Estimación del Balance hídrico y producción de sedimentos bajo tres escenarios de cobertura en

la subcuenca ganadera del Río Jabonal, Costa Rica, mediante el empleo de SWAT

Grupo Ganadería y Manejo del Ambiente

José Ney Ríos Ramírez

Introducción

La demanda por agua dulce se duplica cada veinte años, es decir dos veces mayor que el crecimiento de la población mundial. El agua ya es escasa para mil millones de personas en el mundo y al ritmo actual de consumo, en el año 2025 la demanda de agua dulce superará en un 56% la cantidad actualmente disponible (Barlow 2001)

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DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL MUNDOG

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IMPORTANCIA DE LA COBERTURA VEGETAL EN EL CICLO HIDROLÓGICO

La eliminación de la vegetación es la principal causa de

degradación del suelo y de la pérdida de su capacid ad

de tolerar la erosión . La erosión del suelo se considera

uno de los factores que contribuyen a la desertificación;

entendida ésta como la pérdida de capacidad de los suelos

de sustentar la vida

La cobertura vegetal juega un rol importante en la

regulación del ciclo hidrológico . Los árboles afectan

positivamente la dinámica del agua al actuar como

barreras para disminuir la escorrentía, incrementando la

infiltración y la retención de agua (Young 1997)

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El uso de tierra en América Latina tropical en los

últimos 30 años ha sido la conversión de bosque a

pastura; perdiendo cada año cerca de cinco

millones de hectáreas de bosque natural por año

(FAO 2001)

Por tal razón, actualmente muchas

cuencas que brindan servicios

ecosistémicos (suministro de agua,

conservación de biodiversidad y captura

de carbono), tienen como principal

actividad productiva la ganadería

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Debido a esto, en los últimos años, en muchas regiones de

Mesoamérica y Sudamérica se ha intentado reconvertir los sistemas de producción agropecuarios tradicionales hacia sistemas amigables con el ambiente, lo cual ha provocado la

búsqueda de opciones alternas encaminadas a compatibilizar las

prácticas productivas con las acciones conservacionistas, o en el

mejor de los casos hacer de ellas una misma cosa (Ibrahim et

ál. 2003)

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Sistema Silvopastoril

Objetivos de la Investigación:

• Evaluar el comportamiento hidrológico y la producción

de sedimentos bajo tres escenarios de cobertura vegetal

en la subcuenca ganadera del Río Jabonal mediante el

empleo del modelo SWAT ( Soil Water Assessment

Tool)

• Comprobar si los resultados encontrados con el modelo

SWAT presentan la misma tendencia con aquellos

encontrados mediante pruebas de campo

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Esquema de Trabajo

Definición de los escenarios a evaluar

Recopilación y procesamiento de información solicitada por

el modelo SWAT

Corrida del Modelo

Resultados

Reconocimiento del área de estudio (cuenca)

Identificación de usos del suelo

Suelos (características y perfiles)

Cobertura vegetal

Modelo de elevación digital

Cobertura de ríos

Datos climáticos

Con base en criterios técnicos

Comparación con resultados obtenidos en pruebas de campo

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Ubicación

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Subcuenca del Río Jabonal424000

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4360001114000 11140001116000 11160001118000 11180001120000 11200001122000 11220001124000 11240001126000 1126000

CuencaRíos

Cuencas

COSTA RICA

2 0 2 4 Kilometers

Océano Atlántico

Océano Pacífico

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Subcuenca del Río Jabonal: Características generales

• Forma parte de la Cuenca del Río Barranca

• Área: 4 320 ha

• Rango altitudinal: 250 a 1500 msnm

• Precipitación: 3200 mm año-1

• Temperatura 19 - 23 °C

• Humedad Relativa promedio de 85 %

• Suelos: Alfisoles, Entisoles y Ultisoles; de textura franca a franca arcillosa, quebrados, fuertemente ondulados con zonas escarpadas y pendientes de 30 a 60%

• Predominio de extensas áreas dedicadas a la producción ganadera, la cual es su principal actividad productiva y económica

Cobertura de la cuenca

Como primer paso se identificó y

clasificó la cuenca en sus principales

tipos de cobertura, los cuales son:

bosques primarios, sus remanentes

o bosques naturales protegidos;

bosques secundarios o tacotales;

pasturas mejoradas con ó sin árboles

y pasturas nativas

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Bosque primario intervenido

Bosque secundario o tacotal

Pasturas mejoradas con árboles

Pasturas nativas

Escenarios evaluadosESCENARIO 1: Uso tradicional del suelo .- la cual fue levantada a partir de fotografías

satelitales de la zona de estudio a través del uso de herramientas de información geográfica. Referente a los usos, este escenario presenta: bosques primarios, sus remanentes o bosques naturales protegidos, bosques secundarios, pasturas mejoradas con ó sin árboles y pasturas nativas

ESCENARIO 2: Reforestada .- Con base en la cobertura original se elaboró una capa de cobertura vegetal asumiendo una tasa de forestación de 3,4 %, la cual permitiría la regeneración de bosques secundarios. Este escenario también presenta los cuatro usos de suelo; con la salvedad de que el área del bosque secundario será mayor debido al incremento de las áreas en regeneración natural

ESCENARIO 3: Cambio de uso .- Con base en la cobertura tradicional, se planteó un cambio de uso de cobertura en la que sistemas ganaderos convencionales (pasturas nativas y/o degradadas) fueron convertidas a sistemas silvopastoriles (principalmente pasturas mejoradas con árboles). Por lo que este escenario solo presenta tres tipos de cobertura: bosques primarios, sus remanentes o bosques naturalesprotegidos; bosques secundarios y pasturas mejoradas con árboles

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ESCENARIO 1

ESCENARIO 3

LEYENDA

FRSE: Bosque primario Intervenido

FRST: Bosque Secundario

PAST: Sistema Silvopastoril

RGNE: Sistema pastura tradicional

ESCENARIO 2

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En el estudio solo se evaluó el efecto de la cobertu ra vegetal, no fue incluido el aspecto de manejo de lo s sistemas ganaderos

Cuadro: Características del Suelo y cobertura veget al bajo los tres escenarios en la Subcuenca del Río Jabonal

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ESCENARIOS Tipo de Suelo Tipo de cobertura vegetal Nomenclatura SWAT

ESCENARIO 1

Ah- fo Eo-e Ut-e

Ut-mo

bosques primarios intervenidos y/o bosques naturales protegidos

FRSE

bosques secundarios FRST

Sistema Silvopastoril PAST

Sistema pastura tradicional RNGE

ESCENARIO 2

Ah- fo Eo-e Ut-e

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bosques primarios intervenidos y/o bosques naturales protegidos

FRSE

bosques secundarios FRST

Sistema Silvopastoril PAST

Sistema pastura tradicional RNGE

ESCENARIO 3

Ah- fo Eo-e Ut-e

Ut-mo

bosques primarios y/o bosques naturales protegidos

FRSE

bosques secundarios FRST

Sistema silvopastoril PAST

Descripción del Modelo SWAT

El Soil and Water Assessment Tool (SWAT) es un programa de modelación hidrológica diseñado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos en conjunto con la Universidad de Texas (Arnolt et ál. 1990). Este modelo permite simular la producción de agua y sedimentos en cuencas hidrográficas, así como, el efecto que en la calidad del agua tienen las prácticas agronómicas por el uso de pesticidas y fertilizantes. El SWAT se basa en un balance hídrico para determinar la entrada, salida y almacenamiento de agua en la cuenca

Para el modelamiento, la cuenca hidrográfica se divide en pequeñas Subcuencas con el fin de mejorar la exactitud de los cálculos. Adicionalmente el SWAT trabaja por unidades de respuesta hidrológica (HRU) obtenidas del cruce de los diferentes tipos de suelo (textura), con el uso y cobertura del suelo

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El ciclo hidrológico simulado por el AVSWAT está basado en la ecuación del balance hídrico:

Donde:SWt = contenido final de agua en el suelo (mm H2O)SW0 = contenido inicial de contenido de agua en el suelo en un día i (mm H2O)t = tiempo (días)Rday = cantidad de precipitación en un día i (mm H2O)Qsurf = cantidad de escorrentía superficial en un día i (mm H2O)Ea = cantidad de evapotranspiración en un día i (mm H2O)wseep = cantidad de agua que ingresa a la zona no saturada

desde el perfil del suelo en un día i (mm H2O)Qgw = cantidad de flujo de retorno en un día i (mm H2O)

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Resultados

A nivel de Microcuenca:

Los resultados muestran que fue el ESCENARIO 3 quien mostró un comportamiento hidrológico más diferenciado respecto a las otras coberturas, presentando una disminución de 27% en la producción de sedimentos, 25 % en escorrentía superficial y 19% en evapotranspiración

Cuadro : Parámetros hidrológicos en la Subcuenca de l Río Jabonal bajo tres escenarios, usando el Model o SWAT

Parámetro Esc 1 Esc 2 Esc 3 Evapotranspiración Potencial (mm) 6.873,58 6.873,56 5.154,95 Evapotranspiración (mm) 2.174,17 2.167,84 1.742,93 Percolación (mm) 18.518,09 18.847,03 15.539,57 Escorrentía superficial (mm) 3.562,29 3.584,47 2.677,43 Escorrentía superficial (%) 24,09 25,93 23,46 Producción de sedimentos (Ton ha-1) 5.710,16 5.674,10 4.099,85

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Similares resultados referente a producción de sedimentos se encontró en experimentos desarrollados por el Proyecto Enfoques silvopastoriles Integrados para el manejo de Ecosistemas desarrollado en Nicaragua, Colombia y Costa Rica, en la que se logró disminuir hasta en un 42 % la pérdida de suelo por erosión a través de la implementación de sistemas silvopastoriles

Tasa de erosión en diferentes usos del suelo – Proyecto GEF/ Silvopastoril

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Suelo desnudo (%)

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y = 0.0004x + 1.2141x - 10.7773 - 0.036x2

R2 = 0.9867

A mayor suelo desnudo mayor erosión

BOSQUE

Sistema degradado

TASA DE EROSIÓN EN SISTEMAS GANADEROS

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Suelo desnudo (%)

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Banco Forrajero

Pastura mejorada con alta densidad

de árboles

Pastura mejorada con baja densidad de

árboles

Pastura mejorada sin árboles

Pastura natural sin árboles

Pastura sobrepastoreada

Simulación gráfica de escorrentía y percolación es sistemas ganaderos

Pastura arbolada

Pastura

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Por otro lado, el mayor reporte de escorrentía y producción de sedimentos, independiente del escenario evaluado, se registró en la en la zona alta de la cuenca

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Escorrentia [mm] 186.512 - 271.22271.22 - 400.757400.757 - 1043.5531043.553 - 1346.2561346.256 - 1717.336Streams

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ESCORRENTIA PROMEDIO ESC 1

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Escorrentia [mm]185.78 - 288.01288.01 - 400.757400.757 - 1036.6151036.615 - 1334.9741334.974 - 1718.805Streams

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ESCORRENTIA PROMEDIO ESC 2

3 0 3 6 Kilometers

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Escorrentia [mm] 185.759 - 273.889273.889 - 400.757400.757 - 1035.4761035.476 - 1320.8051320.805 - 1714.632Streams

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ESCORRENTIA PROMEDIO ESC 3

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Percolación : El modelo no evidencia diferencia significativa a nivel de Microcuenca en los tres escenarios. Pero si identifica las zonas con mayor potencial donde se lleva a cabo este proceso.

Esto es de suma importancia en cuencas que son abastecedoras de agua ya que si se desearía implementar un esquema de Pago por Servicios hídricos (PSH) se puede dar una ponderación más alta a estas áreas y focalizar acciones para un mejor manejo de recursos.

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Percolacion [mm] 201.697 - 256.021256.021 - 521.854521.854 - 1498.791498.79 - 11766.77911766.779 - 14073.156StreamsN

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Percolacion [mm]201.61 - 255.554255.554 - 523.589523.589 - 1498.3951498.395 - 11774.91811774.918 - 14065.058StreamsN

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4 0 4 8 Kilometers

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Percolacion [mm] 201.61 - 254.359254.359 - 523.326523.326 - 1496.4861496.486 - 11752.02911752.029 - 14036.62StreamsN

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PERCOLACION PROMEDIO ESC 3

3 0 3 6 Kilometers

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A nivel de Unidad Hidrológica de Respuesta ( HRU)

Se evidencia que existe una diferencia en el comportamiento hidrológico bajo diferentes coberturas. Así, sistemas con mayor cobertura vegetal fueron las que presentan menor escorrentía . Estos resultados muestran la misma tendencia que los encontrados por las investigaciones realizadas en el Proyecto GEF/ Silvopastoril

COBERTURA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL (%)

Resultado SWAT Resultado parcelas de escorrentía Bosque 6 - bosques secundarios 9 7 Sistema Silvopastoril 17 15 Sistema pastura tradicional 18 28

Cuadro 3 Comparación de resultados de Escorrentía Su perficial (%) en usos ubicados en el mismo lugar de la subcuenca del Río Jabonal y bajo condiciones simila res de precipitación para el año 2005

Posiblemente la diferencia significativa en el sistema de pastura tradicional se deba a que al realizar el análisis con SWAT no se incorporó el estado del sistema ni el manejo del mismo, el cual al momento de la evaluación se encontraba sobrepastoreado, dicha sobre carga animal en el sistema aumenta la compactación y rompe la estructura del sueloG

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ente

CONCLUSIONES:• La escorrentía superficial muestra un comportamiento inverso a la

cobertura arbórea en cuencas ganaderas

• Los sistemas silvopastoriles son una alternativa de manejo sostenible en cuencas ganaderas, debido ha que presentan características hidrológicas intermedias entre las pasturas sobrepastoreadas y los bosques secundarios, por lo que se podrían aprovechar sus beneficios ecosistémicos al ser sistemas de uso de suelo “inte rmedio”

• La incorporación de aspectos de manejo es necesario si se desea tener una modelación más acertada

• Los resultados encontrados con SWAT tienen una correlación positiva con los encontrados mediante el uso de pruebas de campo

• SWAT puede ser una herramienta útil para el análisis, diagnóstico e implementación de actividades en cuencas ganaderas, brindando un criterio técnico válido para la toma de decisiones debido a que nos permite realizar un análisis hidrológico práctico

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RECOMENDACIONES

• Se recomienda realizar estudios complementarios de campo que permitan validar, respaldar y/o calibrar los resultados encontrados mediante la modelación con SWAT

• Se recomienda continuar con las mediciones y modelaciones de los parámetros hídricos en una mayor diversidad de casos en el tiempo y en el espacio, lo que permitiría tener un universo más amplio de posibilidades de arreglos que beneficien a las zonas de recarga

• Debido a que se usaron pocas estaciones climáticas y pluviométricas para la simulación en este estudio, se recomienda que en tiempos posteriores se sigan realizando trabajos similares a éste con datos de más estaciones cercanas, así como comparar los resultados con otra fuente de información

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Muchas gracias!!!EL RIO JABONAL

Autora: Laura Carvajal (4 años)

Comunidad de Peñas Blancas -Jabonal