Embed Size (px)
Citation preview
1
INFORME FINAL
DETERMINACIÓN DE DISTANCIAS ÓPTIMAS PARA PROTECCIÓN DE CAUCES CON BOSQUE
NATIVO UTILIZANDO MODELOS DE PREDICCION DE SEDIMENTOS BASADOS EN SIG
041/2010
FINANCIADO POR EL FONDO DE INVESTIGACIÓN DE LA LEY DE BOSQUE NATIVO 2010
CORPORACIÓN NACIONAL FORESTAL (CONAF)
Concepción, Diciembre 2012
2
INTRODUCCIÓN
El presente informe final, tiene como objetivo dar a conocer de forma completa las actividades
realizadas para el proyecto. Entre estas actividades, destacan la selección del área de estudio que
corresponde al predio Entre Ríos, de propiedad de Forestal Valdivia, en el cual se emplazó el
ensayo con parcelas Gerlach las cuales corresponden a estructuras rectangulares de tamaño
reducido (Gerlach 1966 citado por Morgan 2005) y de parcelas de escorrentía como las descritas
por Morgan (2005), como así también una descripción por métodos dasométricos y eco
fisiológicos (Índices de área foliar) de caracterización de la zona de protección.
Las áreas de protección de cauce han sido propuestas como una medida eficiente de disminución
de sedimentos en el agua proveniente de áreas de intervención. Comúnmente un área de
protección se define como una distancia horizontal al cauce y cuyo ancho depende de algún
atributo del cauce o la pendiente que lo circunda. Diversos estudios y modelos se han desarrollado
para el diseño de estas franjas y la mayoría de ellos se orienta a la determinación de la calidad de
agua. Hoy sin embargo, aún existe duda respecto de cuál debe ser el ancho satisfactorio y bajo qué
variables se debería establecer, lo que implica una complejidad en la planificación del territorio.
Existe escasa investigación o evaluaciones cuantitativas respecto de la verdadera contribución de
estas zonas a los distintos objetivos de protección, situación que se evidencia en la realidad de
nuestro país. Si bien se han desarrollado diversas actividades de mitigación, muchas de ellas
corresponden más bien al “sentido común” y pocas veces se basan en investigación científica,
adoptadas de sitios donde las condiciones ambientales son sensiblemente diferentes a las de Chile
(Gayoso et al., 2000).
Un factor fundamental en la producción de sedimentos es la lluvia por su capacidad de movilizar
las partículas de los suelos. A mayor intensidad de las precipitaciones mayores es la velocidad de
las gotas de lluvia y con ello su erosividad aumenta. Otro factor es la erodabilidad del suelo, esto
es su resistencia, tanto al arranque como al transporte de partículas. Textura y estructura son las
propiedades más estudiadas para identificar los suelos en función de su susceptibilidad ante la
erosión. La pendiente y la longitud de la ladera también influyen sobre la tasas de erosión o
producción de sedimentos. A mayor inclinación de la ladera mayor serán los sedimentos debido a
que la pendiente favorece la competencia de los flujos. La longitud de la ladera influye
directamente en el suministro de material al cauce. Cuanto mayor es la pendiente de la parcela
mayores volúmenes de sedimentos se recogen en su base (Battany y Grismer, 2000; Ruiz-
Colmenero et al., 2010). Pero la cuestión es si proporcionalmente la tasa de erosión aumenta o
decrece con la longitud de la ladera. Hay evidencias que demuestran que la tasa de erosión es
mayor cuanto mayor es la longitud de la pendiente, siendo aplicado este concepto en la USLE. Esto
entra en conflicto con el concepto del Sediment delivery ratio y sobre él hay una gran discusión
aún no solucionada. La cubierta del suelo determina las tasas de sedimentos al reducir el impacto
de las gotas de lluvia y facilitar la infiltración. Además, una vez originada la escorrentía superficial,
está cubierta será la que reduzca la velocidad al cauce y su capacidad erosiva, favoreciendo con
3
ello la infiltración. La vegetación es la cubierta más eficiente, ya que favorece la porosidad del
suelo, aumenta su materia orgánica, estabiliza los agregados, entre otros.
Por otra parte, la utilización de modelos de simulación permitiría contribuir a la toma de
decisiones relacionadas con el manejo de los recursos agua y bosques y apoyar propuestas en la
nueva política de gestión del Bosque Nativo. Dentro de este aspecto, la simulación hidrológica
surge como alternativa de investigación. La simulación pretende representar mediante modelos
matemáticos uno o más procesos del ciclo hidrológico (Suárez, 2005) y su evaluación se realiza en
tres aspectos: tiempo, espacio y frecuencia. Los modelos permiten abordar soluciones a
problemas de cantidad y calidad de agua, y pueden predecir y determinar parámetros hidrológicos
que facilitan el buen uso de los recursos hídricos (Haan et al., 1982, Gurtz et al. 2003). A pesar de
todos los esfuerzos y progresos durante el último tiempo, la modelación hidrológica presenta
problemas fundamentales: necesidad de calibración, y/o que las estructuras del modelo y sistemas
de parámetros tengan la misma finalidad (Hornberger y Boyer, 1995). Estos problemas se unen a
la disponibilidad limitada de datos y heterogeneidad natural existente (Jensen y Mantoglou, 1992;
Beven, 2000; O’Connell y Todini, 1996; Bronstert, 1999). La aproximación a la modelación permite
hacer una estimación de la distribución espacial y temporal del recurso bajo condiciones actuales
de clima y cobertura de suelo (Post et al., 2001).
De acuerdo a estos antecedentes, se propuso evaluar en terreno la eficiencia de varios anchos de
área de protección en la disminución del aporte de sedimentos a los cauces. Posteriormente con
dicha información se propuso calibrar modelos en SIG (Flanagan y Nearing 1995, Mitasova et al.,
1998) para luego generar una herramienta, en el mismo ambiente SIG, que diseñara anchos de
zona de protección asociadas a un umbral máximo de sedimentos aceptable en una cuenca.
OBJETIVO GENERAL
Identificar criterios de distancia de intervención del bosque nativo, que permitan una adecuada
protección de cauces.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Evaluar el efecto de distintas distancias de intervención del bosque nativo al cauce en la
disminución de sedimentos transportados por escorrentía superficial en distintas condiciones
de suelo, precipitación y topografía.
Calibrar y utilizar modelos de escorrentía para determinar distancias de intervención, más
eficientes a cauces.
4
METODOLOGÍA
La metodología consideró la instalación de parcelas de escorrentía y erosión (tipo Gerlach). Las
parcelas de escorrentía fueron diseñadas para obtener un valor de erosión laminar (en términos
de peso de suelo seco), cuyo diseño siempre mantuvo 10 m de área aportante fuera del área de
protección, la variabilidad de estas parcelas de escorrentía estaba en la longitud de la parcela
ubicada dentro del área de protección. De este modo, las longitudes de las parcelas en diferentes
largos e inclinación de tres situaciones de pendientes (0-30%, 30-45% y 45-60%) fueron 10 m (0 m
dentro del área de protección), 15 m (5 m dentro del área de protección) y 40 m (30 m dentro del
área de protección). Originalmente el diseño planificado establecía la consideración de una parcela
de largo 50 m, pero esta no pudo replantearse en terreno dada la inexistencia de una pendiente
continua de ese largo en los sitios seleccionados, lo que obligó la reducción de este largo máximo
(Figura N° 1).
Figura N° 1. Emplazamiento de las parcelas de escorrentía en terreno.
Las parcelas de erosión (tipo Gerlach) fueron planificadas originalmente para ser establecidas a 1,
5, 15, 30 y 50 m desde la línea borde del área de protección. Sin embargo, la determinación del
primer metro desde la línea de protección resulto ser ambiguo en terreno. Por esto, finalmente se
determinaron anchos de protección para las parcelas tipo Gerlach de 0 m (fuera del límite de
protección), 5 m, 10 m, 20 m y 30 m, cubriendo de manera más continua el rango de distancias
disponibles en el sitio de estudio. Del mismo modo que en las parcelas de escorrentía, se
evaluaron 3 rangos de pendientes (0-30%, 30-45% y 45-60%).
5
Se instalaron tres parcelas de escorrentía por situación de pendiente (3), obteniéndose un total de
9 parcelas. Para el caso de las parcelas Gerlach, se establecieron tres parcelas por distancia en el
área de protección (5) y pendiente (3), haciendo un total de 45 parcelas. Los resultados de erosión
obtenidos de las mediciones de estas parcelas fueron utilizados para la calibración de los modelos
WEPP y USPED. El modelo de erosión WEPP es un programa de simulación continua, basado en
procesos y de parámetros distribuidos; que permite la estimación de la erosión en base a
parámetros físicos y topográficos de una ladera continua (Flanagan, et al., 1995). Por su parte,
USPED predice la distribución espacial de la erosión que proviene de un exceso de lluvia uniforme.
Este modelo está basado en los bocetos originales de Moore and Burch 1986, con numerosas
mejoras hechas a través del tiempo (Julien and Simons 1985, citado por Mitasova and Mitas 1998).
Adicionalmente se obtuvo datos de precipitación en el área y periodo de seguimiento, desde el 15
de abril del 2011 al 27 de julio del 2012, datos de input imprescindibles para los distintos modelos
y las simulaciones.
Área de estudio
El área de estudio corresponde a los predios de propiedad de Forestal Arauco S.A. localizados en la
Región de los Ríos en un radio aproximado de 50 km de la ciudad de Valdivia (Figura N° 2). El clima
del área es definido como Templado lluvioso con influencia mediterránea. Se caracteriza por
precipitaciones que varían entre 2.000 y 2.500 mm anuales sin meses secos, ya que si bien cerca
del 60% de las precipitaciones se presenta entre los meses de mayo a agosto, cerca de 1.000 mm
caen en los otros meses. La temperatura media anual oscila entre 9 y 12 ºC. Los suelos son
profundos, desarrollados a partir de cenizas volcánicas antiguas depositadas sobre complejo
metamórfico. De textura superficial franco limosa y color pardo oscuro en matices 10YR; a textura
franca limosa y color rojo oscuro (2.5 YR) en profundidad. Suelos de buena permeabilidad y
drenaje con evidencias de materia orgánica y actividad biológica hasta transición AB o BA, según
calicatas realizadas en el sector. La topografía dominante es de cerros, con pendientes medias de
30 a 50%.
Las alteraciones que han dado origen a estos bosques de segundo crecimiento son la actividad
volcánica de la zona y, principalmente, la seguidilla de intervenciones antrópicas en habilitaciones
agrícolas y mal uso del fuego, cuyas evidencias se manifiestan en todos los rodales estudiados. Del
mismo modo, la actividad minera de la zona desde los tiempos de la colonia llevó a la obtención
de madera larga de roble para las vigas de sujeción en los procesos de búsqueda de oro de los
llamados lavaderos Madre de Dios y que afecta a los bosques de éstas áreas.
En el área se encuentran protecciones de cauces de diverso ancho en una matriz de plantaciones
forestales de edad variable, principalmente de Pinus radiata y que mantienen una dinámica de
cosecha-manejo-plantación que excluye toda alteración de las zonas de protección de cauces.
6
Tabla Nº 1. Valores de caracterización dasométrica para los rodales de bosque nativo en cada uno
de los ensayos.
Item Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3
Composición Roble Roble Laurel Lingue Roble Laurel Lingue N° arb/ha 460 1080 1220 dmc (cm) 34,6 21,1 21,3 G (m2/ha) 43,2 38,5 42,5
El cuadro Nº 1 muestra una similitud aparente entre los ensayos 2 y 3 en términos dasométricos y
de composición, caracterizándose por una mayor densidad unitaria, tamaño y área basal. El rodal
del ensayo 1 presenta una diferencia explicada por la ausencia de especies acompañantes,
principalmente laurel, lingue y especies en diámetros menores como maqui, radal y avellano. Del
mismo modo, en el ensayo 1 es escasa la regeneración de las especies tolerantes acompañantes,
las que sí se presentan en los otros ensayos, lo que está determinado por una menor presión por
ramoneo de ganado en estos ensayos. Esto explica los menores dmc y área basal de los ensayos 2
y 3 en comparación al al ensayo 1. Sin embargo, la distribución diamétrica de la especie principal
(Roble) es similar en los tres rodales, presentándose sobre la clase diamétrica 20 cm y
concentrándose entre las clases 25 a 35 cm. En los tres ensayos se produce una disminución hacia
las clases diamétricas superiores, presentándose individuos hasta las clases 65 cm en el ensayo 1 y
60 cm en los ensayos 2 y 3.
Figura N° 2. Localización del área de estudio. Comuna de Máfil, Provincia de Valdivia.
7
RESULTADOS
Parcelas experimentales
Las zonas de protección del predio Entre Ríos, de propiedad de Forestal Valdivia, en los lugares en
donde se emplazaron los ensayos, correspondieron a bosque nativo con estructura de renoval-
fustal, la composición correspondió principalmente a Roble (Nothofagus obliqua) como especie
dominante, con Laurel (Laurelia sempervirens), Lingue (Persea lingue) y Tepa
(Laureliopsisphilippiana) como principales acompañantes. Son bosques abiertos a semi-densos
cuyas coberturas específicas fueron evaluadas a través de fotografías hemisféricas para
determinar la influencia del dosel en la intercepción de la precipitación.
Se tomaron 7 fotografías para cada una de las áreas de estudio en tres épocas distintas del año
(totalizando 21 registros), con el fin de identificar alguna tendencia o cambios significativos en los
valores de índice de área foliar (IAF) en los sectores de estudio. En la tabla Nº 2 se detallan los
valores obtenidos y en la figura Nº 2 se detalla la formula y gráfico empleado para su cálculo.
Tabla Nº 2. Evolución de los valores de IAF para tres épocas distintas del año
Promedio de IAF (m2/m2)
PARCELA 04-2011 12-2011 04-2012 Total general
E1 2.26 2.12 1.51 1.96
E2 1.53 1.73 1.70 1.65
E3 2.46 2.10 2.08 2.21
Total general 2.08 1.98 1.76
Nota: los valores de IAF van desde 0 a 7, en donde a mayor valor, mayor % de intercepción según la ecuación
de Beer-Lambert (I = ), (Ensayo E1 < 30%, Ensayo E2 entre 30 - 45% y Ensayo E3 > 45%).
8
Figura Nº 3. Intercepción de luz bajo el dosel en base a la ecuación de Beer-Lambert
Los resultados de las fotografías muestran que las estructuras de los doseles de las parcelas fueron
similares en su IAF y las diferencias que se presentaron entre el ensayo E2 y el E1 y E3 de un IAF se
pueden asumir como despreciables. En la Figura N° 4 se observa la evolución temporal del IAF en
las tres instancias evaluadas, las diferencias en el tiempo se debieron principalmente a daños por
viento y caída natural de árboles (Ensayos E1 y E3).
Figura N°4. Evolución temporal de los valores de IAF en las franjas de protección delos sectores en
donde se emplazaron las parcelas de escorrentía y Gerlach.
Erosión en parcelas de Escorrentía
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
2011-04 2011-12 2012-04
Índ
ice Á
rea F
oliar
(IA
F)
Fecha
E1
E2
E3
9
Las parcelas de escorrentía sin una zona buffer presentaron una mayor tasa de arrastre de
sedimentos. Según estos resultados, cabe destacar que un buffer de 5 metros de longitud logró
disminuir de forma eficiente la sedimentación y un aumento en la longitud en la zona de
protección de hasta 30 metros sólo logró mantener esta tendencia. En general, para pendientes
laterales mayores a 30%, ya desde los 5 metros de buffer se logró disminuciones sobre el 90% de
los sedimentos en relación no realizar buffer (0m) (Tabla Nº 3 y Figura N° 5).
Tabla Nº 3. Sedimentos erosionados en las parcelas experimentales para distintos anchos de zonas
buffer.
Ensayo Distancia (m) Buffer (m) Suelo (kg) Ton/ha
E1 10 0 34.244 0.034
E1 15 5 30.406 0.030
E1 40 30 2.539 0.003
E2 10 0 146.213 0.146
E2 15 5 45.171 0.045
E2 40 30 11.044 0.011
E3 10 0 399.723 0.400
E3 15 5 49.750 0.050
E3 40 30 9.538 0.010
Figura Nº 5. Acumulación de sedimento en las parcelas de escorrentía para distintas pendientes y
ancho de zonas buffer.
Comparado con el arrastre de sedimentos que ocurrió en la parcela totalmente expuesta, la
disminución porcentual en los primeros 5 m de buffer varió desde un 11% (pendiente baja) a un
88% (pendiente alta), mientras que ésta disminución en 30 m de buffer llegó a 92% (pendiente
media) a 98% (pendiente alta). El caso de la alta pendiente fue el más expresivo, puesto que en los
0
100
200
300
400
500
0 5 30
Sue
lo S
eco
(kg
/ha)
Ancho buffer (m)
E1 <30%
E2 30-45%
E3 >45%
10
primeros 5 m de buffer ya se retuvo el 88% de los sedimentos arrastrados en la porción de terreno
expuesto.
La pendiente jugó un rol fundamental en los montos de sedimentación, si se comparan las tres
zonas sin buffer, en donde esta aumentó de forma drástica al presentar una mayor pendiente
(Ensayo E1 < 30%, Ensayo E2 entre 30 - 45% y Ensayo E3 > 45%). Para las zonas con buffer de 5 y
30 metros de protección la pendiente dejó de ser influyente en la sedimentación y se vuelvió un
factor casi despreciable, dejando a la vista que el factor crucial en la retención de sedimentos fue
la vegetación.
Es importante destacar que la estructura de la vegetación de protección correspondió a bosques
de segundo crecimiento (renovales), con presencia de doseles intermedios y sotobosque en
buenas condiciones de densidad, lo que sumado al constante aporte de materia orgánica al
mantillo hacen que exista una permanente protección sobre el suelo contra el efecto erosivo de la
lluvia. Las diferencias en densidad, estructura e intervención de estas áreas podrían ser
determinantes en la diferenciación de los niveles de arrastre a distintas distancias de protección.
Se hace necesario entonces análisis similares en áreas dominadas por estructuras de matorral o
vegetación degradada.
Erosión en parcelas Gerlach
En la generalidad de todas las parcelas Gerlach se observó una tendencia de mayor acumulación
de sedimentos en aquellas unidades localizadas fuera de la protección del área con vegetación
nativa, es decir, en el área de plantación reciente, alcanzando una acumulación total de 1,7
ton/ha/año de suelo seco (extraído % de humedad y % contenido de materia orgánica). Sin
embargo, las tendencias al interior del dosel no fueron claras y, a pesar de existir una menor
acumulación de sedimentos hacia los 30 m no se observó una disminución de las acumulaciones
(Figura N° 6).
La determinación de los niveles erosivos (kg/ha) en estas parcelas Gerlach tuvo características
diferentes, aun cuando las tendencias son comparables. En efecto, en este caso los resultados
apuntan a representaciones de microrelieve, cuya pendiente y largo de ésta están asociados más
directamente al receptáculo. De este modo, la recolección de sedimentos en estas parcelas no se
relacionó con la distancia lineal dentro del área de protección, sino que más bien con pequeñas
superficies determinadas por el primer cambio en la pendiente aportante a cada receptáculo
Gerlach. Aun así, los resultados demuestran que a medida que se profundiza en el área de
protección el movimiento de sedimentos (medidos en peso de suelo seco) disminuyó, a pesar de
manifestar como promedio de los tres ensayos, una muy baja acumulación a los 5 m lineales
dentro del área. El valor promedio fue en efecto más bajo en los 30 m de profundidad en el área
11
de protección, y prácticamente no se detectaron diferencias entre los 10 y 20 m, como se aprecia
en el gráfico Nº 3.
Figura N°6. Acumulación de sedimentos en las parcelas Gerlach para las distintas distancias de
evaluación en promedio para los tres ensayos evaluados.
En un análisis individual de estas parcelas Gerlach, la respuesta bajo diferentes condiciones de
pendiente no mostró una tendencia directamente proporcional a la pendiente del ensayo,
persistiendo en el hecho de una relación más directa con el microrelieve individual y la cobertura
de la hojarasca presentando los mayores montos mensuales de mayor acumulación. Es así como
se observa en la Figura N° 7 que los valores de acumulación de sedimentos no presentaron
diferencias estadísticamente significativas (ANOVA en p<0,05) entre cada una de los niveles de
profundidad dentro del área de protección (0 m, 5 m, 10 m, 20 m, y 30 m) en cada una de las
pendientes analizadas (baja pendiente, 0 a 30%; pendiente media, 30 a 45% y pendiente alta,
>45%). La única salvedad se produjo en el ensayo de alta pendiente, donde las líneas de parcelas
Gerlach a 20 y 30 m registraron valores bajos de acumulación y con muy escasa variabilidad.
0
200
400
600
800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
0 5 10 20 30
Pro
me
dio
de
Ero
sió
n (
Kg/
ha)
Ancho Buffer (m)
12
Plot of Means and Conf. Intervals (95,00%)
Ensayo 1: Pendiente baja
erosion (kg/ha)
erosion (kg/ha)
0 5 10 20 30
Distancia (m)
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Valu
es
Plot of Means and Conf. Intervals (95,00%)
Ensayo 2: Pendiente media
erosion (kg/ha)
erosion (kg/ha)
0 5 10 20 30
Distancia (m)
-4000
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Valu
es
F
Plot of Means and Conf. Intervals (95,00%)
Ensayo 3: pendiente alta
erosion (kg/ha)
erosion (kg/ha)
0 5 10 20 30
Distancia (m)
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Va
lue
s
Figura Nº 7. Valores medios y variabilidad para las líneas Gerlach, por ensayo.
13
Considerando y asumiendo esta importancia del microrelieve, se estableció un T-test (p<0,05;
conf. 95%) para comparar las parcelas Gerlach localizadas fuera del área de protección (0 m) y
aquellas localizadas dentro del área de protección (> 5 m), no importando su localización. Los
resultados muestran que aquellas localizadas fuera tuvieron una mayor acumulación de
sedimentos en el período total de análisis, pero la diferencia no fue estadísticamente significativa
considerando todos los ensayos y cada uno de ellos individualmente(Figura N°8).
Box & Whisker Plot
Fuera (0 m) v s. Dentro (> 5m)
Mean
Mean±SE
Mean±1,96*SE Fuera (0 m)
Dentro (>5 m)
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
Ero
sió
n (
kg/h
a)
Figura N°8. Comparación de la acumulación de sedimentos entre las cajas Gerlach localizadas
fuera (0 m) y dentro del área de protección (>5 m).
Aplicación de modelos de simulación
Resultados de las simulaciones con el modelo WEPP (WaterErosionPrediction Project)
Las simulaciones realizadas en base a la información de terreno levantada desde las parcelas de
escorrentía, demostraron que la combinación de coberturas que mejor representa el
comportamiento en la producción de sedimentos son las denominadas “TallGrass” (76% de
cobertura) en la zona aportante y “20 Year Old Forest” en la zona buffer (cobertura total). Esta
combinación es muy similar al sitio del ensayo ya que la zona aportante, a pesar de ser un
establecimiento de pino de 2 años, presentaba una alta cantidad de maleza. Esta cobertura
aportante en conjunto con la única opción de bosque adulto del WEPP arrojó los mejores
resultados.
Referente a los parámetros de porcentaje de cobertura y roca, las parcelas fueron emplazadas en
sectores que presentan un 0% de afloramiento rocoso y un grado de cobertura real del 70 a 75%.
Cabe señalar que se utilizó un porcentaje de cobertura de bosque adulto en WEPP de 99% ya que
14
se ajustaba mejor a los valores de sedimento registrado. El bosque adulto ofrecido por WEPP es de
conífera y presenta una acumulación menor de hojarasca que se ve compensada al aumentar el
grado de cobertura. La textura de suelo que mejor representó a la condición de terreno fue el
denominado “loam” que es coincidente con la encontrada en terreno (loam = franco). En los
gráficos 6, 7 y 8 se presenta los resultados de las parcelas de escorrentía simuladas con WEPP y los
datos reales.
Gráfico Nº 6. Curva simulada y real para la condición de pendiente baja (< 30%)
Gráfico Nº 7. Curva simulada y real para la condición de pendiente media (30 y 45%)
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0 5 10 15 20 30
Sed
ime
nta
ció
n (
Ton
/ha)
Ancho Buffer (m)
Tall Grass & 20 Year Old Forest
Sim. E1 < 30
Real E1 < 30
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0 5 10 15 20 30
Sed
ime
nta
ció
n (
Ton
/ha)
Ancho Buffer (m)
Tall Grass & 20 Year Old Forest
Sim. E2 30 - 45
Real E2 30 - 45
15
Gráfico Nº 8. Curva simulada y real para la condición de pendiente alta (> 45%)
Para pendientes menores a 30% las diferencias presentadas son las menores que se lograron
concretar en las simulaciones, teniéndose que el error estándar de estimación fue de 0.034. Para
la pendiente media y alta los errores son de 0.068 y 0.054 respectivamente.
El modelo ajustado con WEPP sobreestimó el aporte de sedimentos en todos los casos a excepción
del caso sin buffer y pendiente mayor a 45%. Si bien se puede lograr ajustes menos sesgados,
estos correspondían a usos del suelo distintos a los presentes en terreno. El hecho de utilizar
parámetros que sobreestiman hace que los escenarios que se planifiquen con la herramienta sean
conservadores, vale decir, entregarán más ancho que lo necesario en la zona de estudio para un
nivel máximo de sedimentos esperado.
Con los parámetros ajustados de las simulaciones de los ensayos, se procedió a asignar de forma
completa todos los perfiles que estaban al interior de las cuencas que contenían las parcelas de
escorrentía, con el fin de obtener un valor por hectárea y total de la sedimentación producida por
cada unidad.
El aplicativo programado SIG generó una optimización de los anchos de los buffer en base a un
umbral máximo de sedimentación por hectárea establecido por el usuario. Cabe destacar que en
el gráfico Nº 9 se presentan los valores de sedimentación por ha y ancho de buffer para cada una
de las cuencas y no se detecta una tendencia que indique que al aumentar el ancho de buffer la
retención será mayor. Esto se debe a que para las tres situaciones un ancho de buffer de 10 y 20
metros no retuvo más sedimento que un ancho de 5 o 15 metros. Lo anterior indica que son las
pendientes laterales el factor que más influye en el aporte de sedimentos. No obstante el bajo
impacto de la distancia, las mayores retenciones se produjeron a los 30 metros, a excepción de la
cuenca E3 >45% (d430990).
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0 5 10 15 20 30
Sed
ime
nta
ció
n (
Ton
/ha)
Ancho Buffer (m)
Tall Grass & 20 Year Old Forest
Sim. E3 > 45
Real E3 > 45
16
Gráfico Nº 9. Ancho de los buffer con su carga de sedimentos promedio (Ton/ha)
Los resultados de las cuencas en base a un umbral objetivo, que no debió ser superado, se
presentan en la tabla Nº 4 (se optó por un valor promedio de todas las parcelas de escorrentía
0.081 ton/ha), y en la figura Nº 3 se presenta el buffer delimitado para cada una de las cuencas.
Se destaca que las zonas de protección para la cuenca d431214 fueron las de menor tamaño,
debido principalmente a las bajas pendientes presentes en el lugar.
Tabla Nº 4. Valores promedio de erosión de las parcelas de escorrentía
Ensayo Promedio Ton/ha
(0-5-30)
Promedio Ton/ha
(5-30)
E1 0.022 0.016
E2 0.067 0.028
E3 0.153 0.030
GRAL 0.081 0.025
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
5 10 15 20 30Pro
me
dio
de
Se
dim
en
tos
(To
n/h
a)
Ancho Buffer (m)
E1 <30% (d431214)
E2 30-45% (d431215)
E3 >45% (d430990)
17
Figura Nº 3. Anchos de buffer delimitados en base al aplicativo
En las tablas Nº 5 y 6 se presenta un resumen de las superficies involucradas en los distintos
anchos de buffer y una comparación a nivel de porcentaje de su uso dentro de cada una de las
cuencas. Se incluyó en este análisis un ancho de protección en base a lo que define el DS-82
(Reglamento de suelos, aguas y humedales de la Ley 20.283 tiene por objeto proteger los suelos,
manantiales, cuerpos y cursos naturales de agua y humedales declarados sitios prioritarios de
conservación, por la Comisión Nacional del Medio Ambiente, o sitios Ramsar, evitando su
deterioro y resguardando la calidad de las aguas), el cual fue calculado por medio de un aplicativo
que considera las restricciones de pendiente y longitudes que describe este cuerpo legal. La
configuración de zona de protección establecida por el reglamento no resultó la más eficiente en
cuanto a retención de sedimentos en base a los antecedentes presentados.
18
Tabla Nº 5. Resumen de las superficies involucradas en los distintos anchos de buffer
Superficie (ha)
Ancho buffer (m) E1 <30% (d431214) E2 30-45% (d431215) E3 >45% (d430990)
5 0.57 1.49 1.04
10 1.11 2.96 2.07
15 1.65 4.42 3.05
20 2.16 5.86 4.02
30 3.17 8.64 5.94
Optimo WEPP 1.64 4.01 3.19
DS-82 1.90 5.76 2.57
Tamaño de la cuenca 12.56 30.07 25.23
Tabla Nº 6. Resumen de los porcentajes involucrados en los buffer al interior de las cuencas
Porcentaje
Ancho buffer (m) E1 <30% (d431214) E2 30-45% (d431215) E3 >45% (d430990)
5.0 4.5 5.0 4.1
10.0 8.9 9.9 8.2
15.0 13.1 14.7 12.1
20.0 17.2 19.5 15.9
30.0 25.2 28.7 23.5
Optimo WEPP 13.1 13.3 12.6
DS-82 15.1 19.1 10.2
Luego se utilizó como referencia el porcentaje de zona de protección que definió WEPP para cada
una de las cuencas (13.1, 13.3 y 12.6% respectivamente) en su optimización como entrada para el
aplicativo de buffer USPED. Se puede observar en la figura Nº 4 que la forma de las zonas de
protección para la cuenca d431215 varia bastante. Esto se debe a la forma de cálculo del buffer
por parte de USPED que evalúa el sistema de forma física, como un potencial del área acumulada y
la pendiente de producir sedimentos.
Figura Nº 4. Anchos de buffer en base al aplicativo USPED
19
USPED concentra la protección en la cabecera de las microcuencas o quebradas. WEPP no realiza
esta concentración principalmente por la forma en que se programó la aplicación. WEPP calculó el
buffer en el tramo más largo desde un punto dado, no considerando todas las posibles rutas del
agua que se dan en una microcuenca, este hecho hace que la cabecera quedara con menor
protección comparada con la situación en que se utilizaron todas las rutas. El considerar todas las
rutas no se utilizó por el tiempo que tomó al programa su cálculo. El buffer calculado en base a lo
establecido en DS-82 utiliza mayor superficie y por lo tanto fue menos eficiente en el uso de la
superficie en cuanto a captura de sedimentos. Sin embargo, se debe tener en cuenta que las
franjas de protección cumplen con múltiples funciones, de las cuales la retención de sedimentos
es sólo una de ellas. De acuerdo a los resultados expuestos, la captura de sedimentos no es la
función que pudiera determinar la ampliación de los anchos actualmente presentes en el DS-82.
CONCLUSIONES
A.- Erosión en parcelas experimentales
Durante el período de análisis, el IAF indicó una cobertura similar entre los 3 ensayos, no
registrándose diferencias significativas entre ellos, por lo que la intercepción de la precipitación
se pudo asumir constante en los tres estudios.
Los análisis de las parcelas de escorrentía mostraron mayores niveles de sedimentos en
suspensión para parcelas de 10 m de longitud localizada completamente fuera del área de
protección, para los tres niveles de pendiente. El máximo valor medio de sedimentos fue
entregado por las parcelas ubicada en la mayor pendiente.
Considerando la parcela de escorrentía que se introdujo 5 m dentro del área de protección (15
m de longitud), los sedimentos disminuyeron en promedio 56%.
Considerando la parcela de escorrentía que se introdujo 30 m dentro del área de protección,
ésta produjo una disminución de los sedimentos en promedio de un 94%.
Las parcelas Gerlach generaron una respuesta más notoria a los sedimentos producto de su
microrelieve más que de la pendiente general.
El arrastre de sedimentos desde las parcelas Gerlach muestró una estabilización en los 10 m y
20 m dentro del dosel, mostrándose inferiores y de baja variabilidad en los 30 m,
especialmente en aquellas localizadas en mayor pendiente.
El arrastre de sedimentos capturado en las parcelas Gerlach localizadas en el microrelieve fuera
del área de protección mostraron una acumulación que aquellas localizadas dentro, aunque
esta diferencia no se muestra significativa.
Las tendencias generales del ensayo se ajustaron a lo esperado: un buffer de 5 metros de
longitud logra disminuir de forma eficiente la sedimentación y un aumento en la longitud en la
zona de protección de hasta 30 metros sólo logra mantener esta tendencia
20
B.- Modelos de simulación
Las simulaciones efectuadas por el modelo WEPP sobreestimaron los anchos requeridos,
siendo similar a un promedio de 15 m. Esto se pudo deber a que el modelo no logró replicar de
forma satisfactoria una cubierta nativa de bosque, con la única opción de bosque adulto que
ofrece la herramienta (bosque de pino de 20 años con una densidad 800 arb/ha). Los
resultados de las parcelas indicaron que por sobre los 5 m no se genera un impacto significativo
en la disminución de sedimentos.
El buffer del modelo USPED, que es alimentado por el porcentaje que entrega WEPP distribuyó
la protección de forma diferente, concentrando los mayores anchos en las cabeceras de las
quebradas, hecho que refleja el efecto de toda la topografía y no sólo las secciones más largas
como el aplicativo en base a WEPP.
Al comparar la superficie dedicada a faja de protección entregada por los modelos con lo
establecido por el DS-82, ésta última siempre fue mayor.
Los modelos presentan la ventaja de poder construir escenarios más exigentes en cuanto a
anchos de buffer que pueden asesorar otras actividades que pueden aportar sedimentos como
son los caminos.
Los resultados de este proyecto permiten definir áreas mínimas de protección para controlar
sedimentos considerando la distancia y pendiente en base a una herramienta SIG y datos
colectados de terreno. Estos resultados y sus herramientas asociadas pretenden facilitar la
gestión de un servicio ecosistémico de primera importancia, agua de calidad.
BIBLIOGRAFÍA
Battany, M. C., Grismer, M. E., 2000. Rainfall runoff and erosion in Napa Valley vineyards: effects
of slope, cover and surface roughness. Hydrological Processes 14: p. 1289-1304.
Beven, K. 2000. Rainfall-runoff modeling: - the primer. Chichester: John Wiley and Sons. 359 p.
Bronstert, 1999 Bronstert, A.; Jaeger, A.; Güntner, A.; Hauschild, M.; Döll, P. y M.Krol. 1999.
Integrated modelling of water availability and water use in the semi-arid Northeast of Brazil.
Journal: Physics and Chemistry of the Earth. 7p.
Donoso, C. 1993. Bosques Templados de Chile y Argentina. Variación, Estructura y Dinámica.
Editorial Universitaria. Santiago de Chile. 484 pp.
Flanagan, D.; M. Nearing. 1995. USDA - Water erosion prediction project hillslope profile and
watershed model documentation. USDA-ARS National Soil Erosion Research Laboratory. NSERL
Report No. 10. West Lafayette, Indiana.
21
Fuenzalida, H. 1965. Clima. En: Geografía Económica de Chile. Texto refundido. Corporación de
Fomento de la Producción, CORFO, Santiago, pp. 99-152.
Gayoso, J.; Schlegel, B.; Acuña, M. 2000. Guía de conservación de agua. Proyecto Certificación
Manejo Forestal Regiones VIII, X y XII. UACH. Valdivia. 50 p.
Gurtz, J.; Zappa, M.; Jasper, K.; Lang, H.; Verbunt, M.; Badoux, A. y Vitvar, T. 2003. A comparative
study in modelling runoff and its components in two mountainous catchments. Hydrological
Processes 17, 297-311.
Haan, C.; Johnson, H.; Brakensiek, D. 1982. Hydrologic modeling of small watersheds. ASAE.St.
Joseph, Michigan, U.S.A.533p.
Hornberger, G. and Boyer, E. 1995. Recent advances in watershed modelling. U.S. National Report to IUGG, 1990-1993, Reviews of Geophysics, Suppl: 949-957
Jensen, K. y Mantoglou, A. 1992. Application of stochastic unsaturated flow theory, numerical
simulations, and comparisons to field observations, Water Resour. Res., 28, 269–284.
Luebert, F.; P. Pliscoff. 2006. Sinopsis bioclimática y vegetacional de Chile. Editorial Universitaria.
Santiago de Chile. 316 pp.
Mitasova, H.; L. Mitas; W.M. Brown. 1998. Multiscale simulation of land use impact on soil erosion
and deposition patterns. In: Sustaining the Global Farm. Select papers from the 10th International
Soil Conservation Organization Meeting. Pardue University and USDA-ARS National Soil Erosion
Research Laboratory. P. 1163-1169.
MORGAN, R.P.C. 2005. Soil Erosion and Conservation. Third edition. New York: Longman
Novoa, P. 1998. Estimación de la evapotranspiración actual en Bosques. Teoría. Bosque 19(1): 111
– 121.
O’Connell, P. 1991. A historical perspective. In: Seminario. Pronóstico y modelación hidrológica.
Santiago 8-9 Octubre 1991. 30 p.
Post, J; Förch G y Schütt B. s.f. 2001. Effects of recent environmental change and human impact on
the upper Rio Guadalentin watershed, Province Murcia, SE Spain-Aplication of a distributed
waterbalance model-. INTERNET: http://www.pik-potsdam.de/~post/paper_dresden.pdf (Enero
22, 2010)
22
Promis, A., Cruz G. 2009. Fotografías hemisféricas: un método para estimar estructuras del dosel
arbóreo e iluminación en el interior del bosque. Articulotécnico. Bosque nativo 44(May-Ago): 12 –
15.
Ruiz-Colmenero, M.; Bienes, R.; Marquez, M. 2010. Runnoff and soil loss under different land
management practices in vineyards: grass cover treatments and traditional tillage. Results from
simulated rainfall. Geophysical Research Abstracts, Vol 12, EGU2010-4153-6, EGU General
Asembly 2010.
Suárez, G. 2005. Coeficientes de exportación de sedimentos para la cuenca del río grande de
arecibo. Tesis sometida en cumplimiento parcial de los requisitos para el grado de maestro en
ciencias en ingeniería civil universidad de puerto rico recinto universitario de Mayagüez. 214p.
