40603

Master Thesis ǀ Tesis de Maestría submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc at/en

Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg

Aplicación del modelo RUSLE para estimar pérdidas de suelo por erosión hídrica Caso de estudio de la cuenca del río Chota, Ecuador

Application of the RUSLE model to estimate soil losses due to water erosion Case study of the Chota river basin, Ecuador by/por

Oscar Armando Rosales Enríquez 11714115 A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of Master of Science– MSc Advisor ǀ Supervisor: Leonardo Zurita Arthos PhD

Quito – Ecuador, Enero de 2020

1

2

APLICACIÓN DEL MODELO RUSLE PARA ESTIMAR PÉRDIDAS DE SUELO POR EROSIÓN HÍDRICA

Caso de estudio de la cuenca del río Chota, Ecuador

RESUMEN La realización de estudios para prevenir y evaluar riesgos es imprescindible para una correcta gestión de los recursos naturales. El suelo es uno de los recursos más importantes y más amenazados, por lo que la evaluación del riesgo de erosión hídrica es primordial para promover estrategias de conservación. En este estudio se evaluó la erosión hídrica en la cuenca del río Chota mediante el cálculo de la pérdida de suelo aplicando el modelo RUSLE con el uso de Sistemas de Información Geográfica referente a los siguientes factores: erosividad de la lluvia (R), erosionabilidad del suelo (K), longitud e inclinación de la pendiente (LS), cobertura del suelo (C) y prácticas de manejo (P). En el procesamiento de la información se obtuvieron tasas medias de erosión potencial de 334.07 t/ha/año y erosión actual de 46.72 t/ha/año determinada como erosión moderada, la cual se extiende por una superficie de 1,973.10 ha, equivalente al 65,60% del área de la cuenca. El valor de producción de sedimentos o gastos sólidos registrados en la estación Chota fue de 26.28 t/ha/año y el valor calculado con el modelo RUSLE fue de 33.09 t/ha/año. El valor del factor sedimento promedio obtenido con la metodología de Gavrilovic fue 0.33 indicando que, del total de la producción de sedimentos en la cuenca, el 33% es transportado al río Mira y el resto quedaría retenido dentro de la misma. El modelo fue validado comparando los datos de sedimentos registrados en 5 estaciones del INAMHI con los datos calculados en las cuencas de drenaje de dichas estaciones, obteniendo una correlación lineal positiva de 95%.

PALABRAS CLAVE: Erosión hídrica, RUSLE, Sistemas de Información Geográfica, Producción de sedimentos, cuenca Chota.

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SUMMARY The realization of studies to prevent and evaluate risks is essential for the proper management of natural resources. Soil is one of the most important and most threatened resources, so the evaluation of the risk of water erosion is essential to promote conservation strategies. In this study, water erosion in the Chota river basin was evaluated by calculating the loss of soil by applying the RUSLE model with the use of Geographic Information Systems referring to the following factors: rain erosivity (R), erodibility of the soil (K), slope length and inclination (LS), soil cover (C) and management practices (P). In the information processing average potential erosion rates of 334.07 t/ha/year were obtained and current erosion of 46.72 t/ha/year determined as moderate erosion, which extends over a surface area of 1,973.10 ha, equivalent to 65.60% of the area of the basin. The value of sediment production or solid expenses recorded in the Chota station was 26.28 t/ha year and the value calculated with the RUSLE model was 33.09 t/ha/year. The value of the average sediment factor obtained with the Gavrilovic methodology was 0.33 indicating that of the total sediment production in the basin, 33% is transported to the Mira river and the rest would be retained within it. The model was validated by comparing the sediment data recorded in 5 INAMHI stations with the data calculated in the drainage basins of these stations, obtaining a positive linear correlation of 95%.

KEYWORDS: Water Erosion, RUSLE, Geographic Information Systems, Sediment Production, Chota Basin.

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Contenido RESUMEN ........................................................................................................................................... 3 LISTADO DE TABLAS ........................................................................................................................... 7 LISTADO DE FIGURAS ......................................................................................................................... 8 LISTADO DE ABREVIATURAS ............................................................................................................... 9 1.

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 11

1.1.

Antecedentes .................................................................................................................... 11

1.2.

Objetivo General ............................................................................................................... 12

1.2.1.

Objetivos específicos ........................................................................................................ 12

1.3.

Pregunta de Investigación ................................................................................................ 12

1.4.

Hipótesis ........................................................................................................................... 12

1.5.

Justificación....................................................................................................................... 13

1.6.

Alcance .............................................................................................................................. 13

2.

REVISIÓN DE LITERATURA .................................................................................................... 15

2.1.

Erosión Hídrica del Suelo .................................................................................................. 15

2.1.1.

Erosión laminar ................................................................................................................. 16

2.1.2.

Erosión en surcos .............................................................................................................. 17

2.1.3.

Erosión en cárcavas .......................................................................................................... 17

2.2.

Degradación del Suelo en Ecuador ................................................................................... 18

2.3.

Medición de la Erosión del Suelo...................................................................................... 19

2.4.

Factores que Originan la Erosión Hídrica.......................................................................... 20

2.4.1.

Precipitación ..................................................................................................................... 20

2.4.2.

Escurrimiento .................................................................................................................... 20

2.4.3.

El suelo .............................................................................................................................. 21

2.4.4.

La cobertura vegetal ......................................................................................................... 21

2.4.5.

La pendiente ..................................................................................................................... 21

2.4.6.

La actividad humana ......................................................................................................... 22

2.5.

Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE) ............................................................... 22

2.6.

Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE) .............................................. 22

2.6.1.

Factores de la ecuación RUSLE ......................................................................................... 24

2.7.

El Modelo RUSLE ............................................................................................................... 32

2.8.

Aplicaciones del modelo RUSLE ........................................................................................ 33

2.9.

Sedimentación .................................................................................................................. 35

2.10.

Producción de Sedimentos por Erosión Superficial .......................................................... 35

3.

METODOLOGÍA..................................................................................................................... 40 5

3.1.

Ubicación del Área de Estudio .......................................................................................... 40

3.2.

Descripción del Área de Estudio ....................................................................................... 42

3.2.1.

Parámetros morfométricos de la cuenca ......................................................................... 42

3.2.2.

Aspectos climáticos........................................................................................................... 43

3.2.3.

Geomorfolología ............................................................................................................... 43

3.2.4.

Aspectos relativos al suelo................................................................................................ 44

3.2.5.

Zonas de vida según la clasificación de Holdridge ............................................................ 45

3.2.6.

Uso del suelo y cobertura vegetal .................................................................................... 45

3.3.

Flujograma de la Metodología Aplicada ........................................................................... 46

3.4.

Determinación de los Factores del Modelo RUSLE........................................................... 49

3.4.1.

Cálculo del índice de erosividad (Factor R) ....................................................................... 50

3.4.2.

Cálculo de la erodabilidad del suelo (Factor K)................................................................. 51

3.4.3.

Cálculo de los factores L y S .............................................................................................. 52

3.4.4.

Uso del suelo y cobertura vegetal (Factor C) .................................................................... 52

3.5.

Validación del Modelo RUSLE ........................................................................................... 53

3.6.

Identificación de la Distribución Espacial de las Áreas de Riesgo por Erosión del Suelo . 54

3.7.

Producción de Sedimentos en la Cuenca.......................................................................... 56

4.

4.1.

RESULTADOS Y ANÁLISIS ...................................................................................................... 57 Resultados......................................................................................................................... 57

4.1.1.

Factores del modelo RUSLE y evaluación del proceso de erosión hídrica en la cuenca hidrográfica ...................................................................................................................................... 57 4.1.2.

Aplicación de la ecuación RUSLE....................................................................................... 64

4.1.3.

Validación del modelo RUSLE ........................................................................................... 67

4.1.4.

Distribución espacial de las áreas de riesgo de erosión potencial del suelo .................... 73

4.2.

Análisis de Resultados ...................................................................................................... 74

4.2.5.

Producción de sedimentos ............................................................................................... 83

4.2.6. Superficies afectadas por riesgo de erosión .......................................................................... 86 5.

CONCLUSIONES .................................................................................................................... 90

6.

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 93

7.

ANEXOS ................................................................................................................................ 99

6

LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Valores de pérdida de suelo por erosión .......................................................................... 19 Tabla 2. Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de la textura ............... 29 Tabla 3. Factor P de prácticas de conservación ............................................................................. 32 Tabla 4. Clases para el factor intensidad de erosión ..................................................................... 38 Tabla 5. Coordenadas de los puntos extremos de la cuenca....................................................... 41 Tabla 6. Parámetros morfométricos de la cuenca del río Chota .................................................. 42 Tabla 7. Tipos de relieve de la cuenca del río Chota...................................................................... 43 Tabla 8. Tipos de suelos de la cuenca .............................................................................................. 44 Tabla 9. Uso del suelo y cobertura vegetal año 2014 .................................................................... 45 Tabla 10. Estaciones meteorológicas y pluviométricas ................................................................ 47 Tabla 11. Erosionabilidad de los suelos (K) .................................................................................... 52 Tabla 12. Factor vegetación (factor C) por tipo de cobertura ....................................................... 53 Tabla 13. Estaciones hidrológicas .................................................................................................... 54 Tabla 14. Niveles de erosión del Mapa de erosión hídrica de la CAPV ...................................... 55 Tabla 15. Niveles erosivos .................................................................................................................. 55 Tabla 16. Precipitación media anual y erosividad de la lluvia (R) ............................................... 58 Tabla 17. Parámetros edáficos y propiedades físicas de los suelos de la cuenca .................. 60 Tabla 18. Valores de erodabilidad del suelo .................................................................................... 60 Tabla 19. Uso del suelo y cobertura vegetal y valores correspondientes del factor C ........... 63 Tabla 20. Erosión potencial y actual en la cuenca del río Chota ................................................. 66 Tabla 21. Erosión actual en la cuenca del río Chota ...................................................................... 67 Tabla 22. Erosión media y erosión total anual ................................................................................ 71 Tabla 23. Registro de aforos de sedimentos en suspensión (1995 – 2015) ............................... 72 Tabla 24. Gastos sólidos registrados en las estaciones hidrológicas ....................................... 72 Tabla 25. Erosión hídrica modelada y erosión hídrica medida .................................................... 72 Tabla 26. Niveles de erosión de la cuenca ....................................................................................... 83 Tabla 27. Cálculo de la erosión y la tasa de sedimentos en la salida de la cuenca ................. 85 Tabla 28. Clases para el factor intensidad de erosión ................................................................... 86 Tabla 29. Superficies afectadas por riesgo de erosión ................................................................. 86 Tabla 30. Estimación del material producido por erosión superficial ........................................ 87

7

LISTADO DE FIGURAS Figura 1. Erosión laminar del suelo .................................................................................................. 16 Figura 2. Erosión en surcos ............................................................................................................... 17 Figura 3. Erosión en cárcavas ............................................................................................................ 18 Figura 4. Monograma para determinar la textura del suelo .......................................................... 28 Figura 5. Ubicación de la cuenca del río Chota .............................................................................. 40 Figura 6. Cuenca del río Chota........................................................................................................... 41 Figura 7. Flujograma para generar los factores del modelo RUSLE ........................................... 48 Figura 8. Distribución espacial del índice de erosividad (Factor R) ........................................... 59 Figura 9. Distribución espacial del índice de erodabilidad (Factor K) ........................................ 61 Figura 10. Distribución espacial del Factor LS ............................................................................... 62 Figura 11. Distribución espacial del factor C .................................................................................. 64 Figura 12. Distribución espacial de la erosión hídrica potencial ................................................. 65 Figura 13. Distribución espacial de la erosión hídrica actual ...................................................... 66 Figura 14. Distribución espacial de la erosión hídrica .................................................................. 67 Figura 15. Distribución espacial de la erosión hídrica .................................................................. 68 Figura 16. Distribución espacial de la erosión hídrica .................................................................. 69 Figura 17. Distribución espacial de la erosión hídrica .................................................................. 70 Figura 18. Distribución espacial de la erosión hídrica .................................................................. 71 Figura 19. Erosión hídrica modelada vs erosión hídrica medida ................................................ 73 Figura 20. Distribución espacial de las zonas con riesgo de erosión hídrica ........................... 74 Figura 21. Zonas con procesos erosivos muy graves. Sector San Vicente de Pusir (valle del Chota) ............................................................................................................................................. 80 Figura 22. Zonas con procesos erosivos muy graves. Microcuenca La Merced (valle del Chota) ............................................................................................................................................. 81 Figura 23. Zonas con procesos erosivos muy graves. Parte baja de la cuenca hidrográfica del río Chota .................................................................................................................................. 81 Figura 24. Zonas con procesos erosivos moderados. Microcuenca del río Huaca (cantón Montúfar)........................................................................................................................................ 81 Figura 25. Zonas con procesos erosivos moderados. Microcuenca del río Tahuando (cantón Ibarra) ............................................................................................................................................. 82 Figura 26. Zonas con procesos erosivos moderados. Microcuenca del río Itambí (cantón Ibarra) ............................................................................................................................................. 82 Figura 27. Arrastre de sedimentos en el río Chota. Puente sobre el río, sector El Juncal ..... 82 Figura 28. Distribución espacial de la intensidad de erosión ...................................................... 86 Figura 29. Porcentaje de superficie según rango de clasificación de pérdida de suelo ......... 87

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LISTADO DE ABREVIATURAS bhMB:

Bosque húmedo Montano Bajo

bhM:

Bosque húmedo Montano

bsMB:

Bosque seco Montano Bajo

CEDIG:

Centro Ecuatoriano de Investigación Geográfica

CEPAL:

Comisión Económica para América Latina y el Caribe

CS:

Clases de suelos

COBINABE:

Comisión Binacional para el Desarrollo de la Alta Cuenca del Río Bermejo y el Río Grande de Tarija

eeMB:

Estepa espinosa Montano Bajo

EP:

Erosión potencial

FAO:

Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación

ICONA:

Instituto para la Conservación de la Naturaleza

IEE:

Instituto Espacial Ecuatoriano

IMF

Índice Modificado de Fournier

IGM:

Instituto Geográfico Militar

INAMHI:

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología

INEC:

Instituto Nacional de Estadística y Censos

MAE:

Ministerio del Ambiente

MAG:

Ministerio de Agricultura y Ganadería

MAGAP:

Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca

MDE:

Modelo Digital de Elevación

NDVI:

Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada

ORSTOM:

Instituto Francés de Investigación Científica para el Desarrollo en Cooperación

PG:

Pendiente de las geoformas

PMA:

Precipitación media anual

ppSA:

Páramo pluvial Sub Alpino

RUSLE:

Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada

SENPLADES: Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo SIG:

Sistemas de Información Geográfica 9

SIGAGRO:

Sistemas de Información Geográfica y Agropecuaria

SIGTIERRAS: Sistema Nacional de Información y Gestión de Tierras Rurales e Infraestructura Tecnológica SNGR:

Secretaría Nacional de Gestión de Riesgos

SNI:

Sistema Nacional de Información

USDA:

United States Department of Agriculture

USGS:

United States Geological Survey

USLE:

Universal Soil Loss Equation

UAS:

Uso actual del suelo

WWF:

World Wildlife Fund

10

1.

1.1.

INTRODUCCIÓN

Antecedentes

En la actualidad, la erosión hídrica del suelo es uno de los grandes problemas ambientales de las cuencas hidrográficas. En Latinoamérica, la degradación de los suelos afecta a 123 millones de hectáreas, y en el Ecuador, el 25% de los suelos de la Sierra se encuentran en procesos de erosión (MAGAP, 2012). Los indicadores estadísticos del grado de erosión de las cuencas hidrográficas en la sierra ecuatoriana señalan que un 39.13% es crítica, 28.26% alta, 4.35% moderada, 26.09% potencial y 2.17% normal, generando efectos graves como la pérdida de la biodiversidad, degradación de los suelos, alta sedimentación de los principales reservorios y cauces de los ríos de la parte baja de las cuencas, y graves inundaciones (Espinosa, 1993).

Una cuenca que tiene importancia en la producción alimentaria de la región norte del Ecuador es la cuenca del río Chota considerada como un potencial agrícola por la gran variedad de productos que se cultivan y se comercializan, debido a la presencia de varios tipos de climas (GAD PROVINCIAL DE IMBABURA, 2015).

Esta cuenca se encuentra ubicada en las provincias de Imbabura y Carchi y debido a la presencia de relieves montañosos y escarpados en elevaciones entre 1,700 3,800 msnm, el uso inadecuado del recurso suelo y los factores climáticos, presenta riesgos y aumento en las pérdidas del suelo por erosión hídrica (WWF, 2017). Estas pérdidas van afectando poco a poco a los suelos que se usan principalmente en las actividades agrícolas y pecuarias. Esto se debe a que la población de la cuenca realiza labores convencionales de uso del recurso suelo incrementando las áreas cultivadas sin aplicar técnicas de conservación de dicho recurso para generar mayores ingresos económicos (CEPAL, 2005). La sedimentación, fenómeno siempre asociado a la erosión, colmata cauces y cuerpos de agua, reduciendo la capacidad de regulación hídrica de la cuenca y resultando en desbordes e inundaciones más frecuentes (CEDIG, 1986). De acuerdo al Mapa Preliminar de Zonas Propensas a Inundaciones de la provincia de Imbabura, el valle del río Chota

11

presenta amenazas Alta y Muy Alta; y en los años 2007, 2011 y 2017 se registraron desbordamientos del río producidos por las altas precipitaciones (SNGR, 2011).

1.2.

Objetivo General

Estimar las pérdidas anuales de suelo por erosión hídrica en la cuenca del río Chota (Ecuador)

1.2.1. Objetivos específicos

1. Determinar los factores del modelo de Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE) para evaluar el proceso de erosión hídrica en la cuenca hidrográfica de estudio.

2. Validar el modelo RUSLE utilizando datos de estaciones con aforos sólidos del INAMHI (Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología) en la cuenca hidrográfica del río Chota.

3. Identificar la distribución espacial de las áreas de riesgo de erosión del suelo en las poblaciones de las provincias de Imbabura y Carchi.

1.3.

Pregunta de Investigación

¿Cuáles son los factores del modelo RUSLE que más influencian el proceso de erosión hídrica de acuerdo a las condiciones propias de la zona de estudio?

¿Cuáles son las zonas de mayor riesgo de erosión hídrica en la cuenca hidrográfica del río Chota?

1.4.

Hipótesis

Más del 50% de las áreas, correspondientes a las poblaciones de las provincias de Imbabura y Carchi, se encuentran en riesgo alto y muy alto por erosión hídrica de la cuenca del río Chota.

12

1.5.

Justificación

En la cuenca del río Chota no existen estudios actualizados sobre la cuantificación de la degradación del suelo ocasionada por la erosión hídrica, por esta razón, a través de esta investigación se analiza el riesgo de erosión hídrica del suelo en la cuenca hidrográfica mediante la implementación de la RUSLE en un Sistema de Información Geográfica - SIG. Con el modelo se pretende conocer la distribución espacial y el grado de erosión que presenta la cuenca con el fin de determinar cuáles son las zonas más susceptibles y que esta información se emplee para realizar la planificación del territorio y disminuir el impacto sobre el recurso suelo de forma directa e indirectamente sobre el proceso de sedimentación y riesgo de inundación.

La importancia del presente estudio radica en la generación de información que permita implementar prácticas de manejo de suelos, ya sea de tipo correctivo o preventivo. Además, constituirá un antecedente del estado de la cuenca hidrográfica, de modo que se conocerá tanto la erosión como la producción de sedimentos; con el fin de implementar a futuro prácticas de manejo que mitiguen los procesos de degradación de recursos naturales, disminuyan las inundaciones en la cuenca baja y que reduzcan la vulnerabilidad de la población de las provincias de Imbabura y Carchi ante las amenazas potenciales de erosión del suelo.

1.6.

Alcance

El modelo implementado permitirá generar cartografía digital a escala 1:50,000 de erosión hídrica actual y potencial dentro de la cuenca para identificar las áreas que presentan tasas de erosión que requieren atención inmediata para la realización de obras y prácticas de conservación de suelos. El desconocimiento de las tasas de erosión hídrica en la cuenca del río Chota, así como el de las áreas que presentan una mayor degradación física por pérdida de suelo, puede repercutir en la toma de decisiones por parte de los organismos gubernamentales y no gubernamentales para el desarrollo sustentable y la mitigación de los impactos del uso inadecuado del recurso suelo. Por tal motivo, es necesario proporcionar información a los 13

Gobiernos Autónomos Descentralizados de Imbabura y Carchi sobre la tasa de erosión hídrica para direccionar los programas y proyectos de una manera eficiente y manejar adecuadamente el recurso suelo de la cuenca, aportando de esta manera con datos técnicos que ayuden a una mejor toma de decisiones.

14

2.

REVISIÓN DE LITERATURA

El tema de la erosión hídrica del suelo ha sido una preocupación global y se han realizado numerosas investigaciones y trabajos. En el siguiente apartado se describen las bases conceptuales sobre las que se enmarca el presente trabajo de investigación.

2.1.

Erosión Hídrica del Suelo

La erosión es descrita como un proceso de desgaste del suelo generalmente lento, debido a la influencia de algún factor físico o agente erosivo de los cuales el agua y el viento son los principales causantes (Morgan, 1997). Este proceso mecánico consta de dos fases, una de ellas es el desprendimiento de las partículas del suelo y la otra consiste en el arrastre de estas partículas, teniendo efectos directos sobre la fertilidad del suelo, ya que, en las capas superficiales, es donde se concentran gran parte de los nutrientes (Suárez, 1980). Entre los efectos directos, se puede mencionar las pérdidas de recurso hídrico, ya que, al no existir nutrientes, no crecen las plantas que son quienes retienen agua en el subsuelo; riesgos de inundaciones, debido a que al disminuir la capacidad del suelo de retener agua aumenta la escorrentía superficial, escorrentía que aumenta las cargas solidas que van a ser depositadas en cuerpos de agua muchas veces desviando sus cursos naturales (Camarasa, Caballero, y Iranzo, 2018). Este proceso afecta directamente la vulnerabilidad de las poblaciones urbanas y rurales, y la productividad de los ecosistemas (Stocking y Clark, 1999).

La erosión hídrica es un proceso físico definido como el desprendimiento y arrastre de partículas de suelo por acción de la precipitación. Las gotas de lluvia desprenden el suelo y el agua de escorrentía realiza el transporte y la sedimentación (Hudson, 1982). Este tipo de erosión puede presentarse en forma laminar, en surcos y en cárcavas. La erosión laminar es menos evidente y a veces más perjudicial, al lavar el suelo más fértil y los fertilizantes que se aplican en el cultivo (FAO, 2018a). La erosión hídrica constituye el mayor problema de erosión en el mundo, se estima que el 80% de la tierra agrícola del planeta presenta este fenómeno (Alvarado, 15

Colmenero, y Vaderrábano, 2007). En la erosión hídrica se presentan los siguientes fenómenos: 

Erosión laminar



Erosión en surcos



Erosión en cárcavas

2.1.1. Erosión laminar

La erosión laminar está directamente relacionada con la salpicadura de la lluvia, a lo que se puede agregar que en laderas más de la mitad de la salpicadura desciende por la misma. Si esta corriente se mantiene como una delgada lámina, el tipo de erosión que se produce se conoce como erosión laminar (Figura 1). La erosión laminar y en surcos pequeños es la forma de erosión que más afecta la agricultura por degradación y pérdida del horizonte A o parte superficial de los suelos, y a la vez afecta más significativamente a la producción de sedimentos en los ríos (Vahrson, 1991).

Figura 1. Erosión laminar del suelo Fuente: Schaetzl y Anderson (2005)

16

2.1.2. Erosión en surcos

La erosión en surcos es la forma de erosión más fácilmente perceptible, tiene su origen a causa del escurrimiento superficial del agua que se concentra en sitios irregulares o depresiones superficiales del suelo desprotegido o manejado inadecuadamente (FAO, 2018a). Este fenómeno es producto de pequeñas irregularidades de las pendientes del terreno, la escorrentía se concentra en algunos sitios hasta adquirir volumen y velocidad suficientes para hacer cortes y formar surcos (Súarez, 1998) En la medida que aumenta la velocidad del flujo, el agua incide en el suelo y se forman pequeños drenajes, que son canales continuos de anchura reducida y escasa profundidad, que pueden ser eliminados por la labranza agrícola (Valcarcel, 1989) (Figura 2).

Figura 2. Erosión en surcos Fuente: Schaetzl y Anderson (2005)

2.1.3. Erosión en cárcavas

Se denomina cárcava al estado más avanzado de la erosión en surcos. En función de la pendiente y de la longitud de la ladera del terreno, el flujo concentrado de agua provoca el aumento de las dimensiones de los surcos formados inicialmente, hasta transformarse en grandes zanjas llamadas cárcavas (FAO, 2018a). La 17

erosión en cárcava consiste en el vaciado de las partículas del suelo o sustrato por un flujo concentrado que da lugar a estrechas incisiones, de mayor tamaño y profundidad que un canal de riego, y que generalmente llevan agua durante e inmediatamente después de fuertes precipitaciones (Figura 3) (Osterkamp, 2008).

La formación de una cárcava por flujo superficial frecuentemente aparece ligada a un incremento en la escorrentía. Dicho incremento, puede deberse a varias causas: cambios en el uso del suelo, modificaciones en el área de drenaje causadas por el hombre, eventos de precipitación de características extremas, entre otras (Nyssen, 2007). Al comparar estas depresiones con los cauces permanentes, relativamente llanos y cóncavos en su perfil, las cárcavas se caracterizan por tener cabeceras y saltos a lo largo del curso. Además, poseen mayor profundidad, menor anchura que los cauces estables y transportan una mayor cantidad de sedimentos (Morgan, 1997).

Figura 3. Erosión en cárcavas Fuente: Schaetzl y Anderson (2005)

2.2.

Degradación del Suelo en Ecuador

Los estudios cuantitativos realizados en la región Sierra por el Departamento de Suelos del Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG) y el Instituto Francés de 18

Investigación Científica para el Desarrollo en Cooperación (ORSTOM) (De Noni, Viennot, y Trujillo, 1986), sobre 7 parcelas de escurrimiento de 50 m2 de superficie, revelaron que los pesos de suelo perdido por erosión son considerables. Por ejemplo, los resultados obtenidos en 1982 en parcelas ubicadas en Alangasí e lIaló situadas a unos 30 km al este de Quito, fluctuaron entre 200 a 500 toneladas de suelo perdido por hectárea por año. Son resultados elevados si se considera, entre otros, la tabla 1 de clases de pérdidas de suelo elaborada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO, 2018b).

Tabla 1. Valores de pérdida de suelo por erosión Erosión Hídrica Ninguna a ligera Moderada Alta Muy alta Fuente: FAO (2018a)

Pérdida de suelos en t/ha/año < 10 10 - 50 50 -200 >200

Por otra parte, un estudio cartográfico realizado también por el Departamento de Suelos del MAG y el ORSTOM sobre los principales procesos erosivos en Ecuador, demostraron que a nivel general el 50% de la superficie del país está afectado por estos fenómenos. Se puede descomponer este porcentaje general de la siguiente manera: aproximadamente 15% de las tierras degradadas se encuentran en el callejón interandino (1,500 – 3,000 m) que es una región fuertemente sometida a la erosión, desde hace mucho tiempo y de manera casi generalizada. El 35% restante se ubica donde se extienden los límites de la frontera agrícola, en particular sobre las altas tierras y flancos exteriores de la cordillera de los Andes y en las regiones costera y amazónica. Aquí el impacto de la erosión es más discontinuo, pero puede presentar, localmente, manifestaciones agresivas (Almeida y Trujillo, 1984).

2.3.

Medición de la Erosión del Suelo

El método más confiable para cuantificar las pérdidas de suelo es el análisis directo de las pérdidas de suelo bajo distintas condiciones de cobertura en períodos de

19

varios años (Mora, 1987). A continuación, se citan algunos métodos usados para medir la degradación del suelo (FAO, 2018a). 

Observaciones y mediciones directas



Uso de técnicas de sensores remotos



Modelos matemáticos



Evaluación mediante métodos paramétricos

2.4.

Factores que Originan la Erosión Hídrica

Los procesos de erosión dependen de la precipitación, del material parental, de las condiciones hídricas del suelo (sobreflujo y humedad antecedente), de la forma de la pendiente, y del uso y manejo del suelo (Bergsma, 1998). Los principales factores que se relacionan al proceso de la erosión hídrica son: precipitación, cobertura vegetal, suelo y topografía; y los clasifica en factores de acuerdo a su acción (activos y pasivos) (Dourojeanni, 2000): 

Factor activo: precipitación



Factor pasivo: cobertura vegetal, suelo y topografía

2.4.1. Precipitación

La erosión hídrica es el resultado de la energía producida por el agua al precipitarse sobre la tierra y al fluir sobre la superficie del suelo. La lluvia ejerce su acción erosiva sobre el suelo mediante el impacto de las gotas, la cual desprende y dispersa las partículas de suelo. Mientras mayor sea la velocidad de la gota, mayor será la cantidad de suelo esparcido (Kirkby y Morgan, 1984).

2.4.2. Escurrimiento

El escurrimiento superficial ocurre cuando la intensidad de lluvia es mayor que la capacidad de infiltración de suelo. Este flujo de agua tiene la capacidad de remover y transportar las partículas de suelo, la cual está en función de la velocidad del flujo 20

que depende de la pendiente del terreno y de la profundidad de la lámina de agua (Coras, Hahn, y Diakite, 2006).

2.4.3. El suelo

La erodabilidad del suelo es su vulnerabilidad o susceptibilidad a la erosión. Un suelo con erodabilidad elevada es más susceptible a la erosión que un suelo con erodabilidad baja si los dos están expuestos al mismo tipo de lluvia. Dentro de los factores que influyen en la erodabilidad están en primer lugar las características físicas del suelo, es decir, el tipo edáfico, y, en segundo lugar, el manejo al que se le haya sometido. Entonces desde el punto de vista para su control, interesan aquellas propiedades que incrementan su capacidad de infiltración, ya que serán importantes para reducir la escorrentía, y aquellas que aumentan la resistencia a su dispersión y transporte para que ésta sea mínima (Kirkby y Morgan, 1984).

2.4.4. La cobertura vegetal

La cobertura vegetal con una densidad adecuada es la mejor protección natural de un suelo contra la erosión, ya que disminuye los impactos de las gotas de lluvia, interceptándolas y absorbiendo la energía antes que actúa en ella. El efecto de los bosques se debe principalmente a los diferentes estratos de vegetación que interceptan la lluvia reduciendo su energía y la presencia de un mantillo protector del suelo (FAO, 2018a). Es importante mencionar que en los bosques tropicales las pérdidas de suelo por erosión hídrica son muy bajas (Mozo, 1967).

2.4.5. La pendiente

En las pendientes planas del terreno las gotas de lluvia esparcen las partículas del suelo aleatoriamente en todas direcciones, mientras que, en un terreno con pendiente inclinada, un mayor número de partículas de suelo son esparcidas hacia abajo de la pendiente, aumentando de esta manera la proporción de partículas desprendidas del suelo en función de la inclinación de la pendiente del terreno (Morgan, 1997).

21

2.4.6. La actividad humana

Las actividades humanas conllevan fenómenos como la degradación de las propiedades físicas del suelo y el aumento de escorrentía superficial. El inadecuado uso del suelo en las actividades agrícolas, la deforestación, el sobrepastoreo, y la construcción de carreteras en zonas montañosas, son elementos que favorecen el fenómeno erosivo (Gómez, 2002).

2.5.

Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE)

Han sido muchos los procedimientos propuestos para estimar las pérdidas de suelo relacionadas con las actividades humanas (erosión acelerada), pero es quizá la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo, Universal Soil Loss Equation por sus siglas en Inglés (USLE), formulada inicialmente por Wischmeier y Smith en 1962 y publicada posteriormente en su forma definitiva en el Manual 534 del Departamento de Agricultura de Estados Unidos (Wischmeier y Smith, 1978), la que ha tenido mayor aceptación y difusión, no sólo en el continente americano sino en los demás países con problemas de erosión (FAO, 2018c). Esta ecuación estima las pérdidas de suelo anuales como valor promedio de un período representativo de años, que se producen en una parcela o superficie de terreno debido a la erosión superficial, laminar y en surcos, ante unas determinadas condiciones de clima, suelo, relieve, vegetación y usos del suelo.

2.6.

Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE)

Con el fin de hacer el modelo más «universal», el Departamento de Agricultura de Estados Unidos ha ampliado en los últimos años la cantidad de parcelas experimentales, disponiendo un número considerable de las mismas en la región oeste del país, con el fin de cubrir con mayor representación todo el rango de condiciones de clima, suelo y vegetación.

Wischmeier y Smith condujeron la formulación del modelo de predicción de pérdida de suelo. Esta investigación para la predicción de erosión de suelos se consolidó 22

en un esfuerzo cooperativo que tenĂ­a por objeto superar muchas de las desventajas inherentes a los proyectos de investigaciĂłn local o regional (Wischmeier y Smith, 1978). Para esto, se compilaron datos de investigaciĂłn de erosiĂłn en 8,250 parcelas por aĂąo de 36 localidades de EEUU. A partir de esto, se hizo una reevaluaciĂłn de los diversos factores que afectaban la pĂŠrdida de suelo, en la denominada ecuaciĂłn universal de pĂŠrdida de suelo (USLE), la cual es representada por: đ?&#x2018;¨=đ?&#x2018;šâ&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;˛â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;łâ&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;şâ&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;Şâ&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;ˇ

(1)

Donde:

A: Promedio anual de pĂŠrdida de suelo, en [t/ha/aĂąo]. Puede ser computada sobre una base de probabilidades tales como una vez por aĂąo, dos aĂąos, cinco aĂąos y otros. Pero para esto, el factor R debe ser calculado con igual frecuencia.

R: Es el factor de erosividad de la lluvia. Es el producto acumulado para el período de interÊs (generalmente un aùo) con cierta probabilidad de ocurrencia (normalmente 50% o promedio) de la energía cinÊtica por la måxima intensidad en 30 minutos de las lluvias. Sus dimensiones son [J/m 2¡cm/h/aùo] (Renard, Foster, Weesies, McCool, y Yoder, 1997), aunque por simplicidad conviene expresar en energía por unidad de superficie [Mj¡mm)/(ha¡h¡aùo].

K: Es el factor erodabilidad del suelo. Es la cantidad promedio de suelo perdido por unidad del factor R, [t¡m2¡h/J¡ha¡cm] (Renard et al., 1997), cuando el suelo en cuestión estå permanentemente descubierto, con laboreo secundario a favor de la pendiente (22.1 m de largo, 9% pendiente, en barbecho y labranza continua).

Los demĂĄs factores son relaciones a estĂĄndares y no tienen dimensiones:

L: Es el factor de longitud de la pendiente. Es la relaciĂłn entre la erosiĂłn con la longitud de pendiente dada y la que ocurre en el estĂĄndar de 22.1 m de longitud, a igualdad de los demĂĄs factores.

23

S: Es el factor de inclinación de la pendiente. Es la relación entre la erosión con una inclinación de pendiente dada y la que ocurre en el estándar de 9% de inclinación, a igualdad de los demás factores.

C: Es el factor de uso y manejo. Es la relación entre la erosión de un suelo con un determinado sistema de uso y manejo y la que ocurre en el mismo suelo puesto en condiciones estándar en que se definió el factor K (barbecho), a igualdad de los demás factores.

P: Es el factor de práctica mecánica de apoyo de conservación. Es la relación entre la erosión que ocurre con una determinada práctica mecánica de apoyo, como cultivo en contorno, barreras vivas, o cultivo en terrazas y la que ocurre con la condición estándar de laboreo a favor de la pendiente, a igualdad de los demás factores.

2.6.1. Factores de la ecuación RUSLE

La metodología RUSLE fue desarrollada para superar algunas de las limitaciones del modelo USLE (Renard et al., 1997). Sus avances incluyen: 

Algoritmos computarizados para facilitar los cálculos.



Nuevos valores de erosividad de lluvias-escurrimientos (R) en el oeste de los Estados Unidos (condiciones áridas), basado en más de 1,200 localidades.



Desarrollo de un término de susceptibilidad del suelo a la erosión estacionalmente variable (K) y métodos alternativos de estimación de K cuando el nomograma no es aplicable.



Un nuevo método para calcular el factor cubierta-manejo (C), utilizando subfactores que incluyen uso previo del suelo, cubierta de cultivos, cubierta vegetal del suelo (incluyendo fragmentos de roca en la superficie), y rugosidad del terreno.



Nuevas formas de estimar los factores de largo y magnitud de la pendiente (LS) que consideran porcentajes de erosión en surcos e ínter-surcos.

24

ď&#x201A;ˇ

La capacidad de ajustar el factor LS para pendientes de forma variable; y

ď&#x201A;ˇ

Nuevos valores de prĂĄcticas de conservaciĂłn (P) para cultivos en fajas alternadas, uso de drenaje subterrĂĄneo, y pastizales.

ď&#x192;&#x2DC; Factor R (erosividad de la lluvia)

Es importante conocer el Ă­ndice de erosividad de la lluvia y su impacto en la pĂŠrdida del suelo, este Ă­ndice afecta el proceso de erosiĂłn del suelo, es decir la erosiĂłn es mĂĄs fuerte si se incrementa la intensidad de la lluvia. Wischmeier y Smith (1958) presentaron un Ă­ndice de erosividad o factor R basado en la relaciĂłn directa entre: la energĂ­a cinĂŠtica (E) y la intensidad de la lluvia (I). ď&#x201A;ˇ

EnergĂ­a cinĂŠtica de la lluvia (E)

La energĂ­a cinĂŠtica representa el trabajo por golpeteo y salpicadura de las gotas de lluvia caĂ­das sobre la superficie del suelo. Wischmeier y Smith (1958) obtuvieron una alta correlaciĂłn entre la intensidad de las lluvias y su energĂ­a. ď&#x201A;ˇ

MĂĄxima intensidad en 30 minutos

Indican que cuando el computo de energĂ­a de la lluvia es multiplicada por la mĂĄxima intensidad de las lluvias con duraciĂłn de 30 minutos, se obtienen altas correlaciones con las pĂŠrdidas de suelo.

Una vez conocida la energĂ­a cinĂŠtica total y la mĂĄxima intensidad en 30 minutos de la lluvia, se calcula el factor R de acuerdo a la siguiente expresiĂłn (Renard et al., 1997): đ?&#x2018;š = đ?&#x2018;Źđ?&#x2019;&#x201E; â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;°đ?&#x;&#x2018;đ?&#x;&#x17D;)

(2)

Donde: Ec = EnergĂ­a cinĂŠtica total de lluvia en kg/m2 I30 = MĂĄxima intensidad en 30 minutos en mm/h

25

Este producto fue denominado Ă­ndice de erosividad y significa que el potencial erosivo de la lluvia estĂĄ en funciĂłn de la cantidad de la misma y de su mĂĄxima velocidad de caĂ­da sobre la superficie del suelo. Representa los efectos totales del impacto de las gotas de lluvia.

Para realizar el cĂĄlculo del factor R se debe disponer de informaciĂłn muy detallada de las precipitaciones ya que se debe contar con un registro continuo de las variaciones de intensidad de la lluvia durante los diferentes aguaceros. Por este motivo, en un intento de facilitar dicho cĂĄlculo, el antiguo ICONA (Instituto para la ConservaciĂłn de la Naturaleza) a travĂŠs de su publicaciĂłn "Agresividad de la lluvia en EspaĂąa" (ICONA, 1988) calculĂł para la PenĂ­nsula IbĂŠrica las ecuaciones (en funciĂłn de la zona geogrĂĄfica) para sustituir a la đ?&#x2018;&#x2026; = đ??¸đ??ź30 de Wischmeier y Smith, de manera que con datos mĂĄs sencillos, se obtengan resultados similares. Pero ademĂĄs del ICONA diversos autores han intentado relacionar el factor đ?&#x2018;&#x2026; con parĂĄmetros mĂĄs fĂĄciles de obtener y calcular. Con este propĂłsito, Fournier estableciĂł el Ă­ndice de agresividad climĂĄtica o Ă?ndice de Fournier (đ??źđ??š) cuyo cĂĄlculo se realiza a partir de los datos pluviomĂŠtricos de estaciones meteorolĂłgicas representativas (Fournier, 1960), segĂşn la siguiente ecuaciĂłn: đ??źđ??š = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄx2/đ?&#x2018;&#x192;(3) Donde đ??źđ??š es el Ă?ndice de Fournier, đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x161;ĂĄx es la precipitaciĂłn media correspondiente al mes mĂĄs lluvioso [đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;] y đ?&#x2018;&#x192; es la precipitaciĂłn media anual [đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;].

Sin embargo, ĂŠste Ă­ndice Ăşnicamente considera el mes de mayor precipitaciĂłn por lo que debe ser utilizado con prudencia, especialmente en aquellas zonas que presentan un rĂŠgimen pluvial con mĂĄs de un pico mensual de precipitaciĂłn, o donde los valores pluviomĂŠtricos son en general elevados. Precisamente por este motivo Arnoldus (1978) propuso una correcciĂłn del Ă?ndice de Fournier para considerar no sĂłlo la precipitaciĂłn mensual del mes mĂĄs hĂşmedo, sino tambiĂŠn la del resto de los meses. Diversos autores comprobaron que ĂŠste Ă?ndice Modificado de Fournier (đ??źđ?&#x2018;&#x20AC;đ??š) se correlaciona mucho mejor que el đ??źđ??š con el valor de đ??¸đ??ź30 en varias partes del mundo (Bergsma, 1998).

26

El Ă?ndice de Modificado de Fournier (đ??źđ?&#x2018;&#x20AC;đ??š) caracteriza la agresividad de la precipitaciĂłn y se calcula de la siguiente forma: đ??źđ?&#x2018;&#x20AC;đ??š = â&#x2C6;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;2/đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ą

(4)

Donde đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; es la precipitaciĂłn de cada mes [đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;] y đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;Ą es la precipitaciĂłn media anual [đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;].

La precipitaciĂłn de una zona de estudio se caracteriza mediante informaciĂłn histĂłrica de periodos de 15 aĂąos, para ello se selecciona un nĂşmero de estaciones meteorolĂłgicas ubicadas dentro y fuera de dicha zona. Para estimar el factor R se podrĂ­a emplear la extensiĂłn Spatial Analyst del software ArcGIS y de esta manera aplicar el mĂŠtodo de interpolaciĂłn Kriging para obtener superficies raster estimadas a partir del conjunto de datos de los puntos que representan las estaciones dispersas en el ĂĄrea geogrĂĄfica.

DĂ­az (2008) en su estudio sobre la interpolaciĂłn espacial de la precipitaciĂłn pluvial en la zona de barlovento y sotavento del Golfo de MĂŠxico, al realizar una comparaciĂłn de cuatro mĂŠtodos de interpolaciĂłn como son: Inverso de la Distancia, Kriging, Coâ&#x20AC;&#x201C;Kriging y Thin Plate Smoothing Spline, de datos puntuales de precipitaciĂłn, observĂł que la superficie raster generada con el mĂŠtodo Kriging fue la mejor al registrar el menor error medio cuadrado de predicciĂłn. ď&#x192;&#x2DC; Factor K (erodabilidad del suelo)

Wischmeier y Smith (1978) definieron que el factor K es funciĂłn del porcentaje de limo y arena fina, del porcentaje de arena gruesa, de la estructura del suelo, de su permeabilidad, y del porcentaje de materia orgĂĄnica que posee. De acuerdo a Demirci y Karaburun (2012), el factor K del suelo se evaluĂł de forma experimental en las parcelas tipo. Para cada suelo se mide la relaciĂłn entre el peso de suelo perdido (t/ha) y el nĂşmero de unidades del Ă­ndice de erosiĂłn pluvial correspondientes, en condiciones de barbecho continuo. Con el conjunto de los valores obtenidos se calcula el promedio de K para cada suelo, a partir del suelo se 27

establece una ecuaciĂłn de regresiĂłn en funciĂłn de las variables representativas de sus propiedades fĂ­sicas. La regresiĂłn establecida viene expresada por la ecuaciĂłn (Demirci y Karaburun, 2012):

đ?&#x2018;˛=

(đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x;&#x2019; )â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x;?,đ?&#x;&#x2022;đ?&#x;? đ?&#x2018;´đ?&#x;?.đ?&#x;?đ?&#x;&#x2019; â&#x2C6;&#x2014;(đ?&#x;?đ?&#x;?â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x2019;?)+đ?&#x;&#x2019;.đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;â&#x2C6;&#x2014;(đ?&#x2019;&#x201D;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x;?)+đ?&#x;&#x2018;.đ?&#x;?đ?&#x;&#x2018;â&#x2C6;&#x2014;(đ?&#x2019;&#x2018;â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x;&#x2018;) đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x17D;

(5)

Donde: K = Factor de erodabilidad del suelo [t*m2*h/ha*J*cm] mo = Materia orgĂĄnica [%] s = CĂłdigo de la estructura del suelo (Tabla 2) p = CĂłdigo de permeabilidad M = Producto de las fracciones del tamaĂąo de las partĂ­culas primarias đ?&#x2018;´ = (% đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x2019;? + % đ?&#x2019;&#x201A;đ?&#x2019;&#x201C;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x201A; đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x2019;&#x2013;đ?&#x2019;&#x161; đ?&#x2019;&#x2021;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x201A;)(đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019; %đ?&#x2019;&#x201A;đ?&#x2019;&#x201C;đ?&#x2019;&#x201E;đ?&#x2019;&#x160;đ?&#x2019;?đ?&#x2019;?đ?&#x2019;&#x201A;)

(6)

Para determinar la textura del suelo normalmente se emplea el Monograma de la Figura 4.

Figura 4. Nomograma para determinar la textura del suelo Fuente: Mannaerts (1999)

28

El factor erosionabilidad del suelo o factor K expresa la susceptibilidad del suelo a experimentar pĂŠrdidas de suelo por erosiĂłn; es funciĂłn de caracterĂ­sticas edĂĄficas tales como textura, estructura, estabilidad de agregados, pedregosidad superficial, entre otros. En la Tabla 2 se presentan los cĂłdigos de permeabilidad y estructura del suelo en funciĂłn de la textura.

Tabla 2. CĂłdigos de permeabilidad y estructura del suelo en funciĂłn de la textura Clase de textura

Permeabilidad (cĂłdigo P)

Conductividad hidrĂĄulica saturada (mm/h) Arcilla, franco arcilloso 6 <1 Arcillo arenoso, franco arcillo limoso 5 1â&#x20AC;&#x201C;2 Franco arcillo arenoso, franco arcilloso 4 2â&#x20AC;&#x201C;5 Franco limoso, franco 3 5 â&#x20AC;&#x201C; 10 Areno franco, franco arenoso 2 10 â&#x20AC;&#x201C; 60 Arena 1 >60 Fuente: Mannaerts (1999)

SCS grupo hidrolĂłgico del suelo D Câ&#x20AC;&#x201C;D C B A A

ď&#x192;&#x2DC; Factor LS (longitud y pendiente)

Es el efecto de la topografĂ­a en la erosiĂłn. Generalmente, el factor L y S se consideran juntos. Los factores LS juntos son iguales a 1 bajo condiciones de la parcela unitaria de 22.1 m y 9% de inclinaciĂłn. Los valores de L y S son relativos y representan quĂŠ tan erodable es un suelo con una longitud y una inclinaciĂłn particulares en relaciĂłn a los 22.1 m de largo y 9% de inclinaciĂłn de la parcela unitaria. Por lo tanto, algunos valores de LS son menores que 1 y otros mayores que 1. ď&#x201A;ˇ

Longitud de pendiente (L)

El factor L, longitud del declive (Demirci y Karaburun, 2012), viene definido por:

đ?&#x2018;ł=(

đ??&#x20AC; đ?&#x;?đ?&#x;?.đ?&#x;?đ?&#x;&#x2018;

)đ??Ś

(7)

Donde:

29

L = Factor de longitud de pendiente Îť = Longitud de la pendiente [m] m = Exponente de la longitud de la pendiente 22.13 = Longitud de parcela unitaria RUSLE Donde Îť es la longitud del declive en metros y â&#x20AC;&#x153;mâ&#x20AC;? un exponente influenciado principalmente por la interacciĂłn entre la longitud del declive y la pendiente. La longitud se define como la distancia desde el origen de la escorrentĂ­a superficial hasta el inicio del depĂłsito de sedimentos, o que la escorrentĂ­a se concentre en un cauce.

El exponente de longitud de pendiente â&#x20AC;&#x153;mâ&#x20AC;?, determina la relaciĂłn entre erosiĂłn en surcos (causada por flujo) y erosiĂłn entresurcos (causado por impacto de gotas de lluvia), puede ser calculado con la siguiente ecuaciĂłn: đ?&#x2019;&#x17D; = đ?&#x;&#x17D;. đ?&#x;?đ?&#x;&#x2018;đ?&#x;&#x2019;đ?&#x;? â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2019;?đ?&#x2019;?ø + đ?&#x;&#x17D;. đ?&#x;?đ?&#x;&#x2014;đ?&#x;?

(8)

Donde: m = Exponente de la longitud de la pendiente ø = Ă ngulo de pendiente [%] ď&#x201A;ˇ

InclinaciĂłn de la pendiente (S)

Wischmeier citado por Demirci y Karaburun obtuvo el factor topogrĂĄfico en base a las siguientes ecuaciones (Demirci y Karaburun, 2012): đ?&#x2018;ş = đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;. đ?&#x;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2019;&#x201D;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;?ø + đ?&#x;&#x17D;. đ?&#x;&#x17D;đ?&#x;&#x2018;

Si s<9%

(9)

đ?&#x2018;ş = đ?&#x;?đ?&#x;&#x201D;. đ?&#x;&#x2013; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2019;&#x201D;đ?&#x2019;&#x2020;đ?&#x2019;?ø â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x;&#x17D;. đ?&#x;&#x201C;

Si: sâ&#x2030;Ľ9%

(10)

Donde:

S = Factor de inclinación de la pendiente s = Inclinación de la pendiente [%] ø = à ngulo de la pendiente [grados] 30

 Factor C (cobertura vegetal)

La vegetación actúa como una capa protectora o amortiguadora entre la atmósfera y el suelo. Los componentes aéreos, como hojas y tallos, absorben parte de la energía de las gotas de lluvia, del agua en movimiento y del viento, de modo que su efecto es menor que si actuaran directamente sobre el suelo, mientras que los componentes subterráneos, como los sistemas radicales, contribuyen a la resistencia mecánica del suelo (Morgan, 1997).

De acuerdo a Kirkby y Morgan (1984), el factor de cultivo (C) es un factor combinado que refleja la influencia de: a) las secuencias en la cubierta vegetal (en el caso de cultivos); b) los tipos de cubierta vegetal, y c) la cantidad de aguaceros caídos durante los períodos en que las prácticas agrícolas dejan desprotegido el suelo. El factor C es la relación entre la pérdida de suelo en un terreno cultivado en condiciones específicas y la pérdida correspondiente del suelo en barbecho continuo. Esta comparación se hace suponiendo que son semejantes las condiciones de suelo, pendiente y lluvia. El factor C tiene valores entre 0 y 1, siendo 0 el valor más bajo y que representa un suelo que se encuentra totalmente cubierto por vegetación y 1 el factor más alto que representa por tanto la falta total de vegetación (Kirkby y Morgan, 1984).

El factor C puede ser determinado mediante técnicas de teledetección en base al Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI), según Patil y Sharma (2013), la cubierta vegetal es uno de los indicadores biofísicos más importantes de la erosión del suelo. El NDVI es un indicador del vigor de la vegetación y se obtiene de la relación entre el valor del infrarrojo cercano y el valor del rojo del espectro electromagnético (Patil y Sharma, 2013).  Factor P (prácticas de control de la erosión)

Es la relación de pérdida de suelo con prácticas de soporte a la pérdida correspondiente con labranza en pendiente, la cual tiene un valor de 1. Se ha considerado como una variable independiente y, por tanto, no incluido en el factor 31

C, únicamente cuando se trata de las prácticas siguientes: cultivo a nivel, cultivo por fajas, y terrazas. Otras prácticas conservacionistas como rotación con cultivos herbáceos, tratamientos con fertilizantes, cubiertas artificiales, entre otras, se consideran dentro de los trabajos de cultivo y, por tanto, su influencia en las pérdidas de suelo se incluye dentro del factor C.

Según la guía del usuario de la RUSLE (Antezana, 2001), el factor P varía según la pendiente del terreno, y sus valores pueden obtenerse de la Tabla 3. En el caso de prácticas de cultivo en terrazas, además del coeficiente P considerado, debe modificarse el factor L de longitud de declive, adoptando un valor para la longitud entre terrazas consecutivas.

Tabla 3. Factor P de prácticas de conservación Pendiente %

Cultivo a nivel

Cultivo en Faja

1-2 3-8 9 - 12 13 - 16 17 - 20 21 - 25

0.60 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

0.30 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

Cultivo en terraza a b 0.12 0.05 0.10 0.05 0.12 0.05 0.14 0.05 0.16 0.06 0.18 0.06

Fuente: Wischmeier y Smith (1978)

a = Terrazas de desagüe encespadas b = Terrazas de infiltración con contrapendiente

2.7.

El Modelo RUSLE

Los modelos de estimación de la erosión hídrica y evaluación de las pérdidas de suelo comenzaron con las investigaciones del Forest Service de los Estados Unidos de América en 1915 y de Miller en 1917. Al analizar los efectos de distintos tipos de cobertura vegetal, la rotación de cultivos sobre escorrentías y la erosión en parcelas experimentales (Miller, 1946). Estos estudios se complementaron con la investigación de la importancia del impacto de la gota de lluvia sobre el suelo desprovisto de cobertura vegetal, realizada por Laws en 1940 y Ellison en 1947 (Ellison, 1947). El primer modelo que consideró de manera conjunta los parámetros 32

de la cubierta vegetal (C), longitud de la pendiente (L), la inclinación de la pendiente (S), el valor de la precipitación (P30), así como la erodabilidad del suelo (e) fue el de Musgrave desarrollado en 1947. El Forest Service y el Soil Conservation Service trabajaron durante cuarenta años aproximadamente para mejorar los métodos previos, dando como resultado el modelo del USLE, desarrollado principalmente por Wischmeier y Smith en 1978 (Renard et al., 1997).

El modelo USLE evolucionó conforme se desarrollaron investigaciones y prácticas de estimación de la erosión, generando así la RUSLE. Aunque basado en los seis factores de USLE, el método RUSLE varía del USLE en lo siguiente: una aproximación que toma en cuenta la variación temporal en el cálculo del factor K; una nueva ecuación para calcular el factor LS; una aproximación subfactorial para evaluar el manejo de la vegetación, y nuevos valores a las prácticas de conservación (MSU, 2017).

2.8.

Aplicaciones del modelo RUSLE

Se ha considerado que el modelo RUSLE (Wischmeier, 1978), hasta el momento, representa la metodología más idónea para el cálculo de las pérdidas de suelo por erosión hídrica en cuencas hidrográficas (Ríos, 2018), por ello, se ha utilizado esta metodología para la evaluación de la pérdida de suelo en la cuenca del río Chota donde se evidencian cambios del uso del suelo. Las diferencias y/o similitudes de la aplicación del modelo RUSLE comparado con otros estudios se mencionan a continuación.

En el año 2001 se aplicaron los modelos USLE/RUSLE para estimar la pérdida de suelo en la cuenca del río de La Plata, en Uruguay (Clérici y García, 2001). El factor R se obtuvo de un mapa previamente trabajado de isoerodentas (líneas que unen áreas de lluvias igualmente erosivas). El factor K se obtuvo a partir de las 99 unidades de Reconocimiento de Suelos. Los factores LS y C se tomaron de la literatura de Renard et al. (1997). Los autores mencionan que, aunque la USLE fue diseñada para el cálculo de la erosión hídrica en parcelas individuales, la ecuación

33

se puede adaptar para estimar la erosión en cuencas mediante la inclusión de información de escurrimientos hidrológicos (Clérici y García, 2001).

Bonilla, Reyes, y Magri (2012) estimaron la erosión actual en el condado de Santo Domingo en Chile mediante la aplicación del modelo RUSLE, a través de la integración de los factores que condicionan la erosión a un SIG (Sistemas de Información Geográfica), utilizando la cobertura vegetal actual y tres escenarios hipotéticos de cobertura. Bajo el escenario actual, el 39.7% del condado tuvo tasas de pérdida de suelo bajas (<0.1 t/ha/año), el 39.8% presentó tasas intermedias (0.11.0 t/ha/año) y el 10.4% tuvo tasas altas de pérdida de suelo (> 1.1 t/ha/año). Bajo los escenarios hipotéticos de cobertura vegetal recomendada, el 89.3% del condado presentó tasas de erosión baja y el resto de la superficie erosión moderada (Bonilla et al., 2012).

En 2014 se estimó la erosión actual y potencial de los suelos del Parque Natural Sierras de Cardeña y Montoro en el sur de España, mediante la aplicación de la RUSLE a través de un SIG. El factor R se calculó mediante el índice de Fournier (1960) modificado por Arnoldus (1978). Se calculó también el factor K y el factor LS mediante el método de Wischmeier y Smith (1978). El factor C se obtuvo mediante los valores expuestos por ICONA (1988). El factor P para el caso de la erosión potencial, se calculó con el método de Wischmeier y Smith (1978). En este estudio, se comprobó que la cubierta vegetal es el factor más determinante para el control de la erosividad de la lluvia (Lozano-García, 2017).

Salazar en el año 2016 propuso actuaciones para la restauración hidrológicaforestal y para la planificación de la cuenca hidrográfica del estero Potrerillos de la provincia del Guayas – Ecuador. Para llegar a esto, se determinaron las zonas de erosión potencial en la cuenca de recepción aplicando el modelo USLE. En este trabajo se compararon los resultados de amenaza por erosión hídrica generados por el proyecto de la Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo (SENPLADES), calculados mediante el método de jerarquías analíticas propuesto por Thomas Saaty y los resultados obtenidos utilizando el modelo USLE (Saaty, 1980). A través de este análisis, se logró demostrar que el modelo USLE 34

sobreestima la pérdida del suelo por erosión hídrica en aquellas zonas de mayor pendiente en comparación con el modelo utilizado por la SENPLADES (Salazar, 2016).

2.9.

Sedimentación

De acuerdo a Neitsch, Arnold, y Williams (2002), la erosión es el desgaste de un terreno con el tiempo. Esto involucra la separación, transporte, deposición de partículas del suelo por las fuerzas erosivas de las gotas de la lluvia, así como el flujo del agua en la superficie. El impacto de las gotas de la lluvia puede separar partículas de la tierra en superficies desprotegidas de tierra entre riachuelos, e iniciar el transporte de estas partículas hacia los drenajes menores. Desde los pequeños drenajes las partículas se mueven hasta los drenajes más grandes, luego hacia canales efímeros y posteriormente a los ríos. El arrastre y deposición de partículas puede ocurrir en cualquier punto a lo largo del cauce (Neitsch et al,, 2002).

La FAO sostiene que los modelos USLE y RUSLE fueron diseñados para predecir la erosión del suelo en pendientes como guía para la planificación de la conservación a nivel de predios. Sin embargo, combinándolos en un espacio geográfico, pueden usarse para estimar la producción de sedimentos en cuencas hidrográficas (FAO, 2018a).

2.10. Producción de Sedimentos por Erosión Superficial

La metodología de Gavrilovic (1988) estima la cantidad de material producido por erosión superficial en una cuenca y que es transportado a la sección del río que la define. Es un método que permite calcular el volumen de sedimento producido por erosión y transportado a la sección de cierre de la cuenca (G) como el producto de la producción media anual de sedimento por erosión superficial (W) y del coeficiente de retención de sedimentos (R), tal como se puede apreciar en la siguiente ecuación:

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đ?&#x2018;Ž [đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x;&#x2018;/đ?&#x2019;&#x201A;Ăąđ?&#x2019;?] = đ?&#x2018;ž â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;š

(11)

La expresiĂłn para determinar el volumen promedio anual erosionado de sedimento es: đ?&#x2018;ž [đ?&#x2019;&#x17D;đ?&#x;&#x2018;/đ?&#x2019;&#x201A;Ăąđ?&#x2019;?] = đ??&#x2026; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;ť â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2019;&#x2030; â&#x2C6;&#x2014; â&#x2C6;&#x161;đ?&#x2019; đ?&#x;&#x2018; â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;­

(12)

Donde: đ?&#x17E;š = 3.1416 T = coeficiente de temperatura, que se obtiene de: T = [(t/10) + 0.1]1/2 t = temperatura promedio anual [°C] h = precipitaciĂłn media anual [mm/aĂąo] F = superficie de la cuenca [km²] Z = coeficiente de erosiĂłn, cuya expresiĂłn es: Z = X*Y*(Ď&#x2020; + I)1/2 X = coeficiente de uso del suelo Y = coeficiente de resistencia del suelo a la erosiĂłn Ď&#x2020; = coeficiente que evalĂşa los procesos erosivos observados I = gradiente de la pendiente superficial [en %] Los valores de X, Y y Ď&#x2020; son coeficientes que representan, respectivamente, el grado de protecciĂłn del suelo dado por la vegetaciĂłn y la intervenciĂłn antrĂłpica, el grado de erodabilidad del suelo y el estado de inestabilidad de la cuenca.

En particular, el coeficiente Ď&#x2020; estĂĄ asociado a los procesos de erosiĂłn observados con valores que varĂ­an entre 1 y 0.1, de acuerdo con los tipos de erosiĂłn observada, el porcentaje de ĂĄrea de la cuenca afectada por el mismo y su gravedad. El parĂĄmetro X caracteriza el uso del suelo y adopta valores entre 0.05 y 1, de acuerdo con el uso del suelo y su cobertura vegetal. El parĂĄmetro Y indica la resistencia del suelo a ser erosionado, con valores entre 0.25 y 2 en funciĂłn de los tipos de suelo de la superficie.

36

En la metodologĂ­a desarrollada por Gavrilovic y Zemlijc, el coeficiente R indica la relaciĂłn entre el volumen de sedimento que efectivamente pasa por la secciĂłn de cierre de la cuenca y el volumen total de material producido por erosiĂłn superficial.

La expresiĂłn para el coeficiente de retenciĂłn de sedimentos es la siguiente (Zemljic, 1971): đ?&#x;?

đ?&#x2018;š = [(đ?&#x2018;ś â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;Ť)đ?&#x;? â&#x2C6;&#x2014; (đ?&#x2018;ł + đ?&#x2018;łđ?&#x2019;&#x160;)]/[(đ?&#x2018;ł + đ?&#x;?đ?&#x;&#x17D;) â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;­] (13)

Donde: O = perímetro de la cuenca [km] D = diferencia de nivel media en la cuenca [km] D = Dm - Dc Dm = cota media de la cuenca Dc = cota mínima de la cuenca Li = longitud total de los afluentes fluviales laterales [km] L = longitud de la cuenca por el talweg del cauce principal [km] F = superficie de la cuenca [km²]

Esta metodologĂ­a permite el cĂĄlculo de la producciĂłn anual de sedimentos en una cuenca a travĂŠs de una modelaciĂłn distribuida, expresada en funciĂłn de dos relaciones diferentes: el volumen promedio anual erosionado de sedimento (W) y el coeficiente de retenciĂłn de sedimentos (R). El mĂŠtodo permite cuantificar el proceso erosivo en funciĂłn de las caracterĂ­sticas morfolĂłgicas, geo-litolĂłgicas, vegetaciĂłn y uso del suelo, distribuciĂłn de precipitaciones y temperatura. La metodologĂ­a desarrollada ha sido empleada con ĂŠxito en cuencas alpinas, andinas y en otras zonas montaĂąosas, con buena concordancia entre los valores medidos y calculados (Andreazzini, 2014). En la tabla 4 se presentan las clases de intensidad de erosiĂłn.

37

Tabla 4. Clases para la intensidad de erosión Clases 1 2 3 4

Intensidad 0 – 0.05 0.05 – 0.2 0.2 – 1.0 >1.0

Categorías Bajo Moderado Alto Muy Alto

Fuente: Lenhart, Eckhardt, Fohrer, y Frede (2002)

En el estudio sobre Generación y Transporte de Sedimentos en la Cuenca Binacional del Río Bermejo (Argentina – Bolivia), la COBINABE (Comisión Binacional para el Desarrollo de la Alta Cuenca del Río Bermejo y el Río Grande de Tarija) (PROBER, 2010) aplicó la metodología de Gavrilovic para el cálculo de la producción de sedimentos por procesos lentos en cuencas de ríos de montaña. La cuenca del río Bermejo tiene una superficie aproximada de 123,000 km², desarrollándose sus nacientes en las provincias argentinas de Salta y Jujuy, y en el departamento de Tarija, en la República de Bolivia. El caudal líquido medio anual, aguas abajo de la unión del río Bermejo con el río San Francisco, fue de 446 m3/s, se encontró que la alta producción de sedimentos en la cuenca resulta el rasgo característico del río, que aporta 100 millones de toneladas anuales de sedimentos al sistema Paraguay-Paraná-Delta y río de la Plata.

En el estudio se comprobó la buena respuesta de la metodología de Gavrilovic para estimar la producción de sedimentos en diversas zonas de montaña de la cuenca, ya que la información básica hidrosedimentológica disponible en la cuenca, conformada por los registros del Sistema Nacional de Información Hídrica de la Subsecretaría de Recursos Hídricos de Argentina, se comparó con los resultados obtenidos en la estimación del material producido por erosión superficial que llega a 13 estaciones de aforo.

En la modelación de la producción de sedimentos a escala de cuenca en el sistema del Ludueña (Santa Fe, Argentina), se realizó el balance de sedimentos a escala temporal anual para establecer el orden de magnitud de los procesos de sedimentación a largo plazo en algunos sectores del sistema hidrológico del Ludueña, especialmente en la zona de la presa de retención de crecidas y en la zona del entubamiento cercana a la desembocadura en el río Paraná. En dicho 38

estudio, se presentรณ la formulaciรณn, implementaciรณn computacional y la aplicaciรณn de un modelo adecuado para evaluar la producciรณn de sedimentos mediante la RUSLE (Basile, Riccardi, y Stenta, 2005).

39

3.

3.1.

METODOLOGÍA

Ubicación del Área de Estudio

La cuenca del río Chota se encuentra ubicada en el norte del Ecuador, provincias de Imbabura y Carchi, formando parte de la cuenca binacional del río Mira con una superficie de 303,631 hectáreas (Figura 5). De acuerdo al Instituto Nacional de Estadística y Censos (INEC, 2018), la mayor concentración de habitantes se encuentra en los cantones Ibarra (188,013 hab.), Otavalo (108,915 hab.), Antonio Ante (45,117 hab.), Montúfar (31,865 hab.), Pimampiro (13,562 hab.) y Espejo (14,006 hab.), siendo la actividad económica agrícola – ganadera la predominante en la zona, concentrándose la industria y el comercio en los cantones antes mencionados (INEC, 2017).

Figura 5. Ubicación de la cuenca del río Chota

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En la tabla 5 se indican las coordenadas UTM, en el sistema WGS84 Zona 17 Sur, de los puntos extremos de la cuenca.

Tabla 5. Coordenadas de los puntos extremos de la cuenca PUNTO Norte Sur Este Oeste

COORDENADA COORDENADA X Y 836226 10083721 808320 10013492 871406 10065602 787159 10028041

ALTITUD msnm 4,096 3,902 4,017 3,518

En la Figura 6 se muestra la extensión espacial de la cuenca hidrográfica.

Figura 6. Cuenca del río Chota

41

3.2.

Descripción del Área de Estudio

3.2.1. Parámetros morfométricos de la cuenca

Los parámetros morfométricos de la cuenca tienen una relación importante y compleja con la infiltración de una parte de la precipitación en el suelo, la contribución del agua subterránea al flujo base, y el aporte del agua subsuperficial a la escorrentía. Son los factores que controlan el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia en los cauces de drenaje, y tienen una importancia directa en relación a las crecidas. En la tabla 6 se muestran los cálculos de los parámetros morfométricos obtenidos al aplicar la herramienta ArcHydro de ArcGIS.

Tabla 6. Parámetros morfométricos de la cuenca del río Chota 1.

2.

3.

4.

5.

1.

2.

3.

4.

5.

1.

2.

3.

4.

PARÁMETROS DE FORMA Área A = 303,631 ha Perímetro P = 315.82 km Longitud axial La = 37.71 km Ancho promedio Ap = 80,52 km Coeficiente de compacidad Kc = 1.60 PARÁMETROS DE RELIEVE Altitud mínima Hmín = 1,502 msnm Altitud máxima Hmáx = 4,864 msnm Desnivel altitudinal D = 3,362 msnm Altitud media Hmed = 2,908 msnm Pendiente media Pmed = 26.83% PARÁMETROS HIDROLÓGICOS Longitud del río principal L = 39.29 km Pendiente media del río principal Pmr = 4.66% Densidad de drenaje Dd = 0.53 km/km2 Tiempo de concentración Tc = 3.74 h

De acuerdo al coeficiente de compacidad la cuenca tiene una forma clasificada como de oval oblonga a rectangular oblonga. La pendiente media de la cuenca corresponde a un relieve montañoso. En general, el valor calculado de la densidad de drenaje corresponde a un valor medio que indica la presencia de suelos fácilmente erosionables y la existencia de áreas con escasa cobertura vegetal (Villón, 2002). Según el tiempo de concentración calculado, el tiempo de viaje de una gota de agua de lluvia que escurre superficialmente desde el lugar más lejano de la cuenca hasta el punto de salida tardaría 3.74 horas.

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3.2.2. Aspectos climáticos

La cuenca del río Chota está ubicada en los pisos altitudinales Pre Montano, Montano Bajo, Montano y Sub Alpino, caracterizados por presentar temperaturas medias anuales entre 6 y 18 °C. Las precipitaciones medias anuales varían entre 250 y 2,750 mm. De acuerdo a la clasificación climática de Pourrut (1995), la cuenca posee los climas Árido a Semiárido Mesotérmico, Seco a Semi-húmedo Mesotérmico, Húmedo Mesotérmico, Muy Húmedo Mesotérmico, y Húmedo Frío.

3.2.3. Geomorfolología

Los rasgos geomorfológicos influyen sobre la distribución de tasas de erosión dentro de la cuenca de drenaje. En la Tabla 7 se indican los tipos de relieve existentes en la cuenca.

Tabla 7. Tipos de relieve de la cuenca del río Chota PENDIENTES (%) 0-5 5 - 12 12 - 25 25 - 50 50 - 70 > 70

RELIEVE Plano Ligeramente ondulado Ondulado Montañoso Muy Montañoso Escarpado

ÁREA (%) 8.80 18.28 28.90 29.81 10.92 3.29

Según la tabla anterior, los tipos de relieve que predominan en la cuenca son: Ondulado y Montañoso ocupando el 28.90% y 29.81% del área total, respectivamente. El tipo de relieve de la cuenca favorece el desarrollo de una erosión fuerte y moderada, la cual se manifiesta en la ocurrencia de fenómenos de denudación por escurrimiento difuso y concentrado. Desde el punto de vista geomorfológico en la cuenca predominan las geoformas montañosas, colinosas y onduladas.

43

3.2.4. Aspectos relativos al suelo

En la Tabla 8 se indican los grandes grupos de suelos que existen en la cuenca, según la clasificación de la Soil Taxonomy del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, 2014).

Tabla 8. Tipos de suelos de la cuenca ORDEN Inceptisol Entisol Inceptisol Entisol Mollisol Entisol Mollisol Entisol Inceptisol Mollisol Mollisol Inceptisol Inceptisol Mollisol Inceptisol Mollisol

GRAN GRUPO SUPERFICIE (%) Eutrandept 0.21 Ustipsamment 0.29 Tropaquept 0.30 Torripsamment 1.31 Argiudoll 1.49 Troporthent 2.27 Argiustoll 2.98 Ustorthent 3.80 Dystropept 4.07 Haplustoll 4.33 Duriudoll 5.68 Vitrandept 5.85 Hydrandept 6.60 Hapludoll 9.32 Dystrandept 21.51 Durustoll 29.89

En la tabla anterior se observa que los tipos de suelo que predominan en la cuenca son: Dystrandept (Inceptisoles) y Durustoll (Molisoles) ocupando el 21.51% y 29.89% del área total, respectivamente. Los Inceptisoles son suelos jóvenes con un desarrollo incipiente que se forman en una amplia variedad de climas, excepto en un ambiente árido, presentan agua disponible para las plantas por más de medio año o por más de tres meses consecutivos durante la época seca (USDA, 2014).

Los Molisoles son suelos muy productivos, con un epipedón mólico pardo muy oscuro o negro, estos suelos se encuentran en pastizales naturales (USDA, 2014).

44

3.2.5. Zonas de vida según la clasificación de Holdridge

Según la clasificación de Holdridge, en la cuenca existen las zonas de vida denominadas como: Estepa espinosa Montano Bajo (eeMB), Bosque seco Montano Bajo (bsMB), Bosque húmedo Montano Bajo (bhMB), Bosque húmedo Montano (bhM) y Páramo pluvial Sub Alpino (ppSA), localizadas en altitudes comprendidas entre 1,500 y 4,800 msnm (Holdridge, 1987).

3.2.6. Uso del suelo y cobertura vegetal

En la Tabla 9 se indican las categorías de uso del suelo y cobertura vegetal de la cuenca, según la información del Mapa de Cobertura y Uso de la Tierra elaborado por el MAE-MAGAP (SNI, 2017).

Tabla 9. Uso del suelo y cobertura vegetal año 2014 USO Y COBERTURA Área sin cobertura vegetal Infraestructura Cuerpos de agua Otras tierras agrícolas Plantación forestal Área poblada Cultivo permanente Cultivo semi-permanente Mosaico agropecuario Bosque nativo Cultivo anual Vegetación arbustiva Páramo Pastizal

ÁREA (%) 0.08 0.09 0.64 0.71 0.86 1.35 1.62 1.98 10.93 11.80 14.29 14.71 17.47 23.46

Las categorías de uso del suelo y cobertura vegetal que predominan en la cuenca son: Cultivos anuales, vegetación arbustiva, páramo y pastizales ocupando el 14.29%, 14.71%, 17.47 y 23.46% del área total, respectivamente.

45

3.3.

Flujograma de la Metodología Aplicada

En el presente estudio se analiza la erosión hídrica y la producción de sedimentos en la cuenca del río Chota. La metodología implementada consiste en aplicar un modelo geoespacial cuantitativo desarrollado con un Sistema de Información Geográfica, apoyado en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Modificada (RUSLE). La cuantificación de sedimentos se basa en la metodología propuesta por Basile et al. (2005) que considera que el suelo erosionado dentro de una cuenca hidrográfica es transportado hacia otras partes dentro del perímetro de la misma.

Una parte del suelo que se erosiona es depositado en zonas bajas y otra parte sale de la cuenca en forma de carga de sedimentos (Basile et al., 2005). La validación del modelo se realizó mediante la comparación de los resultados modelados con los datos de aforos sólidos de las estaciones del INAMHI - Ecuador.

Se aplicó el modelo RUSLE debido a la ventaja que tiene en la integración con un SIG a partir de fuentes de información disponibles. Para evaluar el proceso de erosión hídrica e identificar áreas con erosión potencial en la cuenca hidrográfica en estudio, esta metodología es la más adecuada en comparación con trabajos anteriores, debido a que es un modelo matemático que permite estimar la erosión hídrica mediante diferentes factores utilizando como herramienta principal los SIG, para cumplir con los objetivos planteados y generar información con fines de manejo del recurso suelo (Clérici y García, 2001; Bonilla et al., 2012; LozanoGarcía, 2017; Salazar, 2016). El modelo RUSLE no fue diseñado para estimar la producción de sedimento en pendientes complejas de grandes cuencas hidrográficas donde puede ocurrir sedimentación, por esta razón los datos de sedimentos del INAMHI se complementaron con las tasas de erosión hídrica estimadas para evaluar el proceso de sedimentación en la cuenca.

En la Tabla 10 se detallan los datos y fuentes utilizadas.

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Tabla 10. Datos de entrada del flujograma del proceso de modelación

Variables Cartografía base Datos de precipitación Cartografía de tipos de suelos Modelo digital de elevación Cartografía de uso del suelo Datos de estaciones hidrométricas

Fuentes IGM INAMHI SNI - SIGAGRO USGS MAG – MAE, IEE INAMHI

Año de publicación 2010 2014 2014 2018 2014 2018

El flujograma del proceso de modelación, usando el modelo de erosión RUSLE se muestra en la Figura 7. El flujograma explica las entradas, procesos, salidas y productos para estimar la erosión hídrica en la cuenca en estudio. El modelo utiliza 5 procesos fundamentales los cuales necesitan 5 parámetros de entrada, tal como se aprecia en la siguiente figura:

47

Figura 7. Flujograma para generar los factores del modelo RUSLE

48

3.4.

DeterminaciĂłn de los Factores del Modelo RUSLE

Para la realizaciĂłn del presente estudio, se utilizaron los criterios establecidos en la metodologĂ­a del modelo paramĂŠtrico RUSLE.

La ecuaciĂłn (1) se utilizĂł para determinar la erosiĂłn actual. En la cuenca hidrogrĂĄfica se considerĂł que el factor P tendrĂ­a valores cercanos a cero si el suelo no estĂĄ siendo erosionado debido a las prĂĄcticas mecĂĄnicas de conservaciĂłn; y cuando tiende al valor de 1, indicarĂ­a que se tiene la erosiĂłn mĂĄxima debido a que el tipo de prĂĄcticas agrĂ­colas que se emplean en el ĂĄrea de estudio no mitigan los efectos de las actividades agrĂ­colas en suelos con pendientes montaĂąosas. En el caso de la estimaciĂłn de la erosiĂłn potencial (EP), en funciĂłn de un suelo desprovisto de cobertura vegetal y sin prĂĄcticas de conservaciĂłn, se expresĂł de la siguiente manera: đ?&#x2018;Źđ?&#x2018;ˇ = đ?&#x2018;š â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;˛ â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;łđ?&#x2018;ş

(14)

Se estimĂł la erosiĂłn actual y potencial de la cuenca calculando los factores de la erosiĂłn segĂşn los siguientes criterios: el factor R se calculĂł mediante la EcuaciĂłn de Arnoldus citado por Jordan y Bellinfante (2000). El valor de la erodabilidad de la lluvia (factor K) se obtuvo mediante la ecuaciĂłn 5. El valor de la longitud de la pendiente se calculĂł mediante el empleo de SIG y un MDE (Modelo Digital de ElevaciĂłn).

El proceso metodolĂłgico se realizĂł en tres fases principales: recolecciĂłn de datos, integraciĂłn de datos a un SIG, y anĂĄlisis geoespacial de las capas raster para cada factor del modelo RUSLE realizando una multiplicaciĂłn de las capas dando como resultado un mapa de niveles erosivos para la cuenca hidrogrĂĄfica. Para el anĂĄlisis de la erosiĂłn hĂ­drica se empleĂł informaciĂłn temĂĄtica y grĂĄfica mediante SIG. Se procediĂł a recopilar informaciĂłn mediante trabajos de campo y ademĂĄs se usaron datos de estudios anteriores relacionados con los factores de la EcuaciĂłn Universal de PĂŠrdida del Suelo (R, K, LS, C, P), siendo necesario la adquisiciĂłn de informaciĂłn temĂĄtica de instituciones estatales como son: Ministerio de Agricultura 49

y Ganadería (tipos de suelos) (MAG, 2018); Instituto Espacial Ecuatoriano (usos del suelo) (IEE, 2018); Instituto Geográfico Militar (cartografía base) (IGM, 2018); e Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (precipitación) (INAMHI, 2018). Esta información fue ordenada, codificada y almacenada en una base de datos. Una vez obtenida la información alfanumérica se procedió a realizar diferentes procesos como: interpolación mediante el modelo Kriging para determinar indirectamente la distribución espacial del factor R (Páez, 1989), intersección y edición de tablas de atributos, entre otros. Cada uno de los procesos aplicados permitió generar cartografía de erosión de la cuenca hidrográfica.

La elaboración de cartografía de erosión hídrica se realizó en cuatro fases principales:

En la primera fase, a partir de la información temática, se realizaron diferentes procesos digitales como delimitación automática de la cuenca hidrográfica a partir de los archivos raster de dirección y acumulación de flujo (ver Anexos 1 y 2), interpolación empleando el método Kriging para determinar la distribución espacial de la precipitación media mensual (ver Anexo 4) (Demey y Pradere, 2019), intersección, concatenación, edición de tablas de atributos, entre otros, utilizando el software ArcGIS.

En la segunda fase, se obtuvieron los diferentes factores del modelo RUSLE. En la tercera fase, se aplicó la multiplicación de los factores del modelo mediante la técnica de álgebra de mapas mencionada por Tomlin (1990) en un SIG.

La dinámica del transporte de sedimentos en cualquier punto de la cuenca fue modelada mediante la ecuación de balance de masa para caudal sólido, similar a la utilizada para el flujo cinemático (Ecuación 11) (Gavrilovic, 1988).

3.4.1. Cálculo del índice de erosividad (Factor R)

El cálculo del factor R se realizó empleando los datos de precipitación media mensual y anual de las estaciones meteorológicas y pluviométricas del INAMHI 50

usando la Ecuación (4) (ver Anexo 4). En la figura 8 se indica la ubicación de las estaciones utilizadas. Para calcular el índice de erosividad de la lluvia, se generó mediante la interpolación Kriging 12 capas raster con resolución espacial de 30 m que contienen la precipitación media mensual para una serie de 20 años (1988 – 2008) de manera que cada una de las capas corresponde con un mes, desde enero a diciembre. Para calcular el índice de erosividad de la lluvia se aplicó la Ecuación 4 del Índice Modificado de Fournier mediante la calculadora raster de ArcGIS.

Figura 8. Ubicación de estaciones meteorológicas y pluviométricas

3.4.2. Cálculo de la erodabilidad del suelo (Factor K)

Con el conjunto de los parámetros edáficos y propiedades físicas de los suelos de la cuenca proveídos en la cartografía de suelos del Sistema Nacional de Información y Gestión de Tierras Rurales e Infraestructura Tecnológica (SIGTIERRAS, 2018), se calcularon los valores de materia orgánica, código de la estructura, código de permeabilidad y producto de las fracciones del tamaño de las

51

partículas. En la Tabla 11 se indica el factor K obtenido de las clases de textura y el contenido de materia orgánica del suelo.

Tabla 11. Erodabilidad de los suelos (K) Textura Arena Arena fina Arena muy fina Limo Arcillo arenosa Arcillo limosa Arcilla

% de materia orgánica 0.0 – 0.5 0.5 – 2.0 2.0 - 4.0 0.005 0.003 0.002 0.016 0.014 0.010 0.042 0.036 0.028 0.060 0.052 0.042 0.014 0.013 0.012 0.025 0.023 0.019 0.013 – 0.029

Posteriormente, el promedio del factor K para cada suelo se calculó empleando la ecuación 5, mediante la aplicación de un SIG, obteniendo el raster de erodabilidad del suelo de la cuenca interpolado con el método geoestadístico Kriging, debido a que este método de interpolación probabilístico es superior, comparado con otros métodos, al predecir de una mejor manera la variación espacial de los parámetros edáficos (Villatoro, 2008).

3.4.3. Cálculo de los factores L y S

Para realizar el cálculo de los factores L y S, se obtuvo el MDE con resolución espacial de 30 m de la página https://earthexplorer.usgs.gov/. A partir de éste, se generó el raster de la pendiente (ø) del terreno, con el módulo Slope del software ArcGIS. La distribución espacial del subfactor S se obtuvo del raster de pendientes derivado del MDE aplicando las Ecuaciones 9 y 10. La longitud de la pendiente L (λ) definida como la proyección horizontal de la hipotenusa de la pendiente del terreno se calculó mediante la Ecuación 7.

3.4.4. Uso del suelo y cobertura vegetal (Factor C)

Los valores del factor C se asignaron a través de las tablas elaboradas por Wischmeier y Smith (1978) citados por Saborío (2002) a las clases del Mapa de Cobertura y Uso de la Tierra del Ecuador Continental a escala 1:100,000 del MAGAP-MAE (2015). El factor C se obtuvo con el archivo shapefile de uso del suelo 52

y cobertura vegetal realizando la clasificación de la información espacial mediante la Tabla 12.

Tabla 12. Factor vegetación (factor C) por tipo de cobertura Cobertura vegetal y uso de la tierra Bosque denso Bosque claro con subestrato herbáceo denso Bosque claro son subestrato herbáceo degradado Matorral denso Matorral claro con subestrato herbáceo denso Matorral claro con subestrato herbáceo degradado (abierto) Páramo Pastizal natural completo Pastizal natural pastoreado Pastizal cultivado (manejado) Terrenos desprovistos de vegetación Cultivos anuales de ciclo corto (1-6 meses) Cultivos anuales de ciclo largo (6 meses) Cultivos permanentes asociados (densos) Cultivos permanentes no densos Huertos de subsistencia Fuente: Saborío (2002)

3.5.

Factor C 0,003 – 0,01 0,003 – 0,01 0,01 – 0,1 0,003 – 0,03 0,003 – 0,03 0,03 – 0,10 0,003 – 0,04 0,03 – 0,01 0,04 – 0,20 0,003 – 0,04 0,90 – 1,0 0,30 – 0,80 0,40 – 0,90 0,01 – 0,3 0,10 – 0,45 0,30 – 0,90

Validación del Modelo RUSLE

La validación del modelo se realizó evaluando la precisión con que los datos simulados se correspondieron con los medidos, mediante métodos estadísticos. El ajuste de los datos simulados a los medidos se determinó en base de diferentes criterios, los cuales incluyeron el coeficiente de correlación (r), el índice de eficiencia de Nash-Sutcliffe (Nash y Sutcliffe, 1970).

La validación del modelo RUSLE se basó en la comparación de los resultados obtenidos con los datos de sedimentos de las estaciones hidrológicas del INAMHI, las mismas que están ubicadas dentro de la cuenca del río Chota, aportando de esta manera con aspectos metodológicos nuevos e innovadores en comparación con los estudios presentados en la revisión de literatura. Las estaciones hidrológicas utilizadas se indican en la Tabla 13 y en la Figura 9 se observa las áreas de drenaje de las estaciones.

53

Tabla 13. Estaciones hidrológicas NOMBRE

CÓDIGO

APAQUÍ A.J. CHOTA CHOTA EN PTE. CARRETERA AMBI D.J. CARIYACU BLANCO EN PTE. CARRETERA EL ÁNGEL EN PTE. AYORA

H-016 H-015 H-023 H-024 H-064

TIPO DE SENSOR RADAR RADAR RADAR

LATITUD

LONGITUD

0°29'49" N 0°28'34" N 0°22'21" N 0°14'56" N 0°38'15" N

77°50'55" W 78°04'32" W 78°12'50" W 78°18'07" W 77°57'6.5" W

Figura 9. Área de drenaje de las estaciones hidrológicas

3.6.

Identificación de la Distribución Espacial de las Áreas de Riesgo por Erosión del Suelo

A través de un SIG se generó un mapa de erosión hídrica potencial (EP) para el cual, aplicando la metodología de Sánchez, Mendoza, De la Cruz, Mendoza y Ramos (2013), se obtuvieron mapas de Precipitación media anual (PMA), Uso actual del suelo (UAS), Pendiente de las geoformas (PG) y Clases de suelos (CS).

La magnitud del riesgo de erosión provocada por cada factor fue categorizada mediante escalas numéricas. Mediante SIG se aplicó la calculadora raster de 54

ArcGIS a los mapas obtenidos, y se generó un mapa de erosión potencial (EP) en el cual se establecieron tres niveles de riesgo; Alto (A), Medio (M) y Bajo (B) identificando las poblaciones de la cuenca que serían posiblemente afectadas por fenómenos de erosión e inundación.

En las Tablas 14 y 15 se presentan los niveles de erosión utilizados para el análisis de resultados. Estos niveles de erosión permiten comparar la erosión actual y la erosión obtenida en otros trabajos empleando la misma metodología.

Tabla 14. Niveles de erosión del Mapa de erosión hídrica de la CAPV (Comunidad Autónoma del País Vasco) Pérdidas de suelo Interpretación (t/ha/año) 0 Zonas no susceptibles al proceso erosivo, como puedan ser espacios urbanos, carreteras, y cuerpos de agua.

0-5 Zonas con niveles de erosión muy bajos y pérdidas de suelo tolerables. No existe erosión neta.

5 - 10 Zonas con niveles de erosión bajos y pérdidas de suelo que pueden ser tolerables. Probablemente no existe erosión neta.

10 - 25 Zonas con procesos erosivos leves. Existe erosión, aunque no es apreciable a simple vista.

25 - 50 Zonas con procesos erosivos moderados. Existe erosión aunque no es apreciable a simple vista.

50 -100 Zonas con procesos erosivos graves. Existe erosión y es apreciable a simple vista.

100 - 200 Zonas con procesos erosivos muy graves. Existe erosión y es apreciable a simple vista. > 200 Zonas con procesos erosivos extremos. Existe erosión y es evidente a simple vista.

Fuente: Gobierno Vasco (2005)

Tabla 15. Niveles erosivos Pérdidas de suelo (t/ha/año) 0-5 5 - 10 10 - 25 25 - 50 50 -100 100 - 200 > 200

Indicador del riesgo Bajo Medio Alto Muy Alto

Fuente: ICONA (1988)

55

3.7.

Producción de Sedimentos en la Cuenca

Se aplicó la Ecuación 11 para estimar la cantidad de material producido por erosión superficial en la cuenca y que es transportado a la sección del río Chota. Es un método que permite calcular el volumen de sedimento producido por erosión y transportado a la sección de cierre de la cuenca como el producto de la producción media anual de sedimento por erosión superficial y del coeficiente de retención de sedimentos.

La producción de sedimentos (G) en una cuenca, sintetiza la compleja interrelación entre aspectos geológicos, geomorfológicos, climáticos, bióticos y de uso del suelo, y es una de las principales variables que definen la morfodinámica de los cursos de agua que son colectores de sedimentos. Ante la complejidad de efectuar mediciones directas, G se estimó mediante técnicas de predicción, como la ecuación de Gavrilovic, que relaciona coeficientes de producción (W) y de retención (R) de sedimentos. Esta metodología fue aplicada en la cuenca del río Chota empleando las Ecuaciones 12 y 13 en un SIG.

56

4.

4.1.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Resultados

El resultado de los parámetros del modelo RUSLE como promedio de la pérdida anual de suelo se presenta en este capítulo de la siguiente manera.

4.1.1. Factores del modelo RUSLE y evaluación del proceso de erosión hídrica en la cuenca hidrográfica

Se realizó la estimación de la pérdida de suelo promedio anual con base en la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (RUSLE) desarrollada por Wischmeier y Smith citados por Figueroa, Amante, y Cortés (1991). La ecuación aplicada a la cuenca fue un modelo de estimación, en el que la pérdida de suelo está expresada como masa por unidad de área por unidad de tiempo y es una función del efecto combinado de seis factores: Factor de erosividad de la lluvia (R); Factor de erosionabilidad del suelo (K); Factor longitud de pendiente (L); Factor grado de la pendiente (S); Factor manejo del cultivo (C) y Factor prácticas de conservación (P).  Índice de erosividad de la lluvia (Factor R)

La distribución de la precipitación mensual y anual promedio del área de estudio es el resultado de la interpolación de 24 estaciones meteorológicas y pluviométricas del INAMHI durante un período de 20 años (1988 – 2008). El valor del factor R varió según la distribución de la lluvia. En la tabla 16 se indica el cálculo del factor R en cada estación meteorológica y pluviométrica obtenido con la Ecuación 4, debido a que no se dispone de un registro continuo de las variaciones de intensidad de la lluvia durante los diferentes aguaceros; en la Figura 10 se muestra la distribución espacial del factor R, el valor promedio calculado para toda la cuenca fue de 331.99 MJ*mm/ha*h*año.

57

Tabla 16. Precipitación media anual y erosividad de la lluvia (R) NOMBRE

CÓDIGO PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL (mm) M0001 INGUINCHO 1340.8 M021 ATUNTAQUI 686.1 M1240 IBARRA AEROPUERTO 624.1 M102 EL ANGEL 979.3 M0103 SAN GABRIEL 963.1 M0105 OTAVALO 871.6 M305 JULIO ANDRADE 1203.1 M310 MARIANO ACOSTA 1292.1 M314 AMBUQUI 474.3 M315 PIMAMPIRO 550.1 M317 COTACACHI - HDA. ESTHER 1415.9 M321 TOPO-IMBABURA 919.5 SAN FRANCISCO DE SIGSIPAMBA M324 1065.1 M328 HDA. LA MARIA-ANEXAS 1077.0 M084 BOLIVAR-CARCHI INAMHI 738.4 M307 GRUTA LA PAZ 785.6 M316 ZULETA 1464.7 M319 SAN RAFAEL DEL LAGO 905.2 M322 CAMBUGAN 1424.0 M323 ACHUPALLAS-IMBABURA 1236.4 MIRA-FAO GRANJA LA PORTADA M104 502.2 M526 CAJAS-MOJANDA 1195.3

FACTOR R MJ*mm/ha*h*año 484.91 274.95 238.79 308.42 304.79 324.82 363.87 363.68 169.42 190.21 441.83 351.73 317.99 369.42 231.54 241.85 475.81 325.73 488.88 448.06 180.06 407.08

58

Figura 10. Distribución espacial del índice de erosividad (Factor R)

En la figura anterior se observa que los valores más altos del factor R se localizan en las partes altas de las subcuencas de los ríos Ambi y Tahuando, coincidiendo con los valores más altos de precipitación.  Índice de erodabilidad del suelo (Factor K)

La erodabilidad del suelo está influida por algunas de sus propiedades, tales como distribución del tamaño de las partículas primarias, materia orgánica, estructura del suelo, y contenido inicial de humedad. Con base a las unidades edáficas identificadas dentro de la cuenca se obtuvieron los valores estimados del factor K para el tipo del suelo en función de la textura y contenido de materia orgánica, y se muestran en la Tabla 17. El factor de erodabilidad fue derivado del mapa de tipos de suelos de la cuenca con la aplicación de ArcGIS. En la Tabla 18 se presentan los valores de erodabilidad del suelo (K) estimados en función de las unidades de suelo y textura, y en la Figura 11 se muestra la distribución espacial del factor K.

59

Tabla 17. Parámetros edáficos y propiedades físicas de los suelos de la cuenca Suelo

Eutrandept Ustipsamment Tropaquept Torripsamment Argiudoll Troporthent Argiustoll Ustorthent Dystropept Haplustoll Duriudoll Vitrandept Hydrandept Hapludoll Dystrandept Durustoll

Materia orgánica (mo) (%) 7 0.5 3 1.5 3 3 3 0.5 7 3 3 1.5 3 7 3 3

Código Código de de la permeabilidad estructura (p) (s) 3 3 4 2 3 4 4 2 2 5 4 2 2 5 1 5 3 3 3 3 2 5 4 2 2 3 3 3 3 3 3 4

Producto de las fracciones del tamaño de las partículas (M) 3,600 6,400 4,900 6,400 2,500 6,400 2,500 2,500 3,600 3,600 2,500 6,400 3,600 3,600 3,600 4,900

Tabla 18. Valores de erodabilidad del suelo SUELO Eutrandept Ustipsamment Tropaquept Torripsamment Argiudoll Troporthent Argiustoll Ustorthent Dystropept Haplustoll Duriudoll Vitrandept Hydrandept Hapludoll Dystrandept Durustoll

K (t*ha*h)(ha*MJ*mm)-1 0.0421 0.0520 0.0744 0.0519 0.0647 0.0519 0.0647 0.0227 0.0421 0.0421 0.0647 0.0519 0.0100 0.0421 0.0421 0.0744

En la Figura 11 se indica la distribución espacial del índice de erodabilidad (Factor K). Se observa que los valores más altos del factor K se localizan mayormente en

60

los suelos de la parte media de la cuenca, correspondiendo a suelos degradados del valle del río Chota.

Figura 11. Distribución espacial del índice de erodabilidad (Factor K)

 Factores topográficos (LS)

La topografía del terreno de la cuenca ha afectado el proceso de erosión y está representada por el factor LS. La relación entre erosión y factor LS es directamente proporcional, es decir, los resultados demostraron que la erosión se incrementaba conforme aumentaba la longitud del terreno en el sentido de la pendiente (factor L) y cuando la inclinación del terreno también aumentaba (factor S).

En la Figura 12 se muestra la distribución espacial del factor LS. Se observa que los valores más altos del factor LS se localizan mayormente en pendientes muy montañosas y escarpadas de la cuenca. Es necesario recordar que los factores LS son adimensionales.

61

Figura 12. Distribución espacial de los Factores LS

 Índice de cobertura vegetal (Factor C)

El parámetro de cobertura vegetal representó la capacidad de la vegetación para impedir el arrastre de sedimentos, es decir, que si el suelo permanece sin cobertura vegetal durante la época de lluvias la capacidad de desprendimiento y arrastre del material es más alta que si tuviese algún tipo de cobertura. Dentro del modelo RUSLE el parámetro C representó un factor de reducción de erosión y es adimensional. Debido a que en la cuenca se presenta una alta intensidad de uso agropecuario, la determinación del factor C se derivó del Mapa de uso del suelo y cobertura vegetal elaborado por el MAGAP-MAE (2015), donde se emplearon imágenes satelitales Landsat 5 TM y Landsat 7 ETM del período 2013-2014 (ver Anexo 3). En la clasificación supervisada de las imágenes la matriz de contingencia dio una precisión de 85.11% y un coeficiente Kappa de 0.76, calificado como considerable. En la Tabla 19 se presenta el cálculo del valor C para cada tipo de uso del suelo y cobertura vegetal. En la Figura 13 se muestra la distribución espacial del factor C. 62

Tabla 19. Uso del suelo y cobertura vegetal y valores correspondientes del factor C TIPO DE COBERTURA Área sin cobertura vegetal Infraestructura Cuerpos de agua Otras tierras agrícolas Plantación forestal Área poblada Cultivo permanente Cultivo semi-permanente Mosaico agropecuario Bosque nativo Cultivo anual Vegetación arbustiva Páramo Pastizal

VALOR DE C 1.00 0.00 0.00 0.40 0.03 0.00 0.40 0.20 0.40 0.01 0.25 0.08 0.03 0.13

En la Figura 13 se presenta la distribución espacial del Factor C. Se observa que los valores más altos del factor se localizan mayormente en suelos con escasa cobertura vegetal, especialmente en los sitios aledaños a las cabeceras cantonales de Mira, Atuntaqui, Cotacachi y Otavalo.

63

Figura 13. Distribución espacial del factor C

 Prácticas de manejo (Factor P)

En la cuenca hidrográfica del Chota no se han observado prácticas de manejo del recurso suelo por lo que se asumió que el factor P tiene un valor de 1.

4.1.2. Aplicación de la ecuación RUSLE

En la Figura 14 se presenta la distribución espacial del modelo RUSLE, obteniéndose los siguientes valores de erosión hídrica potencial:

64

Figura 14. Distribución espacial de la erosión hídrica potencial

Se observa en la figura anterior que los valores más altos de la erosión potencial se localizan mayormente en las partes bajas y medias de las subcuencas de los ríos Ambi y Tahuando.

En la Figura 15 se indica la distribución espacial de la erosión hídrica actual.

65

Figura 15. Distribución espacial de la erosión hídrica actual

En la figura anterior se observa que los valores más altos de la erosión actual se ubican en pequeñas extensiones de la parte alta de la cuenca.

La Tabla 20 muestra los valores calculados para la erosión potencial y erosión actual de la cuenca de estudio.

Tabla 20. Erosión potencial y actual en la cuenca del río Chota EROSIÓN Potencial Actual

MEDIA ANUAL (t/ha)

TOTAL ANUAL (t)

334.07

101,434,008.17

46.72

14,185,640.32

La Tabla 21 muestra los rangos de erosión hídrica actual y sus correspondientes superficies.

66

Tabla 21. Erosión actual en la cuenca del río Chota Rangos (t/ha/año) < 10 10 - 50 50 - 200 > 200 Total

Superficie (ha) 921.83 1099.76 942.23 43,69 3007,51

4.1.3. Validación del modelo RUSLE

En las figuras 16 a 20 se observa que los valores más altos de la erosión hídrica se ubican en los drenajes y quebradas con pendientes muy montañosas y escarpadas.

En la Figura 16 se presenta la distribución espacial del modelo RUSLE en la cuenca aportante de la estación Chota (H015) con un área de drenaje de 123,526.89 ha, obteniéndose los siguientes valores:

Figura 16. Distribución espacial de la erosión hídrica en el área de drenaje de la estación Chota

En la figura anterior se observa que los valores más altos de la erosión hídrica se ubican en las quebradas con pendientes muy montañosas y escarpadas.

67

En la Figura 17 se indica la distribución espacial del modelo RUSLE en la cuenca aportante de la estación El Ángel (H064) con un área de drenaje de 12,379.94 ha, donde se observa que las pérdidas más altas de suelo por erosión hídrica se localizan en la parte baja de la cuenca aportante de la estación hidrológica.

Figura 17. Distribución espacial de la erosión hídrica en el área de drenaje de la estación El Ángel

En la Figura 18 se indica la distribución espacial de las pérdidas de suelo por erosión hídrica obtenida con el modelo RUSLE en la cuenca aportante de la estación Apaquí (H016) que tiene un área de drenaje de 71,111.48 ha, donde se observa que las pérdidas más altas de suelo por erosión hídrica se distribuyen en la cuenca aportante de la estación hidrológica.

68

Figura 18. Distribución espacial de la erosión hídrica en el área de drenaje de la estación Apaquí

En la Figura 19 se indica la distribución espacial del modelo RUSLE en la cuenca aportante de la estación Ambi (H023) que tiene un área de drenaje de 51,606.53 ha, donde se observa que las pérdidas de suelo con valores mayores a 25 t/ha/año se distribuyen en la cuenca aportante de la estación hidrológica.

69

Figura 19. Distribución espacial de la erosión hídrica en el área de drenaje de la estación Ambi

En la Figura 20 se indica la distribución espacial del modelo RUSLE en la cuenca aportante de la estación Blanco (H024) con un área de drenaje de 9,195.87 ha, donde se observa que las pérdidas de suelo con valores mayores a 25 t/ha/año se distribuyen en la cuenca aportante de la estación hidrológica.

70

Figura 20. Distribución espacial de la erosión hídrica en el área de drenaje de la estación Blanco

En la Tabla 22 se muestran los valores calculados de erosión en las estaciones hidrológicas. Estos valores son el resultado del producto entre el área de drenaje de la estación y la erosión media.

Tabla 22. Erosión media y total anual en las áreas de drenaje asociadas a las estaciones hidrológicas ESTACIÓN Chota en Pte. Carretera El Ángel en Pte. Ayora Apaquí A.J. Chota Ambi D.J. Cariyacu Blanco en Pte. Carretera

ÁREA DE DRENAJE (ha) 123,526.89 12,379.94 71,111.48 51,606.53 9,195.87

EROSIÓN MEDIA (t/ha/año) 33.09 5.34 24.24 5.35 3.87

EROSIÓN TOTAL (t/año) 4,087,504.79 66,108.88 1,723,742.28 276,094.94 35,588.02

En la Tabla 23 se muestran los promedios de los aforos de sedimentos realizados por el INAMHI en las estaciones hidrológicas para el período 1995-2015

71

Tabla 23. Registro de aforos de sedimentos en suspensión (1995 – 2015) ESTACIONES

CÓDIGO

Apaquí A.J. Chota Chota en Pte. Carretera Ambi D.J. Cariyacu Blanco en Pte. Carretera El Ángel en Pte. Ayora

H-016 H-015 H-023 H-024 H-064

CAUDAL (m3/s) 11.93 42.89 5.20 2.53 2,53

CONCENTRACIÓN DIARIA (kg/m3) 4.97 2.40 0.87 0.21 1.05

GASTO SÓLIDO (kg/s) 59.29 102.94 4.52 0.53 2.66

Fuente: Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (2018)

En la Tabla 24 se indican los gastos sólidos registrados en las estaciones hidrológicas.

Tabla 24. Gastos sólidos registrados en las estaciones hidrológicas ESTACIONES Apaquí A.J. Chota Chota en Pte. Carretera Ambi D.J. Cariyacu Blanco en Pte. Carretera El Ángel en Pte. Ayora

GASTO SÓLIDO (t/año) 1,073,783.35 3,246,315.84 142,542.72 16,714.08 83,885.76

GASTO SÓLIDO (t/ha/año) 15.10 26.28 2.76 1.82 6.78

En la Tabla 25 se indican los valores de erosión hídrica modelada y medida.

Tabla 25. Erosión hídrica modelada y erosión hídrica medida Cuenca aportante

Apaquí A.J. Chota Chota en Pte. Carretera Ambi D.J. Cariyacu Blanco en Pte. Carretera El Ángel en Pte. Ayora

Erosión hídrica modelada t/ha/año 24.24 33.09 5.35 3.87 5.34

Erosión hídrica medida t/ha/año 15.10 26.28 2.76 1.82 6.78

En la Figura 21 se observa una relación positiva entre los valores modelados y observados (r2 = 0.9482), es decir, existe una correlación de 90% entre los datos de erosión modelada vs los datos de erosión medida, representando un valor muy bueno para un modelo de erosión, debido a que valores de r2 mayores o iguales a 0.50 son tomados como aceptables dada la variabilidad de los datos medidos de erosión (Zhang, Nearing, Risse y McGregor, 1996).

72

Figura 21. Erosión hídrica modelada vs erosión hídrica medida

4.1.4. Distribución espacial de las áreas de riesgo de erosión potencial del suelo

En la Figura 22 se presenta la distribución espacial de las zonas con riesgo de erosión basado en la erosión potencial hídrica de la cuenca.

73

Figura 22. Distribución espacial de las zonas con riesgo de erosión hídrica

4.2.

Análisis de Resultados

4.2.1. Comparación de resultados obtenidos y metodología empleada con trabajos de otros autores

Santos y Castro (2012) realizaron la cuantificación del proceso erosivo en los suelos de los Andes Ecuatorianos con base al cálculo de tasas de erosión, utilizando la metodología de Stehlik (1970) en función de factores climáticos, litológicos, edáficos, pendientes, longitud de la pendiente y cobertura vegetal. La aplicación de la metodología determinó 5 rangos de tasas de erosión: 0-32; 33-80; 81-148; 149270; y 271-824 mm/año.

En la parroquia San José de Minas (Pichincha), en la microcuenca del río Perlaví (Campaña, 2015), se realizó el cálculo de la erosión hídrica aplicando la ecuación universal de pérdida de suelo (RUSLE) con el uso de sistemas de información geográfica referente a los factores erosividad de la lluvia, erodabilidad del suelo, 74

longitud e inclinación de la pendiente, cobertura del suelo y prácticas de manejo.

Después de procesar la información se obtuvieron tasas de erosión menores a 10 t/ha/año determinada como erosión leve, la cual posee 8,418 hectáreas, equivalente al 99.23 % del área de la microcuenca.

Salazar (2016) aplicó el modelo USLE en la cuenca del estero Potrerillos (Guayas) y concluyó que la cuenca se encuentra en un estado no aceptable frente a la erosión, produciéndose una erosión moderada (entre 10 y 50 t/ha/año) en un 32.36% de la superficie total, una erosión alta (entre 50 y 200 t/ha/año) en un 8.96% y una erosión muy alta (superior a 200 t/ha/año) en un 13.73%.

López (2017) obtuvo resultados de pérdidas potenciales de erosión hídrica en la unidad hidrográfica del río Ambato (Tungurahua) para el año 2014 en los siguientes rangos: Ninguna o ligera representado el 65.51%, moderada representado el 24.88%, alta representado el 9.21% y muy alta con el 0.40%.

En el presente trabajo se realizó el cálculo de pérdida de suelo por erosión hídrica aplicando el modelo RUSLE con el uso de un SIG en la cuenca del río Chota referente a los siguientes factores: erosividad de la lluvia (R), erosionabilidad del suelo (K), longitud e inclinación de la pendiente (LS), cobertura del suelo (C) y prácticas de manejo (P). Se obtuvieron tasas medias de erosión potencial de 334.07 t/ha/año y erosión actual de 46.72 t/ha/año determinada como erosión moderada, la cual se extiende por una superficie de 1,973.10 hectáreas, equivalente al 65,60% del área de la cuenca. Comparando estos resultados con los trabajos anteriores realizados por Santos y Castro (2012), Campaña (2015), Salazar (2016) y López (2017) se evidencian los problemas de erosión hídrica que presentan la cuenca en estudio y las cuencas de Ecuador debido al mal manejo del recurso suelo. A diferencia de los resultados obtenidos por los autores mencionados, en el presente estudio los resultados de pérdida de suelo fueron validados con datos de sedimentos de las estaciones hidrométricas del INAMHI instaladas en la cuenca del río Chota, por lo que la validación del modelo fue lo nuevo o innovador, aportando de esta manera con una metodología que puede ser aplicada en cuencas hidrográficas que cuentan con instrumentos hidrometeorológicos.

75

4.2.2. Distribución espacial de la erosión hídrica potencial en la cuenca

En la Figura 23 se muestra la ubicación de la cuenca baja, cuenca media y cuenca alta delimitadas por las cotas de 2,000 y 3,000 msnm, la parte baja corresponde al piso altitudinal Pre Montano, la parte media al piso Montano Bajo, y la parte alta a los pisos Montano, Sub Alpino y Alpino. En la tabla 26 se indica el valor promedio de erosión hídrica potencial en las partes de la cuenca hidrográfica en estudio, los valores de erosión obtenidos concuerdan con los procesos geológicos de erosión que predominan en la parte alta, el transporte de material erosionado que ocurre en la parte media y la sedimentación de material que se produce en la parte baja, coincidiendo de manera similar a los resultados obtenidos en el estudio de producción de sedimentos en la cuenca montañosa del río Iruya (Argentina), donde se encontró que la variación espacial de los diferentes procesos de erosión en zonas de montaña, dependen de las características del paisaje, tales como la morfología, vegetación, uso del suelo, litología y climatología. El proceso de acción fluvial en la cuenca consiste en la erosión que se produce en el curso alto del río, transporte del material erosionado en el curso medio, y sedimentación en el curso bajo del río (Rafaelli, 1988).

76

Figura 23. Partes baja, media y alta de la cuenca

Tabla 26. Erosión hídrica potencial promedio en las partes baja, media y alta de la cuenca CUENCA BAJA

CUENCA MEDIA

CUENCA ALTA

1500 – 2000 msnm 2000 – 3000 msnm 3000 – 4800 msnm 51.84 t/ha/año

102,66 t/ha/año

181,26 t/ha/año

En la Figura 24 se observa la acumulación de sedimentos en la llanura de inundación del río localizada en la cuenca baja, sector El Chota. En la Figura 25 se observa el transporte de sedimentos sobre el puente del sector El Chota.

77

Figura 24. Acumulación de sedimentos en la llanura de inundación del río

Figura 25. Transporte de sedimentos sobre el puente del sector El Chota

4.2.3. Áreas expuestas a la erosión potencial

Morgan (1997) estima que la tasa máxima permisible cuando se habla de erosión del suelo es de 10 t/ha/año, ya que se calcula que esta es la velocidad a la que el suelo se genera, por lo que en toda cuenca cuyas pérdidas de suelo no superen las 10 t/ha/año no presentará pérdidas considerables debido a la erosión. Teniendo en cuenta este dato, en este estudio se ha considerado que las áreas de la cuenca 78

que estén expuestas a una erosión potencial mayor a 25 t/ha/año deberían de considerarse como potencialmente erosionables, ya que los usos del suelo existentes determinarán que se vean poco o muy afectadas por la erosión.

En la figura 26 se indica la ubicación de las áreas potencialmente erosionables de la cuenca, las mismas que ocupan una superficie de 2,751.20 km2 que equivale al 91.48% de la superficie total.

Figura 26. Áreas potencialmente erosionables de la cuenca

Los resultados alcanzados en el presente trabajo permiten afirmar que se cumplieron los objetivos planteados, con respecto a las preguntas de investigación ¿Cuáles son los factores del modelo RUSLE que más influencian el proceso de erosión hídrica de acuerdo a las condiciones propias de la zona de estudio? y ¿Cuáles son las zonas de mayor riesgo de erosión hídrica en la cuenca hidrográfica del río Chota?, se puede mencionar que los factores R y LS tienen mayor influencia en el proceso de erosión ya que alcanzaron valores máximos de 452.12 MJ*mm/ha*h*año y 48.28 respectivamente. Las zonas de mayor riesgo de erosión 79

corresponden a los sectores que presentan altas precipitaciones, fuertes pendientes del terreno y escasa cobertura vegetal, localizados en los cantones Bolívar, Espejo y Huaca de la provincia del Carchi y Pimampiro, Ibarra, Otavalo y Cotacachi de la provincia de Imbabura.

En relación a la hipótesis se comprobó que: Más del 50% de las áreas, correspondientes a las poblaciones de las provincias de Imbabura y Carchi, se encuentran en riesgo alto y muy alto por erosión hídrica de la cuenca del río Chota.

4.2.4. Zonas identificadas con procesos erosivos

En las Figuras 27 a 33 se visualizan las zonas con procesos erosivos identificados en los recorridos de campo, las mismas que concuerdan con las áreas de erosión del modelo y también con la clasificación del riesgo de erosión, lo que permitió corroborar la efectividad del modelo. Los cantones más afectados por el riesgo de erosión son:

1. Cantón Bolívar: Poblaciones de Bolívar, Los Andes, Cúnquer, San Vicente de Pusir 2. Cantón Pimampiro: Poblaciones de Pimampiro, El Juncal, Chalguayacu 3. Cantón Ibarra: Poblaciones de Ambuquí, El Chota

Figura 27. Zonas con procesos erosivos muy graves. Sector San Vicente de Pusir (Valle del Chota)

80

Figura 28. Zonas con procesos erosivos muy graves. Microcuenca La Merced (Valle del Chota)

Figura 29. Zonas con procesos erosivos muy graves. Parte baja de la cuenca hidrográfica del río Chota

Figura 30. Zonas con procesos erosivos moderados. Microcuenca del río Huaca (cantón Montúfar)

81

Figura 31. Zonas con procesos erosivos moderados. Microcuenca del río Tahuando (cantón Ibarra)

Figura 32. Zonas con procesos erosivos moderados. Microcuenca del río Itambí (cantón Ibarra)

Figura 33. Arrastre de sedimentos en el río Chota. Puente sobre el río, sector El Juncal

82

En la Tabla 27 se presentan los niveles de erosión encontrados en la cuenca que corresponden a una clasificación propia de este estudio. Las zonas con procesos erosivos graves ocupan una superficie que equivale al 21.45%, seguidas de las zonas con niveles de erosión muy bajos con una superficie equivalente al 21.00%.

Tabla 27. Niveles de erosión de la cuenca Pérdidas de suelo (t/ha/año) 0

0-5 5 - 10 10 - 25 25 - 50 50 -100

100 - 200

> 200

Interpretación

Zonas no susceptibles al proceso erosivo: Ciudad de Ibarra, cabeceras cantonales de Otavalo, Antonio Ante, Cotacachi, Urcuquí, Pimampiro, El Ángel, Mira, Huaca, Bolívar, San Gabriel; Lago San Pablo y lagunas de Yahuracocha, Puruhanta, Piñán, Cuicocha.

Zonas con niveles de erosión muy bajos y pérdidas de suelo tolerables: Pastos y cultivos en pendientes de 0 – 3%.

Zonas con niveles de erosión bajos y pérdidas de suelo que pueden ser tolerables: Pastos y cultivos en pendientes de 3 – 10%.

Zonas con procesos erosivos leves. Existe erosión, aunque no es apreciable a simple vista: Pastos y cultivos en pendientes de 10 – 15%.

Zonas con procesos erosivos moderados. Existe erosión aunque no es apreciable a simple vista: Pastos y cultivos en pendientes de 15 – 20%.

Zonas con procesos erosivos graves. Existe erosión y es apreciable a simple vista: Pastos y cultivos en pendientes de 15 – 30%, matorral seco del valle del Chota.

Zonas con procesos erosivos muy graves. Existe erosión y es apreciable a simple vista: Pastos y cultivos en pendientes de 30 – 50%, matorral seco del valle del Chota en pendientes mayores al 30%.

Zonas con procesos erosivos extremos. Existe erosión y es evidente a simple vista: Suelos sin cobertura vegetal y matorral seco del valle del Chota en pendientes mayores del 50%.

Superficie (%) 3.05

21.00 6.60 17.41 19.16 21.45

9.88

1.45

4.2.5. Producción de sedimentos

En lo que se refiere a la erosión superficial como fuente de sedimentos, los resultados obtenidos al aplicar la metodología de Gavrilovic (1988), corresponden a la descarga media anual estimada de material erosionado, calculada como el producto del volumen promedio anual de sedimento proveniente del suelo erosionado y el coeficiente de retención de sedimentos.

83

 Pérdida de suelo

De acuerdo a la Tabla 28 la pérdida de suelo promedio estimada con la metodología de Gavrilovic muestra un valor de 58.78 t/ha/año (erosión específica), el valor máximo estimado fue de 569.00 t/ha/año calculado en superficies de la cuenca constituidas principalmente por áreas altamente degradadas.  Producción media anual de sedimento por erosión superficial

Los resultados obtenidos en la producción de sedimentos indicados en la Tabla 28 muestran una producción media de 818.30 m3/km2/año (rendimiento de sedimento por área específica) que equivale a 19.39 t/ha/año. 

Descarga media anual de sedimento por erosión superficial

La descarga media anual de sedimento estimada para la cuenca del río Chota, muestra un valor de 2,484,612.54 m3/año (volumen de sedimento transportado producido por erosión a la sección de cierre de la cuenca) calculado como el producto de la erosión específica (7,529,174.38 m3/año) por el factor sedimento (0.33) (Tabla 28).

Según los cálculos de la erosión y la tasa de sedimentos mediante el modelo Gavrilovic (Tabla 28), el factor de intensidad de la erosión (Z) tiene un valor de 0.85 y la erosión específica fue de 58.78 t/ha/año, considerando el valor de la densidad real del suelo de 2.37 g/cm3. La producción media anual de sedimento (W) por erosión superficial y transportado a la sección final de la cuenca del río Chota es de 19.39 t/ha/año.

84

Tabla 28. Cálculo de la erosión y la tasa de sedimentos en la salida de la cuenca

Intensidad de erosión y erosión específica

Suelo y roca Y Uso del suelo Xa Erosión ψ

1.18

Pendiente media (%) Coeficiente de erosión Z Precipitación media anual (mm) Temperatura media (°C) Factor T

26.78

Erosión específica WSP m3/año 3 m /km2/año t/ha/año

0.54 0,79

0.85

924.05

10.96 1.09

7,529,174.38 2,479.71 58.78

Factor sedimento, sedimento específico por área, sedimento total

Altitud media (m) Altitud mínima (m) Diferencia de altitud (km) Perímetro (km)

2,908.06

Área (km2)

3,036.31

Longitud del río principal (km) Factor sedimento Rendimiento de sedimento por área específica m3/km2/año t/ha/año Sedimento total (t/año)

1,502.00 1.41 315.82

34.54

0.33 818.30 19.39

58,874.05

d = 2.37 g/cm3

La intensidad de la erosión en la cuenca hidrográfica, según la metodología de Gavrilovic, fue mapeada con base a los valores del factor de intensidad de la erosión (Z) clasificados en cuatro categorías de bajo, medio, alto y muy alto (Tabla 29). La intensidad de erosión refleja la extensión del fenómeno erosivo en la cuenca. Zemljic (1971) realizó una clasificación de este factor del modelo de erosión potencial en función de la severidad del proceso, las cuatro categorías o rangos son el resultado de la aplicación de la Tabla 4. En la Figura 34 se observa que la distribución espacial de la intensidad de erosión predomina en toda la cuenca, debido a la influencia de los factores de suelo, vegetación, clima y relieve.

85

Figura 34. Distribución espacial de la intensidad de erosión

La Tabla 29 muestra las superficies de las clases de intensidad de erosión.

Tabla 29. Clases para el factor intensidad de erosión Categorías de intensidad Superficie (km2) Porcentaje (%)

Bajo 723.30 24.05

Medio 722.10 24.01

Alto 1221.34 40.61

Muy Alto Total 369.57 3036.31 11.33 100.00

4.2.6. Superficies afectadas por riesgo de erosión

En la Tabla 30 y Figura 35 se indican las superficies afectadas por el riesgo de erosión hídrica en la cuenca hidrográfica.

Tabla 30. Superficies afectadas por riesgo de erosión Indicador del riesgo Bajo Medio Alto Muy Alto

Superficie (ha) 192,775.80 57,393.75 43,769.75 7,996.75

Porcentaje (%) 63,85 19,01 14,50 2,65 86

70

63,85

60

Superficie (%)

50 40 30 19,01

20

14,5

10

2,65

0 Bajo

Medio

Alto

Muy Alto

Pérdida de suelo Figura 35. Porcentaje de superficie según rango de clasificación de pérdida de suelo

Mediante el análisis SIG que se realizó se puede mencionar que la cuenca presenta considerables zonas con procesos erosivos muy graves donde existe erosión que es fácilmente detectable a simple vista. Además, el 17.15% del área de estudio es afectada por procesos erosivos extremos (riesgo alto y muy alto) donde la erosión es evidente. Este hecho es especialmente importante en la parte media y alta de la cuenca, donde se alcanzan las mayores tasas (por encima de 100 t/ha/año) siendo también aquí donde el índice de erosividad de la lluvia es mayor (R), y donde la pendiente del terreno es más escarpada, coincidiendo además con una cobertura vegetal más escasa.

La Tabla 31 muestra los valores del material producido por erosión superficial que llega a las secciones de aforo.

Tabla 31. Estimación del material producido por erosión superficial Estación Apaquí A.J. Chota Chota en Pte. Carretera Ambi D.J. Cariyacu Blanco en Pte. Carretera El Ángel en Pte. Ayora

Erosión superficial t/año 568,834.95 1,348,876.58 91,111.33 11,744.05 21,815.93

87

La cuenca aportante de la estación Chota en Pte. Carretera registra el valor más alto de material producido por erosión superficial, debido a que tiene la mayor superficie de drenaje en comparación con el resto de cuencas aportantes de las estaciones hidrológicas. Los resultados obtenidos confirman una estimación aceptable de la cantidad de sedimentos que llega a las estaciones hidrológicas.  Análisis de la metodología aplicada

La implementación del modelo RUSLE en un SIG para la cuenca del río Chota permitió obtener de forma global una visión general sobre el proceso de erosión hídrica en la zona norte del Ecuador, presentándose como una herramienta de gran utilidad para la ordenación territorial de esta cuenca, ya que las tasas de erosión obtenidas se acercan mucho a las reales, detectándose las áreas que son más sensibles y los usos del suelo que permitirían controlar este riesgo.

Los valores del factor K suelen obtenerse a partir de medidas realizadas en trabajo de campo, cuando el territorio de estudio es de grandes dimensiones, como es el caso de la cuenca en estudio, esto es demasiado laborioso y costoso, por ello en el presente trabajo se recurrió a información cartográfica sobre la litología y edafología para asignar valores estimados de erodabilidad del suelo.

En investigaciones similares como la realizada por Campaña (2015), se puede evidenciar valores de erosión simulada y erosión modelada con un r 2 de 0.7046; constituyéndose un valor muy bueno para un modelo de erosión, debido a que valores mayores o iguales a 0.50 son tomados como aceptables dada la variabilidad de los datos medidos de erosión (Zhang et al., 1996). Además, según Nearing (1998), es poco probable que aún los mejores modelos den valores de r2 mucho mayores a 0.76. Por estas razones no fue necesario un proceso de calibración pues el valor de correlación es aceptable.

88

 Mejoras potenciales que se podría aplicar a la metodología

Para evaluar el proceso de erosión hídrica a nivel de subcuencas y microcuencas, que conforman la cuenca hidrográfica en estudio, es importante disponer de información cartográfica a una escala intermedia de 1:50.000; mientras que para validar el modelo RUSLE se requerirían datos de aforos sólidos de estaciones instaladas en dichas subcuencas y microcuencas del río Chota.

89

5.

CONCLUSIONES

La pérdida máxima de suelo en la cuenca asciende hasta 334.07 t/ha/año en las áreas degradadas. Por consiguiente, una gran parte de la erosión representada por el 17,15% es fuerte, por lo tanto, la parte media de la cuenca está sometida a un fuerte proceso erosivo que puede atribuirse a las características geomorfológicas y cobertura vegetal constituida principalmente por matorrales secos en pendientes empinadas.

La producción anual de sedimento por erosión superficial es de 19.39 m3/km2, la cual está localizada en su mayor parte en las áreas circundantes al río Chota, principalmente en áreas donde la agricultura es intensiva y en áreas degradadas.

La descarga media anual de sedimento por erosión superficial en las áreas circundantes al lecho principal del río Chota llega a un máximo de 58,900 t/año, y se encuentra concentrada en su mayor parte en los sitios de salida de la cuenca.

El factor de erodabilidad más alto y que cubre mayor área se presenta en los suelos de los cantones de Bolívar, Pimampiro e Ibarra, con valores de 0.05 a 0.06 t/ha*MJ/mm/ha, lo cual coincide con las zonas que se clasifican con riesgo potencial Medio, Alto y Muy Alto y corresponden a más del 20% del área de la cuenca, lo cual es un indicador para la toma de decisiones a la hora de implementar prácticas de conservación del recurso suelo.

El material parental, la erosividad y las fuertes pendientes tuvieron una función principal en las pérdidas de suelo, como se observó en los cantones de Bolívar, Pimampiro e Ibarra, donde las pérdidas fueron clasificadas de Alta a Moderada con valores mayores a 25 t/ha/año.

El análisis de correlación entre la erosión hídrica obtenida en los aforos de caudales sólidos del INAMHI y la erosión hídrica determinada mediante el modelo RUSLE indicó un valor de 95%, lo que indica que el modelo RUSLE es válido para estudios

90

hidrológicos en cuencas hidrográficas andinas con precipitaciones anuales mayores a 1,000 mm y con relieves escarpados y montañosos.

La determinación de la tasa de erosión hídrica mediante el uso del modelo RUSLE constituye una herramienta útil para realizar planes de manejo para disminuir la pérdida de suelo en cuencas hidrográficas, para lo cual es siempre necesario contar con datos reales de erosión para contrastar con los datos modelados.

La ecuación de pérdida de suelo RUSLE es una herramienta que permite generar mapas de riesgos de erosión potencial, y así identificar las posibles zonas que pueden llegar a presentar baja fertilidad del suelo y desde el tema ambiental las que generan mayores aportes de sedimentos.

Recomendaciones

Dentro del componente biofísico de la cuenca la cobertura vegetal, las prácticas de manejo del suelo y la longitud de la pendiente son los factores del modelo RUSLE que pueden ser manejados para reducir la pérdida de suelo por erosión en las áreas de pastos y cultivos. La implementación de terrazas como práctica de conservación de suelos permitiría disminuir la incidencia que tiene la pendiente del terreno en la erosión hídrica de los suelos en pendientes de 12 a 50%.

Implementar prácticas de conservación de suelos para proteger el suelo contra la acción directa de la precipitación, las prácticas pueden ser la incorporación de abonos verdes, que consiste en la incorporación al suelo de vegetación cortada cuando aún está verde; zanjas de infiltración, donde se acumule la precipitación para que infiltre más agua en el suelo; siembra en contra de la pendiente cuando la pendiente del terreno es mayor al 12%; y barreras vivas que consiste en sembrar hileras de plantas perennes de crecimiento denso en contra de la pendiente del terreno.

Aplicar el modelo RUSLE en las cuencas andinas del Ecuador como una herramienta para la toma de decisiones respecto al manejo del suelo, la prevención 91

de pérdidas potenciales de suelo por procesos erosivos y para la estimación de la cantidad de suelo perdido por erosión hídrica.

Elaborar un plan de acción ambiental, frente a la erosividad hídrica en la cuenca, con las entidades públicas y las poblaciones ubicadas en las zonas de alto riesgo de erosión para evitar pérdidas de suelo.

Aplicar la metodología aplicada en este estudio para la estimación de la erosión hídrica en otras cuencas, subcuencas y microcuencas, con la finalidad de obtener resultados históricos y actuales de pérdida de suelo.

92

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98

7. ANEXOS Anexo 1. Direcciรณn de flujo

99

Anexo 2. Acumulaciรณn de flujo

100

Anexo 3. Imagen Landsat 8 OLI

101

Anexo 4. Estaciones meteorológicas y pluviométricas NOMBRE

CÓDIGO

Coordenada X

Coordenada Y

Precipitación anual (mm/año)

INGUINCHO

M001

789319

10028583

1,340.8

ATUNTAQUI

M021

808842

10039407

686.1

IBARRA AEROPUERTO

M053

822831

10036891

624.1

EL ANGEL

M102

840211

10069334

979.3

SAN GABRIEL

M103

854080

10066882

963.1

OTAVALO

M105

805039

10026312

871.6

JULIO ANDRADE

M305

864756

10072609

1,203.1

MARIANO ACOSTA

M310

836017

10033390

1,292.1

AMBUQUI

M314

833226

10047993

474.3

PIMAMPIRO

M315

842421

10042831

550.1

COTACACHI - HDA. ESTHER

M317

804294

10034119

1,415.9

TOPO-IMBABURA (ANGLA)

M321

815716

10023763

919.5

SAN FRANCISCO DE SIG

M324

843817

10032992

1,065.1

HDA. LA MARIA-ANEXAS

M328

804200

10038914

1,077.0

BOLIVAR-CARCHI INAMHI

M303

844706

10055931

738.4

GRUTA LA PAZ

M307

852198

10055350

785.6

ZULETA

M316

824691

10022719

1,464.7

SAN RAFAEL DEL LAGO

M319

807237

10022132

905.2

CAMBUGAN

M322

790587

10030151

1,424.0

ACHUPALLAS-IMBABURA

M323

792103

10032026

1,236.4

MIRA-FAO GRANJA LA PORTADA

M104

830237

10059028

502.2

CAJAS-MOJANDA

M526

813136

10015555

1,195.3

102