ECUACIÓN UNIVERSAL DE PÉRDIDA DE SUELO

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1 ECUACIÓN UNIVERSAL DE PÉRDIDA DE SUELO
CURSO MANEJO Y CONSERVACIÓN DE SUELOS Dra. Mabel E. Vázquez 2016

2 OBJETIVOS brindar elementos teóricos y prácticos para el cálculo del efecto de cada una de las variables que la afectan a los fines de diseñar obras de prevención de dicha erosión

3 FACTORES DE LA EROSIÓN HÍDRICA
1. LLuvia 2. Suelo 3. Topografía 4. Vegetación 5. Uso

4 OBJETIVO DE LA ECUACIÓN
establecer las variables que determinan la erosión hídrica y su relación cuantitativa con la pérdida de suelo a los fines de establecer la pérdida potencial en determinadas condiciones UTILIDADES POSIBLES Estimar pérdida potencial de suelo antes ciertas condiciones de lluvia, suelo, pendiente, cultivo y manejo Apoyar la toma de decisiones para la selección de cultivos/rotaciones/otros tipos de producción y prácticas de manejo Determinar cómo pueden aplicarse prácticas conservacionistas para mantener la erosión por debajo de la tolerancia Dar herramientas a organismos gubernamentales para diseñar políticas de conservación

5 ANTECEDENTES Zinng, 1940 (S, L) Smith, 1941 (C, P) Browning, 1947 (K)
Musgrave, 1947 (Ecuación Práctica-Pendiente) Wischmeier et al., 1958 (Ecuación ampliada) Wischmeier et al., 1978 (Versión que se mostrará)

6 K es la pérdida de suelo por unidad de área, por cada unidad de R.
A = R K L S C P A: pérdida de suelo (t/ha año) R: índice de erosividad de la lluvia K: factor de erodabilidad del suelo L: factor de longitud (m) S: factor de pendiente (%) C: factor de cultivo (adimensional) P: factor de prácticas de conservación (adimensional) R es la energía de una lluvia por unidad de superficie y tiempo (long fuerza/área tiempo) por la intensidad de dicha lluvia (longitud/tiempo). K es la pérdida de suelo por unidad de área, por cada unidad de R. R K: factores básicos no modificables

7 1/R t métrica= kg t corta= 907,18 kg

8 A = R K L S C P A: pérdida de suelo (t/ha año)
R: índice de erosividad de la lluvia K: factor de erodabilidad del suelo L: factor de longitud S: factor de pendiente C: factor de cultivo (adimensional) P: factor de prácticas de conservación (adimensional) CALCULA LA EROSIÓN POTENCIAL SI EL SUELO ESTUVIERA DESNUDO Y SIN PRÁCTICAS CONSERVACIONISTAS CALCULA CUANTO SE REDUCE ESA EROSIÓN POTENCIAL SI EL SUELO TIENE DISTINTAS COBERTURAS Y PRÁCTICAS CONSERVACIONISTAS

9 FACTORES DE CONVERSIÓN PARA TRANSFORMAR SA en SMD Y SMI
t corta= 907,18 kg; t: tonelada fuerza (es decir tonelada corta por aceleración de la gravedad) R(SA), R(SMD) y R(SMI) son los respectivas unidades para c/u de los 3 sistemas.

10 SISTEMA MÉTRICO DECIMAL (usado por INTA Paraná y en el TP)
Usar: R: usar el valor del mapa de Scoppa (1989) (Fig. 23 GTP) K: usar 100 K= 1,292 [2,1 M1,14 x 10-4 x (12-a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c-3)] M = (fracción de a 0.1 mm) x (100- % de arcilla) a = % de materia orgánica b = estructura superficial según: * 1 – granular muy fina (Mf); ag. de – 1mm * 2 – granular fina (fi); ag. de 1-2 mm * 3 – granular media a gruesa (me a gr); ag. de 2-10 mm * 4 bloques, laminar o masiva; ag. de todos los tamaños c = permeabilidad en la capa menos permeable del perfil (Tabla 6)

11 EROSIVIDAD DE LA LLUVIA
CANTIDAD DISTRIBUCIÓN DURACIÓN FRECUENCIA INTENSIDAD (EROSIVAS > mm/h

12 Erosividad de la lluvia (R)
Distribución unimodal Distribución uniforme Distribución bimodal

13 EJEMPLO EROSIÓN (t/km2) Cantidad

14 Velocidad de caída según tamaño de la gota

15 VOLUMEN MEDIANO

16 RELACIÓN DEL DIÁMETRO DE GOTA CORRESPONDIENTE AL VOLUMEN MEDIANO Y LA INTENSIDAD

17 IMPACTO DE LAS GOTAS DE LLUVIA
Energía cinética (EC) = ½ m V2 m: masa de la gota V: velocidad E = 0, ,0873 x log IM IM= intensidad de lluvia Tamaño de la gota intensidad

18 ¿CÓMO SE ESTIMA R? Es la sumatoria de los productos de la Energía Cinética Total de la tormenta (E) por la intensidad horaria máxima de una lluvia de duración igual a 30 minutos (I30) EI30 LLUVIAS EROSIVAS > mm/h

19 Evaluación directa de la cantidad e indirecta de la intensidad (pendiente en un hietograma)
Evaluación directa de la intensidad e indirecta de la cantidad indirecta (área bajo la curva)

20 Uso el valor central de la intensidad
Cálculo Establecer intervalos de intensidades 0-25 mm/h 25-50 mm/h 50-75 mm/h >75 mm/h Para cada intervalo calculo la Energía cinética de cada mm caído (e = 0, ,0873 x log IM) Calculo la Energía cinética de toda la lluvia caída en ese intervalo (Ei= ei x ppi) siendo ppi: lluvia total de ese intervalo Calculo la Energía cinética total de la tormenta (E= ΣEi) Calculo el EI30 (EI30 = E x I30) Uso el valor central de la intensidad

21 Clase de intensidad (mm/h) Se considera no erosiva
Ejemplo Clase de intensidad (mm/h) ei (1) (MJ/ha mm) Cantidad de lluvia (2) (mm) Ei (3) (MJ/ha) 0-25 Se considera no erosiva 30 - 25-50 0,256 20 5,13 50-75 0,276 10 2,76 >75 0,283 5 1,41 total 65 E=9,30 (4) Se obtiene aplicando e = 0, ,0873 x log IM Se obtiene de pluviógrafos o pluviómetro Producto de columnas 2 x 3 Sumatoria de columna 4

22 Si I30 (pluviógrafo) = 45 mm/h
EI30 = 9,30 MJ/ha x 45 mm/h = 418,48 MJ mm/ha h Como: MJ mm/ha h x 0,102= tonelada-m mm/ha h 418,48 MJ mm/ha h = 42,68 tonelada-m mm/ha h Σ EI30 valores semanales/mensuales/anuales

23 t métrica-m mm/ha h año (INTA Paraná)
Mapa de isoerodentas (sistema de unidades métrico decimal) (Scoppa et al, 1989). 1000 1100 400 t métrica-m mm/ha h año (INTA Paraná) 400

24 Actualización Factor R anual (1950-2005) Sistema métrico decimal
Saluzo J., 2008

25 Factor K (t ha h/t m mm ha) (erodabilidad suelo)
Se puede determinar en parcelas de escurrimiento Superficie desmenuzada y sin malezas ni vegetación muerta LS = 1 (parcela 22,13 m longitud y una pendiente uniforme 9%) A través de ecuaciones Forma gráfica (nomograma)

26 PARCELAS DE EVALUACIÓN O STÁNDARD PARAS ESTIMACIÓN DE K EN ARGENTINA
(INTA MARCOS JUAREZ) INICIALMENTE LAS PARCELAS SE LABOREAN A FAVOR DE LA PENDIENTE Y SE MANTIENEN CON BARBECHO DESNUDO 2 AÑOS LONGITUD: 22,13 M PEENDIENTE: 9%

27 Parcelas de escurrimiento INTA Paraná
ESCURRIMIENTO = ENTRADAS DE AGUA – SALIDAS DE AGUA ENTRADAS: lluvia, riego, derretimiento nieve SALIDAS: infiltración profunda, evaporación desde el suelo, intercepción lluvia por la canopia y evaporación, transpiración

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29 ESTA ES LA ECUACIÓN QUE PERMITIÓ HACER EL NOMOGRAMA
EERA INTA Paraná comprobó que la ecuación de Wischmeier se cumplía en suelos con < 70% limo: 100 K = 2,1 M1, (12 – a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c – 3) (sistema anglosajon) M: (fracción 0,002 a 0,1 mm) x (100 - % arcilla) a: % de materia orgánica b: estructura superficial 1 = granular muy fina (agregados < 1 mm) 2 = granular fina (agregados 1-2 mm) 3 = granular media a gruesa (agregados 2-3 mm) 4 = bloques, laminar o masiva cualquier tamaño) C: factor de permeabilidad de la capa menos permeable del perfil ESTA ES LA ECUACIÓN QUE PERMITIÓ HACER EL NOMOGRAMA

30 CÁLCULO DE K SEGÚN SISTEMA DE UNIDADES A TRAVÉS DE ECUACIONES
100 K = 2,1M1,14 (10)-4 (12 –a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c – 3) (si se utilizan unidades anglosajonas) 100 K = 1,292 x (2,1M1,14 (10)-4 (12 –a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c – 3)) (si se utiliza sistema métrico decimal y R se expresa en t métrica m mm/ha h año) 100 K = 0,1019 x 1,292 x (2,1M1,14 (10)-4 (12 –a) + 3,25 (b-2) + 2,5 (c – 3)) (si se utiliza sistema métrico internacional y R se expresa en MJ mm/ha h año) donde: M = (fracción de a 0.1 mm) x (100- % de arcilla) a = % de materia orgánica b = estructura superficial según: * 1 – granular muy fina (Mf); ag. de – 1mm * 2 – granular fina (fi); ag. de 1-2 mm * 3 – granular media a gruesa (me a gr); ag. de 2-10 mm * 4 bloques, laminar o masiva; ag. de todos los tamaños c = permeabilidad en la capa menos permeable del perfil (Tabla 4)

31 Factor permeabilidad (c) Weischmeier & Smith (1978)
Clase de permeabilidad Permeabilidad de la capa menos permeable 1 Rápida > 12,5 2 Mod. Rápida 6,25-12,5 3 Moderada 2-6,25 4 Moderada a baja 0,50-2 5 Baja 0,12-0,50 6 Muy baja < 0,12

32 FORMA GRÁFICA (nomograma)
K = 0,40 cientos de t corta acre h año/ pies pulg-ton acre FORMA GRÁFICA (nomograma)

33 FACTOR K (MO vs textura)
Sist anglosajon Migajón= franco

34 ALGUNOS VALORES DE R NACIONALES (Sist
ALGUNOS VALORES DE R NACIONALES (Sist. Métrico Decimal) tonelada-m mm/ha h año

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37 ALGUNOS VALORES DE K NACIONALES (tonelada-m mm/ha h año)
Series de suelos de Entre Ríos Unidades Sist. Métrico decimal

38 Zona semiárida Bonaerense
Sist. Métrico internacional SC Paleustol petrocálcico (pedemonte Sierra de la Ventana) SBB Paleustol petrocálcico Bahía Blanca SV Calciustol típico Villarina (SE Bonaerense)

39 ALGUNOS FACTORES K EN ARGENTINA (SISTEMA MÉTRICO DECIMAL)
K = 0,22 Serie Marcos Juarez (Marelli et al., 1984) (parcelas campo) K = 0,52 “ “ “ (da Veiga y Noailles Bosch (1993) (usando nomograma) K = 0,58 (estimación) 0,68 (medición) Serie Pergamino Irurtia y Mon (1993) K = 0,28 Suelo de Villarino (Etcheverría et al 2004) K = 0,40 Suelo de Bahía Blanca K = 0,48 Suelo de Cabildo K = 0,56 Serie Tezanos Pinto (Paraná) (Kindernecht et al, 2004) K= 0,57 Aaron Castellanos (Otazúa et al, 2004) (SIG) K = 0,76 Ameghino K = 0,72 Lincoln

40 PENDIENTE LONGITUD (L) Erosión = L 0,6 GRADO (S) Erosión = S ,41

41 LAS PENDIENTES CONVEXAS SON MÁS EROSIVAS QUE LAS CÓNCAVAS
HAY MÁS AGUA CON > PENDIENTE

42 FACTOR CONJUGADO LS x L = ( ----------- )m 22,13 Donde:
L = factor de longitud de pendiente; x = longitud de la pendiente [m] m = coeficiente Según: m = 0,5 si la pendiente > 5 % m = 0,4 si la pendiente < 5% y > 3% m = 0,3 si la pendiente < 3% y > 1% m = 0,2 si la pendiente < 1% Factor LS Longitud (m) S = (0,43 + 0,3 x s + 0,043 x S2)/6,613

43 FACTOR COMBINADO PENDIENTE-LONGITUD

44 FACTOR TOPOGRÁFICO (LS) Whischmeier & Smith (1959)
Grado (%) Longitud (m) 15 25 50 75 100 150 200 250 300 350 0,5 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 1 0,17 0,18 0,21 0,23 0,24 0,25 2 0,16 0,19 0,26 0,29 0,32 0,35 0,37 0,40 3 0,27 0,33 0,41 0,45 0,50 0,54 0,57 0,60 4 0,30 0,48 0,64 0,75 0,84 0,92 0,99 1,00 5 0,68 0,96 1,18 1,36 1,52 1,67 1,80 6 0,47 0,86 1,05 1,21 1,48 1,71 1,91 2,10 2,20 8 0,69 0,89 1,26 1,55 1,79 2,19 2,53 2,83 3,10 3,30 10 1,24 1,75 2,15 2,48 3,04 3,50 3,92 4,29 4,60

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46 FACTOR CULTIVO (C) Es la relación de pérdida del suelo a partir de una condición específica de cultivo o cobertura, con la pérdida del suelo a partir de un estado de barbecho continuo para el mismo suelo, pendiente (9%) y precipitación pluvial. La condición de barbecho desnudo, laboreado a favor de la pendiente toma el valor C=1. C: 0-1 (adimensional)

47 ¿Qué considera C? efectos interrelacionados de la cubierta de canopeo o rastrojos, la secuencia y tipo de cultivos, el nivel de productividad, la duración de la estación de crecimiento, las prácticas de cultivo, el manejo de residuos, los sistemas/operaciones de labranza, todo en relación a la distribución estacional de la erosividad de la lluvia.

48 Factor de cultivo (C) C R = c1r1 + c2r2 +c3r3 etc
R: erosividad de la lluvia B: barbecho bruto, desde labranza a siembra Período 1: siembra, desde preparación de cama hasta 1 mes despúes de la siembra Período 2: implantación, 1-2 meses despues de la siembra Período 3: crecimiento y maduración de la cosecha, desde el final del período 2 hasta la cosecha Período 4: residuo, desde la cosecha hasta la labranza

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50 Factor C para diferentes cultivos y manejos
Residuo cultivo anterior (kg/ha) Período de cultivo B 1 2 3 4 5 Maíz labranza convencional después de maíz o grano fino Barbecho desnudo corto 4000 0,31 0,55 0,48 0,38 0,20 0,23 3000 0,36 0,60 0,52 0,41 2400 0,43 0,64 0,56 0,21 0,37 1800 0,51 0,68 0,69 0,45 0,22 0,47 Barbecho desnudo largo 0,44 0,65 0,53 0,49 0,70 0,57 0,74 0,61 0,78 Idem siembra directa 5400 0,02 0,14 0,05 0,08 0,06 0,19 0,18 0,11 0,30 Grano fino después de maíz 0,12 0,04 0,16 0,29 0,24 0,03

51 Valores de C para diferentes cultivos, rotaciones y sistemas de labranza (Marelli et al., 2012)
+ + -

52 FACTOR PRÁCTICAS DE MANEJO (P)
Considera el efecto de prácticas específicas de control del proceso erosivo En la ecuación P = 1 para cultivo a favor de la pendiente

53 (siguiendo curvas de nivel)
CULTIVOS EN CONTORNO (siguiendo curvas de nivel)

54 Longitud máxima para ese P (m)
CULTIVOS EN CONTORNO Pendiente (%) P Longitud máxima para ese P (m) 1-2 0,60 120 3-5 0,50 90 6-8 60 9-12 35 13-16 0,70 25 17-30 0,80 20 21-25 0,90 15 + 25% Con cubierta del 50% en emergencia Wischmeier y Smith, 1978

55 CULTIVO EN FAJAS Cultivo protector Cultivo protegido

56 VALORES DE P PARA CULTIVO EN FRANJAS SEGÚN ROTACIONES
Grado pendiente (%) A B C ANCHO DE LA FRANJA (m) MÁXIMA LONGITUD PENDIENTE PARA ESE P (m) 1-2 0,30 0,45 0,60 40 243 3-5 0,25 0,38 0,50 30 182 6-8 122 9-12 24 74 13-16 0,35 0,52 0,70 49 17-20 0,40 0,80 18 36 20-25 0,68 0,90 15 A: escarda-denso-pradera B: escarda-pradera C: escarda-denso-sin pradera Wishmeier y Smith, 1978

57 CULTIVO EN TERRAZAS

58 VALORES DE P PARA DISTINTAS PRÁCTICAS DE MANEJO (Wischmeier y Smith, 1979)

59 Más valores de P….

60 MODIFICACIONES A LA USLE
Williams & Nerndt (1977) (RUSLE) Foster et al. (1982) (MUSLE) Re = 0,5 EI30 + α 0,5 Qe qp0,33 Re: erosividad lluvia + escurrimiento EI30: intensidad lluvia 30 min (USLE) (MJ mm/ha h) Qe: profundidad del escurrimiento (mm) Qp: tasa pico de escurrimiento (mm/h) Flanagan y Nearing (1995) Proyecto de Predicción de erosión hídrica (WEPP) utiliza K distintos para erosión laminar y surco

61 RUSLE 2 Foster 2003 365 A = S∑ ri ki li ci pi i=1
ri ki li ci pi: factores de la ecuación USLE diarios 15-20% más preciso de USLE

62 MÉTODO ICONA DEL PAISAJE EROSIVO/PROGRAMA CORINA Fernández 1998; Rafaelli, 2003
Paisaje erosivo: porción del terreno que se comporta en forma similar frente a la erosión (Método ICONA de integración de factores) PROGRAMA CORINE Erosión hídrica = erosión potencial (PSER); erosión real (ASER) PSER = SEI x EI SEI: índice erosionabilidad del suelo EI: erosividad climática SI: índice de pendiente

63 CUENCA DEL ARROYO NAPOSTA DEGRADACIÓN POR EROSIÓN HÍDRICA
MÉTODOS BASADOS EN EL APOYO DE FOTOGRAFÍA AÉREAS E IMÁGENES SATELLITALES (SIG) Gáspari & Bruno, 2005 Topografía mapa primario CUENCA DEL ARROYO NAPOSTA Pérdida de suelos en la cuenca superior del Río Gualeguaychu (Entre Ríos) (Díaz et., 2010) Hidrología superficial en una cuenca no típica Carlos Tejedor (Giordano et al., 2008) vegetación mapa primario DEGRADACIÓN POR EROSIÓN HÍDRICA mapa terciario Suelos mapa primario Geología mapa primario

64 USO DE ELEMENTOS RADIOACTIVOS
21P 7Be PAMPA ONDULADA Bujan et al. 2003 Bujan et al. 2006

65 PROGRAMAS EN LA WEB Ver especificaciones de uso en Cisneros et al (2013)

66 CONCLUSIONES La ecuación universal permite establecer las variables que determinan la erosión hídrica y su relación cuantitativa con la pérdida de suelo Dichas variables son: la erosividad de la lluvia, erodabilidad del suelo, la pendiente (grado y longitud), el cultivo y las prácticas de manejo Diferentes estudios en distintas partes del mundo, incluida Argentina, permiten estimar estos factores para situaciones particulares Los factores pueden estimarse por modelización o medirse Su implementación permite detectar factores con vacancias de información de ajustes locales La ecuación permite estimar la variación de la pérdida de suelo ante un cambio en el cultivo o una práctica de manejo, facilitando la toma de decisión Igualmente permite saber si la pérdida es tolerable o es indispensable implementar o aumentar las prácticas conservacionistas

67 BIBLIOGRAFÍA Hudson N Conservación del suelo. Editorial Reverté. Barcelona. España. 335 p. Henao J.E Introducción al manejo de cuencas hidrográficas. Universidad de Santo Tomás. Bogotá. Colombia.399 p. González del Tánago M La ecuación universal de pérdida de suelo. Pasado, presente y futuro. Ecología 5:13-50. Mintegui Aguirre M.A., López Unzu F La ordenación agrohidrológica en la planificación. EusKo Jaurlaritza. Departamento de Agricultura y Pesca. Gobierno Vasco. 306 p. Aparicio F Fundamentos de Hidrología de Superficie. Balderas, México: Limusa. 303 p. Weir E Pérdida de suelo y agua en parcelas de escurrimiento- EERA INTA Marcos Juárez. Informe Técnico Marmol L.A., Introducción al manejo de cuencas hidrográficas y Corrección de torrentes. Universidad Nacional de Salta. Faculta de Ciencias Naturales. Ingeniería en recursos naturales y medioambiente. 287 p. Almoza Y, Medina H., Schiettecatte W., Alonso G. Ruiz M.E El uso de datos pluviométricos para la determinación del factor erosividad de las precipitaciones en el modelo RUSLE.Revista Técnicas Agropecuarias 17 (1): La Habana, Cuba. Gápari F., Senisterra G., Delgado M.I., Rodríguez Vagaría A., Besteiro S Manual de Manejo Integral de Cuencas Hidrográficas. 1° Ed. La Plata. Argentina. 321 p. Blanco H., Rattan L Principles of soil conservation and managament. Ed. Springer. New York, EEUU. 557 p.

68 Dra Mabel Vázquez mvazquez@agro.unlp.edu.ar FCAyF – UNLP 2014
¡¡¡¡¡ MUCHAS GRACIAS POR LA ATENCIÓN !!!!!!!! Dra Mabel Vázquez FCAyF – UNLP 2014