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VIII Congreso Latinoamericano de Hidrología Subterránea Septiembre, 2006 – Asunción, Paraguay

CARACTERIZACIÓN ESPACIO TEMPORAL DE SUELOS, USOS Y PRECIPITACIÓN PARA LA REALIZACIÓN DE UN BALANCE HÍDRICO DIARIO

DE LA CUENCA DEL ARROYO DEL AZUL, ARGENTINA

Martín Marzoratti*; Guadalupe Ares*; Marcelo Varni **; Ilda Entraigas **

* Becario Comisión de Investigaciones Científicas de la Prov. de Buenos Aires

** Instituto de Hidrología de Llanuras. CC 44 (7300) Azul, Bs. As., Argentina

Tel. 54-2281-432666. E-mail: [email protected]

Resumen

En el presente trabajo se presentan las metodologías utilizadas para determinar

unidades homogéneas de suelo, usos de la tierra y precipitación, con el objeto de

realizar luego un balance de agua en el suelo de paso diario en la cuenca del arroyo

del Azul (6234 km2), centro de la Provincia de Buenos Aires, Argentina.

Posteriormente, este balance servirá para calcular la recarga al acuífero freático y la

evapotranspiración real con discriminación espacial y temporal. La capacidad de

almacenamiento de cada serie de suelo se estima por medio de funciones de

pedotransferencia a partir de su composición textural, contenido de materia

orgánica, grado de compactación y conductividad eléctrica. Los mapas de usos del

suelo se obtuvieron por medio de la clasificación de imágenes del satélite SAC-C.

Como los usos varían en el tiempo, se realiza una caracterización cada uno o dos

meses, dependiendo de los cambios en el uso de la tierra y de la disponibilidad de

imágenes de calidad. El método usado es la clasificación no supervisada. Con

respecto a las precipitaciones, se usan registros diarios tomados en nueve

estaciones (del Servicio Meteorológico y establecimientos rurales) con datos

confiables. Su variación espacial se evaluará mediante polígonos de Thiessen.

Palabras llave: balance de agua en el suelo, usos de la tierra, precipitación.

Abstract

In the present work, the methodologies to determine homogenous units of soils, land

uses and precipitation are shown in order to later make a soil water balance of daily

step in the Azul River Basin (6234 km2), center of Buenos Aires province, Argentina,


with the final objective to calculate the spatial distribution of the recharge to the

water-table aquifer and the real evapotranspiration with spatial and temporary

discrimination. The reference evapotranspiration will be taken as uniform in all the

basin and it will be calculated by means of the Penman methodology from daily

weather data at the Azul station of the National Meteorological Service located at the

center of the basin. The storage capacity of each soil series was determined from its

textural composition, organic matter content, compaction degree and electrical

conductivity by means of pedotransfer functions. Land uses maps are made by

means of classification of images of the Sac-C satellite. As the uses are variable in

time, a characterization of each one or two months, depending on the changes of use

in that period and of the availability of quality images, is made. The used method is

the nonsupervised classification. With respect to precipitations, these are registered

daily in nine stations (of the Meteorological Service and rural establishments) with

data of proven quality. Its spatial variation will be evaluated by means of the

application of Thiessen polygons.

Keywords: soil water balance, land uses, precipitation.

INTRODUCCION

En el presente trabajo se presentan las metodologías utilizadas para determinar

unidades homogéneas de suelos, usos de la tierra y precipitación a fin de realizar

posteriormente un balance hídrico de paso diario en la cuenca del arroyo del Azul

(6234 km2), centro de la provincia de Buenos Aires, Argentina, con el objeto final de

calcular la distribución espacial de la recarga al acuífero freático y la

evapotranspiración real con discriminación espacial y temporal.

El arroyo del Azul nace en cercanías de la localidad de Chillar y desarrolla su curso

hacia el norte, hasta perderse antes de alcanzar el río Salado, llevando por

denominación en su tramo inferior arroyo Gualicho. El curso es finalmente

atravesado y desaguado en parte por el Canal 11, que se adopta como límite norte

del área de estudio. La cuenca consiste en una gran llanura (subcuenca inferior) y

un área menor de serranías bajas en la zona sur (subcuenca superior) donde se


ubican las cabeceras del arroyo del Azul. El área superior está conectada a la

llanura a través del piedemonte (subcuenca media). La pendiente media del terreno

es del 5 % en la subcuenca superior y del 0,2 % para la inferior, mientras que varía

entre 0,5 y 0,8 % en la zona media. El comportamiento global de la región es el de

un ambiente de llanura (Sala et al., 1987).

Figura 1. Ubicación del área de estudio.

La precipitación media anual en la ciudad de Azul, ubicada en el centro geográfico

de la cuenca, es de 984,9 mm (Estación Azul Aero del Servicio Meteorológico

Nacional, período 1960-2003). La precipitación media mensual máxima, medida

como lámina de agua, se registra en marzo con 136,9 mm, mientras que la mínima

se produce en junio con 42,9 mm. La temperatura media es de 14,5 ºC, con la

máxima media mensual en enero con 21,4 ºC y la mínima media mensual en julio

con 7,7 ºC (Estación Azul Aero del Servicio Meteorológico Nacional, período 1966-

2003). Según la clasificación climática de Thornthwaite, el clima de la región se

clasifica como subhúmedo-húmedo, mesotermal, con poca o nula deficiencia de

agua.


METODOLOGIA

La evapotranspiración de referencia se considera como uniforme en toda la cuenca y

se calcula mediante la metodología de Penman (Allen et al., 1998) a partir de

información meteorológica diaria obtenida en la estación Azul del Servicio

Meteorológico Nacional.

Suelos

Las series de suelos han sido digitalizadas a partir de las cartas de suelos

elaboradas por el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), escala

1:50000. Para la realización del balance, debe determinarse la capacidad de

almacenamiento de cada serie de suelo. Para ello, se recurre a funciones de

pedotransferencia para obtener el contenido de humedad para tensiones de 1500 y

33 kPa de cada horizonte de una serie a partir de su composición textural y

porcentaje de materia orgánica obtenidos de las Cartas de Suelos del INTA (INTA,

1969, 1970, 1971, 1973, 1974, 1975, 1976, 1980, 1982), corregidas posteriormente

por efectos de densidad (grado de compactación) y conductividad eléctrica (Saxton y

Rawls, 2004).

En el balance se descontará al agua precipitada el escurrimiento superficial

estimado a través de la metodología del Número de Curva del Servicio de

Conservación de Suelos (USDA SCS, 1985) y este parámetro depende, además de

otros factores, del grupo hidrológico del suelo correspondiente. Estos grupos

hidrológicos pueden definirse a partir de rangos de conductividad hidráulica saturada

(USDA SCS, 1993). Por lo tanto, también se estimó la Ksat mediante funciones de

pedotrasferencia, lo cual permite asociar cada serie de suelo a un grupo hidrológico.

En la Tabla 1 pueden verse los criterios para definir los grupos hidrológicos de

suelos y en la Tabla 2 las clases de conductividad hidráulica saturada usadas para

definir los grupos hidrológicos.


Tabla 1. Criterios de clasificación de suelos en grupos hidrológicos (USDA SCS,

1993).

Grupo Hidrológico Criterio

A

La clase de conductividad hidráulica saturada de estos suelos es muy alta o

se encuentra en la mitad superior de alta y la presencia de agua libre

interna es muy profunda.

B

La clase de conductividad hidráulica saturada de estos suelos se encuentra

en la mitad inferior de alta o en la mitad superior de moderadamente alta y

la presencia de agua libre interna es profunda o muy profunda.

C


en la mitad inferior de moderadamente alta o en la mitad superior de

moderadamente baja y la presencia de agua libre interna es profunda a

somera.

D


por debajo de la mitad superior de moderadamente baja, y/o la presencia

de agua libre interna es somera o muy somera y transitoria a permanente.

Tabla 2. Clases de conductividad hidráulica saturada (USDA SCS, 1993).

Clase Ksat (cm/h)

Muy alta ≥36

Alta 3.6-36

Moderadamente Alta 0.360-3.6

Moderadamente Baja 0.0360-0.360

Baja 0.00360-0.0360

Muy Baja <0.00360

Usos de la tierra

En cuanto a los usos de la tierra, los mapas correspondientes se realizan mediante

clasificación de imágenes del satélite SAC-C. La selección de este satélite se

fundamenta en una resolución espacial, temporal y espectral adecuada para este

tipo de estudio. La resolución espacial hace referencia a la capacidad del sensor en

distinguir el objeto más pequeño posible en una imagen (Pinilla, 1995). Si tenemos

en cuenta que, en nuestro caso, se trabaja a una escala regional en la que


predominan usos del suelo en lotes relativamente grandes, no es necesario trabajar

con una escala espacial alta. La resolución de las imágenes de la Misión MMRS es

de 175 metros, con un ancho de barrido de 360 kilómetros por lo que la resolución

del satélite SAC-C es adecuada para la detección de las actividades agropecuarias

(www.conae.gov.ar). La resolución temporal alude a la periodicidad con la que se

adquiere imágenes de la misma porción de la superficie terrestre (Chuvieco, 2002).

En el área de interés la disponibilidad de imágenes se ha visto favorecida por el

hecho de que, por un lado, el satélite seleccionado ha tenido períodos de revisita de

16 días y, a partir del 1 de agosto de 2005, lo tiene de 9 días; mientras que por otro

lado la cuenca bajo estudio se encuentra cubierta por 2 paths (224 y 226). Además,

se debe tener en cuenta que durante el período invernal existe alta probabilidad de

encontrar la cuenca cubierta de nubes, se torna necesario analizar varias imágenes

mensuales para asegurar que alguna de ellas coincida con un día despejado. La

resolución espectral indica el número y ancho de bandas espectrales que puede

discriminar el sensor (Chuvieco, 2002). En este caso, las coberturas del suelo en la

zona de estudio estarán principalmente asociadas a usos rurales (cultivos, montes,

agua, suelo desnudo, rastrojos, etc.) y a zonas con presencia de ciudades. Las

bandas del visible, el infrarrojo cercano y medio, contenidas en la misión SAC-C

parecen suficientes para discriminar las coberturas mencionadas.

Como los usos son variables en el tiempo, se realiza una caracterización de los

mismos cada uno o dos meses dependiendo de los cambios de uso en ese período

y de la disponibilidad de imágenes de calidad. Las imágenes utilizadas hasta el

presente son las que se detallan en la Tabla 3.


Tabla 3. Imágenes utilizadas para la definición de usos.

Path Fecha

224 15 de abril de 2005

225 24 de mayo de 2005

225 11 de julio de 2005

226 17 de septiembre de 2005

226 14 de octubre de 2005

226 9 de diciembre de 2005

226 21 de enero de 2006

Se realizó un primer recorte rectangular del área de interés, y luego de varios

análisis, se seleccionaron las bandas 4, 5 y 3 (Infrarrojo cercano, medio y rojo,

respectivamente). Con esta combinación se obtuvieron los mejores contrastes de los

distintos usos del suelo en el área de estudio para las fechas analizadas. Se realizó

una corrección geométrica a partir de puntos de control, y luego se superpuso una

máscara con los límites de la cuenca. En algún caso, tal como ocurrió con la imagen

del 15 de abril de 2004, existía una zona nubosa que fue necesario recortar y

completar realizando un mosaico con la imagen del 22 de abril de 2004.

El método de clasificación utilizado es de clasificación no supervisada, mediante el

procedimiento de análisis de agrupamiento (clusters). Esta clasificación consiste

básicamente en la agrupación de los píxeles que poseen un patrón espectral similar.

Así se generan clases espectralmente diferentes y que, por lo general, están

vinculadas a distintos usos de la tierra (Navone y Gargantini, 2003). Entonces, debe

encontrarse la correspondencia entre esos grupos obtenidos y las categorías de

interés (Chuvieco, 2002). Ello es posible mediante un trabajo de campo en el que se

reconocen los usos de la tierra para las fechas de cada imagen. Con esta

información de verdad de campo se asigna, por reclasificación, los usos del suelo a

cada clase obtenida. Para el reconocimiento de campo se siguieron las transectas

que se muestran en la Figura 2.


Figura 2. Transectas (color naranja) utilizadas en la identificación del uso de la tierra.

Precipitaciones

En lo referente a las precipitaciones, éstas se registran diariamente en siete

estaciones del Servicio Meteorológico y establecimientos rurales con datos de

probada confiabilidad en la región. La ubicación de estas estaciones puede verse en

la Tabla 4. La variación espacial de la precipitación se evalúa mediante la aplicación

de polígonos de Thiessen.

Tabla 4. Ubicación en coordenadas Gauss Krüger de las estaciones pluviométricas.

Estaciones X Y

Azul 5514000 5934000

Trapenses 5525500 5864000

La Isabelita 5557500 5926700

Las Flores 5580800 6008300

Patalagoity 5547000 5952000

Olavarría 5478000 5910000

El Palenque 5500994 5871259


Unidades homogéneas Finalmente, mediante la aplicación de un sistema de información geográfica (Idrisi

Kilimanjaro 14.02), se obtendrán áreas homogéneas en cuanto a sus suelos, uso de

la tierra y precipitación.

RESULTADOS

Suelos En la figura 3 se observa la distribución espacial de series. Las categorías de áreas

urbanas y militares, lagunas, montes y rocas, son producto de su digitalización sobre

imágenes satelitales con resolución espacial alta (Landsat y Spot). La superficie de

estas categorías se presenta en la Tabla 5.

Figura 3. Distribución espacial de las series de suelos.


Tabla 5. Áreas (km2) ocupadas por series de suelos y otras categorías.

Suelos (Serie) Gran Grupo y Subgrupo

Superficie (Km2)

AZUL (Az) Argiudol típico 21.34

BALCARCE (Bal) Argiudol típico 108.65

MAR DEL PLATA (MP) Argiudol típico 799.77

TANDIL (Ta) Argiudol típico 239.20 TRES ESQUINAS (TEs) Argiudol típico 31.28 CINCO CERROS (CC) Argiudol lítico 9.40 DOS NACIONES (DNa) Argiudol lítico 6.91

LA DELICIA (LD) Argiudoles líticos 35.69

LA BARRANCOSA (LaB) Argiudol ácuico 12.10

BLANCA CHICA (BCh) Hapludol thapto árgico 186.75

EGANA (Eg) Hapludol thapto árgico 112.31 EL TORO (ETo) Hapludol thapto árgico 224.53 SANTA LUISA (SaL) Hapludol thapto árgico 3.38 MONTE (Mt) Hapludol thapto nátrico 15.04

SIERRA CHICA (SCh) Hapludol thapto nátrico 17.62

LA ALIANZA (LA) Hapludol lítico 44.17 SIERRA DE LOS PADRES (SP) Hapludol lítico 66.24 NAPALEOFU (Np) Argialbol argiacuicos 2.22 VIDELA DORNA (VD) Argialbol 87.95

CHELFORO (Che) Natracualf típico 1001.83

LA GUARIDA DEL ZORRO (LGZ) Natracual típico 1.86

AYACUCHO (Ay) Natracuol típico 258.12

ESTACIÓN YERBAS (EY) Natracuol típico 228.15

GENERAL GUIDO (GG) Natracuol típico 317.30

ESCOSIA (LEs) Natracuol natracuol típico 690.04 QUERANDIES (Que) Natracuol típico 138.02 RAUCH (Rch) Natracuol típico 428.30

VICHAUEL (Vi) Natracuol típico 178.25

MINANA (Mn) Natracualf natracualf mólico 336,84

LA EMMA (LE) Natracualf típico 101.58

CACHARI (Cri) Hapludol thapto nátrico 16.59

ESTANCIA SANTA MARIA (ESM) Hapludol thapto árgico 18.14

CoAoGu Natracualf típico 90.59

CoVi Natracualf típico 23.31

CoGZ Natracualf típico 87.68

CoAoAz Natracualf típico 94.87

CoAoVi Natracualf típico 22.43

ROCA ---------------- 17.90

URBANO Y ÁREAS MILITARES ---------------- 100.25

LAGUNA Y BAJOS ---------------- 57.89


Luego de obtener los valores de la conductividad hidráulica saturada a partir de

funciones de pedotransferencia y de aplicar los criterios del USDA SCS (1993) se

obtiene la distribución espacial de grupos hidrológicos de suelos (Figura 4).

Figura 4. Grupos hidrológicos de suelos.

Uso de la tierra

En los reconocimientos de campo se distinguieron los siguientes usos (no

necesariamente todos en cada fecha):

• Rastrojo

• Maíz

• Trigo


• Soja

• Girasol

• Pastura

• Cereales de Invierno

• Cultivos Incipientes

• Suelo desnudo/Arado

• Vegetación Seca

• Campo Natural

• Pajonal

• Monte

• Bajo

• Laguna

• Urbano

• Roca Luego de aplicar a las imágenes la clasificación no supervisada con apoyo en los

reconocimientos de campo se obtuvieron las distribuciones espaciales de usos que

se muestran en las Figuras 5, 6, 7 y 8.


Figura 5. Distribución espacial de usos para abril (arriba) y mayo (abajo) de 2005.


Figura 6. Distribución espacial de usos para julio (arriba) y septiembre (abajo) de 2005.


Figura 7. Distribución espacial de usos para octubre (arriba) y diciembre (abajo) de 2005.


Figura 8. Distribución espacial de usos para enero de 2006.

En la Tabla 6 se presentan la áreas ocupadas por los diferentes usos del suelo

clasificados para cada imagen.

Tabla 6. Superficie (km2) de de los usos de suelo discriminados en cada fecha.

Usos F echa

2005 2006

Referencia Abril Mayo Julio Sep. Oct. Dic. Enero

Pajonal 1118 2089 1684 1033 1360 -- --

Campo Natural y Pasturas Degradadas 2802 2896 2227 2527 2160 -- --

Pajonal, Campo Natural y Pasturas Degradadas -- -- -- -- -- 3647 3018

Rastrojo y Suelo Desnudo 315 658 533 242 468 -- --

Rastrojo y Cultivo Incipiente sobre Rastrojo -- -- -- -- -- 424 1066

Pastura y Vegetación de Campo Natural Verde 1115 212 753 -- 1120 831 --

Pasturas, Trigo y Cereales de Invierno -- -- -- 1360 -- -- --

Pasturas buenas, Maíz y Girasol 1425

Vegetación Seca 685 181 483 462 -- -- --

Suelos Desnudos y Cultivos Incipientes -- -- 355 410 335 490 12

Trigo y Cereales de Invierno -- -- -- -- 591 644 --

Soja -- -- -- -- -- -- 513

Monte 24 24 24 24 24 24 24

Roca 18 18 18 18 18 18 18

Urbano y Áreas Militares 100 100 100 100 100 100 100

Lagunas y Bajos 58 58 58 58 58 58 58

Aplicando la metodología de los polígonos de Thiessen a las estaciones de la Tabla

4, se obtienen los polígonos de la Figura 9.


Figura 9. Polígonos de Thiessen de las estaciones seleccionadas.

Finalmente, de la combinación de las imágenes de series de suelo, usos del terreno

y precipitación, en abril de 2005 se obtuvieron 563 unidades homogéneas de usos,

suelos y lluvias, en mayo 590, en julio 660, en septiembre 602, en octubre 617, en

diciembre 528 y en enero 533.

La combinación de metodologías aplicadas ha permitido obtener una alta

discriminación espacial de las variables consideradas (suelos, usos y precipitación)

lo cual permitirá una precisa definición de zonas de aplicación del balance de agua.

Bibliografía


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3760-22 Chillar. Buenos Aires.


3760-23 Tandil. Buenos Aires.


3760-16 Azul. Buenos Aires.


3760-21 16 de Julio. Buenos Aires.


3760-5 Las Flores. Buenos Aires.


3760-10 Cacharí. Buenos Aires.


3760-4 Velloso. Buenos Aires.



3760-6 Casalins. Buenos Aires.


3760-15 Olavarría. Buenos Aires.


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