tareas relacionadas con la reducción de la erosión.

c) Pueden utilizarse como meras herramientas que ayuden a comprender los

procesos erosivos, sus interacciones, estableciendo las prioridades para

futuras investigaciones.

Formas de erosión

Grados de erosión

Rangos y/o baremos

Parcelas de erosión

Evaluación directa Clavos de erosión

Agujas de erosión, etc

Modelos cualitativos

Agujas de erosión, etc

Modelos empíricos

Evaluación indirecta Modelos conceptuales

Modelos con base física

Modelos cuantitativos

Este tipo de modelos tiene por objetivo la estimación de la erosión

actual, acudiendo directamente a las laderas, reconociendo las

distintas formas de erosión y de sedimentación y estimando el grado de

erosión mediante la ponderación de los factores de los que depende.

Modelos Cualitativos

En este tipo de métodos, una herramienta fundamental la constituye la

cartografía de las unidades homogéneas en función de los parámetros

principales que controlan el fenómeno erosivo (suelo, vegetación,

topografía, etc), y la atribución de categorías, niveles o clases, en los

que la subjetividad juega un papel importante.

Modelos Cualitativos

Modelo FAO

Modelo ITC

Corine (UE)

Modelo CORINE

Métodos directosde medición de la erosión

Métodos directos. Medida de erosión con clavos

Antes Después

Clavos de erosión. Fuente: EIAS. Univ. Talca. Chile

Nivel de burbuja en la

superficie inicial del

suelo

Se añade un floculante a la mezcla de agua y sedimentos

recogida en cada tanque. El suelo precipita en el fondo del

tanque y el agua se saca de los tanques y se mide. Se

determina el volumen de suelo que ha quedado en el tanque

y se separa una muestra de volumen conocido para secarla

y pesarla. El peso de la muestra, multiplicado por el volumen

total da el peso total de suelo en el tanque. Si todo el suelo

ha sido recogido en el tanque, este peso total de suelo en el

tanque, este peso representa la pérdida total de suelo de latanque, este peso representa la pérdida total de suelo de la

parcela. Para tanques divisores, es necesario ajustar el peso

del suelo en el tanque de acuerdo con la prporción de la

escorrentía total y sedimentos que pasaron al tanque. Así,

para el diseño mostrado en la FIGURA, la pérdida total de

suelo de la parcela es el peso del suelo en el primer tanque

más, admitiendo que 1/5 del flujo del primer tanque pasa por

el divisor al segundo tanque, cinco veces el peso del suelo

en el segundo tanque

Parcelas de erosión

Parcela de erosión en la Finca La Higueruela. Santa Olalla (Toledo).

CSIC. CCMA

www.ccma.csic.es/dpts/suelos/hidro/hidroes.htm

Fuente: Héctor Cortés. IMTA. México

Pluviómetro

Zona interrill

rill

Estructura metálica de

Parcelas de erosión

Colector de sedimento

metálica de medición

Gerlach. Isla de Rodas.

Junio 2006

Simulador de lluvia

Fuente: Héctor Cortés. IMTA. México

Detalle de manómetro y

bastidor

Control de las tuberías y

datalogger

Perfiladores

bidimensionales

Otras mediciones directas

Puebla de Valles (Guadalajara, España). Preparaciones del terreno para repoblación. Fuente: Proyecto (FOR 90-1005-CO2-01 / FOR 90-1005-CO2-02 )

Modelos CuantitativosModelos Cuantitativos

DR

DISGREGACION POR GOTA DE LLUVIA

DE

DISGREGACION POR ESCORRENTIA

TR

CAPACIDAD DE TRANSPORTE POR LLUVIA

TE

CAPACIDAD DE TRANSPORTE POR ESCORRENTIA

Suelo que procede del tramo anterior

Suelo disgregadoen el incrementoen el incremento

D, SUELO TOTALDISGREGADODISPONIBLE

T, CAPACIDADTRANSPORTE TOTALEN EL TRAMO

Suelo erosionado al tramo siguiente

Si D<T Si T<D

Comparar

TR

TE

DR

Suelo que procede del tramo anterior

DE

Suelo disgregado en elincremento

D, SUELO TOTALDISGREGADODISPONIBLE

T, CAPACIDADTRANSPORTETOTAL EN ELTRAMO

Si D<T Si T<D

Suelo erosionado al tramo siguiente

Disgregación por splash

DR = K1·A·I2

Transporte por splash

TR = K2·S·I

Disgregación por Capacidad de Disgregación por flujo

DF = K3 A·S2/3·Q2/3

Capacidad de transporte por flujo

TC = K4·S5/3·Q5/3

Donde, A=Area, I=Intensidad de lluvia, S=Pendiente del terreno (sen θθθθ) y Q=Escorrentía

Modelos empíricos. Son modelos basados en la lógica inductiva, y generalmente se

aplican en aquellas condiciones en las que han sido calibrados. Como ejemplo

característico se puede citar el clásico modelo U.S.L.E. y el R.U.S.L.E.

Modelos conceptuales. Son también conocidos como parcialmente empíricos ó mixtos.

Están a medio camino entre los paramétricos y los físicos. Están basados en la integración

de los modelos hidrológicos, de erosión y de transporte de sedimentos, con el fin de

obtener la emisión de sedimentos a la salida de una cuenca hidrográfica. En este tipo de

modelos destacan el CREAMS (U.S.D.A., 1980) y el ANSWERS (BEASLEY et al., 1980).

Modelos físicos. Son los más extendidos en la actualidad. Su objetivo es representar unaModelos físicos. Son los más extendidos en la actualidad. Su objetivo es representar una

síntesis de los componentes individuales que afectan a la erosión, incluyendo las

complejas interacciones de los diversos factores que intervienen, así como su variabilidad

espacial y temporal. La investigación científica utiliza estos modelos para ayudar a

identificar qué partes del sistema son más importantes en el conjunto de los procesos de

erosión y, por lo tanto, saber a cuáles hay que prestar mayor atención en el desarrollo de

tecnologías de predicción y control. En este caso, se pasa revista a los modelos W.E.P.P.

(Lane y Nearing, 1989; Nearing et al., 1989) y al modelo europeo, EUROSEM (Morgan et

al., 1985).

Modelos cuantitativos de evaluación indirecta de la erosiónMODELONOMBRE(S)

TIPO DE MODELO

ESCALA DE APLICACION

RESOLUCION TEMPORAL

RESOLUCION ESPACIAL

COMPONENTES SEPARADAS

RILL/INTERRILL

EVENTO o CONTINUO

REFERENCIAS

USLE y RUSLE Empírico Laderas Pérdidas anuales de

suelo

No No ----- Wischmeier & Smith (1978) y Renard (1994)

SLEMSA Empírico Entre ridges Id No No ----- Elwell, 1978

ANSWERS Conceptual Pequeñas cuencas

(Catchment)

Distribuido Distribuido (2D) No E Beasley et al (1980)

CREAMS Conceptual Escala Parcela (Field Scale)

Pérdidas totales por tormentas

No Sí E USDA, 1980

Calvin Rose Base Física (BF)

Elementos planos (p.e. pendientes

Distribuido (D) Distribuido (1D) No E Rose et al, 1983 a,b

pendientes uniformes)

SEM BF Pequeñas cuencas

D Distribuido (2D) Sí (para laderas) E (Continua) Nielsen y Styczen,

1986. DHI y IoG, 1992

WEPP BF Versión laderaVersión cuenca

DD

Distribuido (1D)Distribuido (2D)

Sí Continuo Lane y Nearing,

1989

EUROSEM/KINEROS

BF Parcelas individuales y

pequeñas subcuencas

D Distribuido (2D) Sí E Morgan et al 1995

EUROSEM/SHE

BF Laderas y pequeñas cuencas

D Distribuido (2D) Sí C DHI (1994)

SHESED-UK BF Pequeñas subcuencas

D Distribuido (2D) No C Wicks et al (1992)Fuente: ABBOTT, M.B. y REFSGAARD, J.C. (1996). Distributed Hydrological Modelling.