Efectos de la Inundación sobre el suelo

Erosión Hídrica

Del latín erosĭo, la erosión es el desgaste que se produce en la superficie del suelo por la acción de agentes externos (como el viento o el agua) o por la fricción continua de otros cuerpos. La erosión hídrica es el proceso por el cual se produce el desprendimiento, transporte y deposición de las partículas de suelo por acción de los siguientes agentes principales:

 La energía cinética de la gota de lluvia: La energía de las lluvias se disipa sobre la superficie del suelo produciendo la ruptura de los terrones y agregados, generando una salpicadura (erosión por salpicadura) que desprende partículas que luego son arrastradas pendientes abajo. Este fenómeno de disipación de la energía de la lluvia está relacionado a la pérdida de infiltración del suelo.

 La escorrentía en movimiento: Este agente erosivo produce el desprendimiento de nuevo suelo y el transporte del suelo removido, en una magnitud proporcional al caudal escurrido y a la velocidad que adquiere el flujo de agua sobre la superficie. Este agente produce los fenómenos erosivos más visibles (por ejemplo cárcavas), y es el responsable del movimiento de las partículas de suelo removidas. Pueden distinguirse dentro de la escorrentía dos tipos de flujo: el flujo laminar (erosión laminar o mantiforme), que se mueve con una velocidad lenta, y el flujo turbulento/concentrado o flujo en surcos (erosión en surcos), con una velocidad que puede llegar a 4 m/s, y que es el responsable de la mayor parte del transporte de sedimentos. La energía puesta en juego en cada tipo de erosión, y la magnitud del transporte de sedimentos generada por cada una de ellas se indica en la Tabla 3.1 (Morgan, 1995). (Citado en Cisneros & otros, 2012, p. 61).  La gravedad: La sola acción de la gravedad es capaz de mover el suelo, especialmente

cuando está mojado y en ambientes de altas pendientes. Los movimientos en masa, deslizamientos de laderas, erosión lateral de meandros de ríos, avalanchas de nieve son ejemplos de la acción de la gravedad en procesos erosivos (Troeh et al., 1991). (Citado en Cisneros & otros, 2012, p. 61).

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Tabla 2:Energía y eficiencia de cada forma de erosión hídrica. (Morgan, 1995). Forma de erosión Masa Velocidad típica (m/s) Energía cinética Energía para erosión Transporte de sedimentos observado (g/cm) Salpicadura (gota de lluvia) R 9 40.5 R 0.081 R 20 Mantiforme (laminar) 0.5 R 0.01 2.5X10-5 R 7.5x10-7 R 400 Surcos (turbulento) 0.5 R 4 4 R 0.12 R 19000

(Cisneros & otros, 2012, p. 61).

La erosión mantiforme tiene la menor energía cinética para desprender partículas, pero el flujo es capaz de transportar una elevada cantidad de los sedimentos desprendidos, mientras que el flujo concentrado en surcos, posee una mayor energía, tanto para desprender partículas, como para poder transportarlas eficientemente. (Cisneros & otros, 2012, p. 62). De estas consideraciones surge que la erosión hídrica y los procesos de desprendimiento, transporte y deposición (también llamada sedimentación) forman parte de un mismo fenómeno complejo en cuanto a sus causas, dinámico en el tiempo y susceptible de ser estudiado y tratado a diversas escalas de tiempo y espacio. En una escala elemental de lote o ladera o aún menor, de sitio específico, la erosión hídrica puede estar limitada por la capacidad de desprendimiento o por la capacidad de transporte. Tanto la lluvia como el escurrimiento tienen ambos capacidad de desprendimiento de suelo y de transporte de sedimentos, siendo aquel proceso que ocurra en menor medida el que finalmente determina cuanto suelo se pierde de una ladera (Cisneros & otros, 2012, p. 62).

El desprendimiento por escorrentía comienza cuando las fuerzas de tracción del agua superan la resistencia al corte del suelo. La resistencia tractiva del agua depende de su velocidad y viscosidad, mientras que la resistencia al corte del suelo depende del grado y

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tamaño son más pesadas, y las de menor tamaño tienen mayores fuerzas de cohesión. (Cisneros & otros, 2012, p. 62).

La velocidad del escurrimiento superficial está regida por la ecuación de Manning, y depende de un coeficiente de rugosidad (n) dado por las características de la superficie, del radio hidráulico (R) que depende del espesor de la capa de escorrentía, y de la pendiente (S) del terreno. La capacidad de transporte de la escorrentía es proporcional al caudal escurrido (Q) y a la velocidad de la corriente (V). Cuando la velocidad llega a un umbral mínimo, en el que las partículas de suelo no pueden mantenerse dentro del flujo, comienza el proceso de sedimentación. Inversamente cuando un flujo erosivo tiene colmada su capacidad de transporte de sedimentos, estos comienzan a depositarse y el flujo no produce un desprendimiento adicional. En otras palabras, cuanto menos sedimento lleva un flujo de escorrentía, mayor es su capacidad de desprendimiento, el cual se va reduciendo paulatinamente hasta que se colma la capacidad de transporte (el flujo se satura de sedimento). Se conoce como el fenómeno de “aguas claras” al incremento de la capacidad erosiva de un flujo, cuando pierde su carga de sedimentos (por ejemplo, por efecto de un embalse). En estas condiciones el flujo incrementa su potencial erosivo aguas abajo del embalse, debiendo preverse este efecto entre los posibles impactos ambientales negativos de este tipo de obras (Kirby y Braken, 2005). (Cisneros & otros, 2012, p. 63).

El comportamiento de los tipos de suelos frente a estos procesos es variable, ya que en algunos suelos la erosión estará limitada por la capacidad de desprendimiento, y en otros por la capacidad de transporte. En suelos arcillosos, de alta cohesión y adhesión de partículas, la erosión estará limitada por la capacidad de desprendimiento de suelo, tanto por lluvia como por escorrentía. En este caso, si bien la generación de escorrentía Q puede ser alta, la resistencia del suelo hace que la tasa de erosión quede limitada por el desprendimiento. En el caso extremo de los suelos arenosos, con muy baja estabilidad del material, la erosión estará limitada por la capacidad de transporte, ya que los suelos presentan alta permeabilidad, con lo cual el caudal Q será bajo, a pesar de que las partículas pueden ser desprendidas fácilmente. En el caso de los suelos limosos o franco arenosos finos, las tasas de erosión son máximas ya que, por un lado las partículas pueden ser fácilmente desprendidas por su tamaño y relativamente baja estabilidad, y por otro son suelos que al sufrir encostramiento pueden generar grandes volúmenes de escorrentía, con lo cual la erosión no estará limitada por ninguno de ambos procesos. (Cisneros & otros, 2012, p. 63).

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En una escala aún mayor la erosión se relaciona con los procesos de inundación- sedimentación, de la cual forma parte esencial, por ocurrir en los sectores altos de las cuencas. El control de la erosión a esta escala, permite el abordaje de los efectos extra- prediales del fenómeno y que generan daños (externalidades negativas) que pueden observarse cíclicamente en fenómenos de rotura de infraestructura de rutas y caminos, desborde de arroyos, sedimentación de depresiones, etc. (Cisneros & otros, 2012, p. 63).

Erosión de cursos permanentes

Los bordes y fondos de ríos y arroyos son las zonas de la cuenca más susceptibles a la erosión en virtud de su proximidad al cauce y a que deben soportar la máxima energía de las crecientes, ya que son los lugares de traslado y concentración de escurrimientos. (Cisneros & otros, 2012, p. 72).

La erosión de márgenes se produce en el pie del río debido a la acción erosiva de la corriente que desestabiliza la base y produce el desmoronamiento del resto de la margen, en forma similar al mecanismo descripto para la erosión en cárcavas. Este mecanismo se da típicamente en los sectores cóncavos de meandros o curvas de ríos de llanura, y es responsable del avance (también llamado corrimiento de meandros) del meandro sobre otras tierras. (Cisneros & otros, 2012, p. 72).

Es un fenómeno relacionado estrechamente a la eliminación de la vegetación de la zona de riberas de la mayor parte de los ríos de la región central de Argentina, causada por el avance de la frontera agrícola y la sobreexplotación del recurso forestal, arbustivo y herbáceo de los denominados bosques en galería. Otros aspectos que regulan la magnitud de este tipo de erosión son la presencia de materiales poco cohesivos en las márgenes y la frecuencia y caudal de las crecientes ocurridas en la cuenca de aporte. (Cisneros & otros, 2012, p. 72). Un curso puede estar en equilibrio si el nivel medio de la margen y el fondo no varían; se está erosionando si este nivel disminuye, y se está sedimentando si aumenta. Otros tipos de erosión de los cursos son las siguientes (Pouey, 1998) (Citado en Cisneros & otros, 2012, p.

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 Erosión transversal: se produce en todas aquellas secciones donde se reduce el ancho del río,

 Erosión en las curvas: consiste en la profundización del cauce en la zona cercana a la orilla cóncava (meandro)

 Erosión al pie de obras: se produce cuando el flujo rodea a alguna obra realizada en el lecho del río.

 Erosión local en estribos o al pie de obras unidas a la margen: similar a la anterior para obras en la margen.

 Erosión aguas abajo de presas: ocurren cuando se reduce la carga de sedimentos de la corriente por acción de las presas (“aguas claras”).

 Erosión local aguas debajo de obras de desagüe: se producen al pie de obras de descarga desde la margen al río.

 Erosión aguas arriba de cortes de meandros y rectificaciones: se producen al alterar la forma de un meandro por canalización y rectificación, hay aumento de la pendiente de fondo, de la velocidad y de la carga de sedimentos, que puede incrementar la erosión de fondo aguas abajo de la obra.

 Erosión bajo tubería: se produce cuando se colocan tubos en el lecho del río.

La erosión de fondo de los cauces (disminución del nivel de base) es un fenómeno relacionado a la pérdida paulatina de material del lecho, a causa de los caudales erogados en la cuenca, a la carga de sedimentos y al tipo de material del fondo. Es un fenómeno que afecta a la mayoría de los cursos permanentes del centro argentino, en especial aquellos que han sufrido degradación biológica de sus márgenes o degradación de su estado geomórfico (Brierkley y Friyrs, 2005). Como ejemplo de este deterioro puede mencionarse la disminución del nivel de base del cauce del río Cuarto, del orden de 4 m, desde el año de construcción del puente carretero (1912), hasta la construcción del azud nivelador (2003), construidos con el objetivo de controlar la erosión de fondo, y proteger los pilares de dicho puente y el puente ferroviario. (Cisneros & otros, 2012, p. 73).

Entre las principales causas antrópicas de la erosión de fondo de los cauces pueden citarse:  Extracción de áridos (arena) del lecho,

 Construcción de embalses (“aguas claras”),

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 Deforestación de márgenes,  Rectificación de meandros.

Velocidades A Las Cuales Se Produce Erosión

Algunos autores relacionan la erosión directamente con la velocidad del agua, y suponen que existe una velocidad crítica a la cual se inicia el movimiento de las partículas de suelo. La resistencia a la erosión depende de muchos factores y la mejor forma de calcularla es realizando un ensayo de erosión para determinar la velocidad erosionante o la fuerza tractiva que produce erosión en ese suelo específicamente. Sin embargo, existen tablas muy simples que definen la velocidad erosionante para diversos tipos de suelo. Es importante, además, calcular o medir las velocidades reales del agua en la superficie de contacto cauce - agua para determinar la potencialidad de ocurrencia de erosión en cada caso. (Suárez, 2001, p. 47) Ecuación de Richardson y Richardson

Con base en el concepto de fuerza tractiva crítica 𝜏_𝑐, Richardson y Richardson desarrollaron la siguiente ecuación para calcular la velocidad crítica a la cual se produce erosión:

VC=

Ks1/2(SS-1)1/2D1/2y1/6

n …18

K_S=Coeficiente que depende de la forma de las particulas

Schafernak distingue tres velocidades características en el acarreo de partículas aisladas:  Velocidad crítica inferior Va capaz de desprender la partícula del lecho.

 Velocidad de transporte Vc

 Velocidad límite superior Vb capaz de poner en movimiento la partícula.

La presencia de coloides o sólidos en suspensión, así como la concentración de sedimentos en carga de fondo afectan en forma importante la velocidad de erosión. (Suárez, 2001, p. 47)

Tabla 3:Velocidad limite en m/s, para diferentes situaciones, (Suárez, 2001)

Diámetro de las Velocidad límite Velocidad de Velocidad crítica

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10 0.70 0.51 0.39 15 1.05 0.70 0.59 20 1.29 0.86 0.62 25 1.47 0.96 0.70 30 1.57 1.05 0.78 40 1.68 1.16 0.88 50 1.76 1.21 0.93 60 1.86 1.27 0.98 70 1.96 1.30 1.00 (Suárez, 2001, p.47)

La resistencia que ejerce una superficie de suelo al flujo de agua depende de la rugosidad de esta superficie. La rugosidad a su vez depende del tamaño y forma de las partículas, así como de las características del flujo. No existe un sistema preciso y confiable de determinar la rugosidad y pérdida de energía del flujo. La mayoría de los métodos conocidos son empíricos. El sistema más utilizado universalmente es el de los coeficientes de Manning. (Suárez, 2001, p.48)

Erosionabilidad

La erosionabilidad o erodabilidad, es la susceptibilidad o facilidad con que un suelo es desprendido y transportado por los fenómenos erosivos. El problema de la erosión no es un problema de corte profundo sino un problema de fuerzas en la superficie del suelo; la influencia de la geometría y la localización de las partículas tienen gran influencia. Las partículas en la superficie están expuestas a fuerzas netas menores que las que están debajo de la superficie y cuando existe orientación de la partícula, la erosión es mucho menor. La iniciación del movimiento de una partícula de suelo debido a la acción hidráulica se define como el instante en el cual las fuerzas generadas por el fluido arrancan y levantan la partícula produciendo su movimiento, excediéndose por lo tanto la fuerza estabilizante debida a la gravedad y las fuerzas de fricción y cohesión. Los fenómenos son diferentes para suelos granulares y para suelos cohesivos. (Suárez, 2001, p.48)

FACTORES QUE AFECTAN LA EROSIONABILIDAD La erosionabilidad depende de las propiedades del suelo y del agua. Agena y Saad (1995) cuantifican la erosionabilidad por

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medio de tres factores: dispersión de las arcillas, erosión propiamente dicha y granulometría del suelo. (Suárez, 2001, p.48)

Vanoni expresa que los factores básicos que definen la erosionabilidad de un suelo son: a. Tamaño y distribución de las partículas

b. Resistencia al corte (Cohesión) c. Índice de plasticidad

d. Contenido de arcilla

e. Porcentaje de arena, limo y arcilla f. Tipo de arcilla

g. Dispersibilidad de la arcilla h. Valencia de los Iones absorbidos i. Tamaños de los Iones absorbidos j. Porcentaje y tipo de los suelos disueltos k. Temperatura

l. Orientación de las partículas

m. Factores geométricos (estado de esfuerzos) n. Humedad natural antes de la lluvia

o. Área expuesta

p. Intensidad de la lluvia q. Pendiente del terreno r. Rata de escorrentía

s. Profundidad de la escorrentía t. Velocidad de la escorrentía

u. Longitud de recorrido de la escorrentía v. Características de la cobertura vegetal

La erosionabilidad es una propiedad cuyas causas específicas son muy complejas y dependiendo de las características del fenómeno en cada sitio, algunos de los factores indicados tienen importancia muy superior a los otros. Para suelos granulares (arenas y

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Tabla 4:Velocidad critica de arrastre para diferentes condiciones de agua.

Materiales Aguas limpias Aguas con limos finos Aguas con arena y grava Arena Fina 0.45 0.76 0.45 Arena limosa 0.53 0.76 0.61 Limos arenosos 0.61 0.91 0.61 Limos no coloidales 0.61 1.06 0.61 Ceniza volcánica 0.75 0.90 0.60 Gravas finas 0.76 1.52 1.14 Arcilla compacta 1.14 1.51 0.91 Arena gravo limosa 1.14 1.52 1.52 Limos coloidales 1.15 1.52 0.91 Gravas gruesas 1.20 1.50 0.90 Limos coloidales y guijarros 1.22 1.68 1.52 Guijarros 1.22 1.82 1.98 Cantos aluviales 1.50 1.65 1.95 Lutitas fracturadas 1.80 1.80 1.50 Esquistos y bloques de roca 1.82 1.82 1.42 (Suárez, 2001, p.49)

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DE AGROPECUARIAS

Factores a tener en cuenta en el análisis de un río

Tabla 5:Factores a tener en cuenta en el análisis de inundación de un río.

FACTOR VARIABLE

TIEMPO Historia geológica. Tiempo moderno. Tiempo reciente.

Tiempo futuro de análisis

GEOLOGIA Litología. Tectónica. Estructura. Geomorfología.

Meteorización. Heterogeneidad geológica.

SUELOS Tipo, gradación y peso específico. Distribución de los

diferentes tipos de suelo en la alteración física y química. Grado de densificación. Permeabilidad – infiltración. Erosionabilidad

HIDROLOGIA Lluvias anuales – mensuales – diarias – horarias,

Intensidades máximas de aguaceros Magnitud - Intensidad y duración de las lluvias. Caudales. Tipo y forma de hidrograma

COBERTURA VEGETAL

Tipo de vegetación. % de cobertura vegetal y su distribución. Prácticas de cultivos. Modificaciones de la cobertura por acción antrópica

TOPOGRAFIA Topografía, pendiente, morfología de la cuenca. Perfil

longitudinal del río Morfología en planta, tipo de río (semirecto, sinuoso, trenzado, meándrico) Sinuosidad, radios de curvatura, ancho de divagación, distancia entre meandros Distancia entre barras o islas, alineamiento general, sección, forma, ancho, Profundidad, fondo, formas del fondo, forma de dunas o barras, rápidos y fosas

HIDRAULICA Pendiente del flujo. Rugosidad del fondo del cauce.

Velocidad. Distribución de velocidades. Radio hidráulico. Fuerza tractiva. Resistencia al flujo. Poder de la corriente

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partículas en suspensión. Velocidad de caída. Mecánica del transporte

ALTERACIONES

DE ORIGEN

ANTROPICO

Sitios, volúmenes y procedimientos de explotación de materiales en el cauce y riberas. Localización y características de estructuras en el río (puentes, etc.). Estructuras de orilla. Canales de riego. Presas. Localización de asentamientos humanos. Rectificación del cauce

(Suárez, 2001)

Efectos Químicos De La Inundación De Suelos

Niveles de oxigeno

Cuando el suelo este inundado (condiciones anaeróbicas), los microorganismos usan el O2 disponible para sobrevivir. La concentración de O2 libre se reduce completamente alrededor de dos días después de la inundación. Mientras más tiempo pasa el suelo inundado menor es el contenido de O2 (más reducido). Algo de O2 se mueve desde el aire, a través del agua de inundación y oxigena una capa de 2-3 cm en superficie del suelo. Mientras más profunda sea la lámina de agua, menor la cantidad de O2 que se puede mover desde el aire al suelo. La mayoría de los cultivos de secano no pueden tolerar prolongada inundación. (Snyder & Slaton, 2003).

El pH del suelo: Después que se inunda el suelo, sin importar el pH original antes de la inundación, el pH del suelo inundado tiende a ser neutro (pH 6.5 a 7.5). El pH de suelos alcalinos se reduce y el pH de suelos ácidos se incrementa. El cambio de pH después de la inundación puede tardar varias semanas, dependiendo del tipo de suelo, niveles de materia orgánica, población microbiana, temperatura y otras propiedades químicas del suelo. (Snyder & Slaton, 2003).

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Grafica 12:Efectos de la inundación en el pH del suelo. Adaptado de Chemistry of submerged soils. Advance in Agronomy, 1972.

El incremento de la disponibilidad P en condiciones de inundación tiene que ver con la reducción de fosfatos férricos (Fe+3) a fosfatos ferrosos (Fe+2), a la liberación de P de componentes insolubles de Fe y Al y a cierta disolución de fosfatos de Ca cuando existen altos niveles de CO2 en la solución del suelo. La liberación de P mediante estos procesos puede tomar varias semanas después de la inundación. Este flujo inicial de P liberado puede fijarse en las partículas de arcilla e hidróxido de Al (AlOOH), y en algunos suelos con altas cantidades de Fe y Al activo puede aun resultar en una reducción en la disponibilidad de P en el suelo. (Snyder & Slaton, 2003).

El mantener niveles medios a altos de P en el suelo ayuda a protegerse de la potencia fijación de P y asegura que el P pueda ser reabastecido rápidamente a la solución de P del suelo tan pronto como las raíces depriman la concentración de iones fosfatos en la solución. Los iones de fosfato se mueven por el proceso de difusión, o sea se mueven de área de alta concentración a áreas de menor concentración en el suelo. Este proceso es más rápido en

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Grafica 13: Efectos de la inundación en la disponibilidad de P. Adaptado de Chemistry of submerged soils. Advance in Agronomy, 1972.

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