UNIVERSIDAD ANDINA
“NÉSTOR CÁCERES VELÁZQUEZ”
FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA Y
AMBIENTAL
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO SANITARIO Y AMBIENTAL
JULIACA – PERÚ
2019
EFECTO DEL CAMBIO DE USO DEL SUELO SOBRE LA PRODUCCIÓN DE AGUA Y SEDIMENTOS EN LA SUBCUENCA DEL RIO LLALLIMAYO -
MELGAR - PUNO.
PRESENTADA POR
Bach. WLADEMIR ROGER CONDORI QUISPE
ii
DEDICATORIA
A Dios, por brindarme fortaleza en la vida y
durante mi formación profesional.
A mis queridos padres Crisóstomo Condori
Chipana y Teófila Quispe Ordoñez por el apoyo
iii
AGRADECIMIENTOS
Expreso un profundo y mi más sincero agradecimiento:
A la Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez”, mi Alma Mater por acogerme en estos
años de estudios.
A la Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras, Escuela Profesional de Ingeniería Sanitaria y
Ambiental, por haberme brindado conocimientos y formarme profesionalmente.
A cada uno de los docentes de la Escuela Profesional de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Por sus
enseñanzas concedidas y el tiempo de dedicado para el logro de mi profesión.
A mis jurados de tesis, Dr. Ing. Oscar Vicente Viamonte Calla, Ing. Miguel Ángel Cáceres Calvo
y M.sc. Ing. Jesús Esteban Castillo Machaca, por sus excelentes aportes y sugerencias.
A mi asesor de tesis, Ing. Renny Daniel Díaz Aguilar por su apoyo categórico durante todo el
presente trabajo de investigación.
Al Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología SENAMHI – Perú y Dirección Regional
Agraria Puno DRAP, por proporcionarme acceso a los datos climáticos y de sembrío que fueron
iv
ÍNDICE
Dedicatoria ... ii
Agradecimientos ... iii
Resumen ... ix
Introducción. ... xi
1 Aspectos generales. ... 1
1.1 Análisis de la situación problemática. ... 1
1.2 Planteamiento del problema. ... 2
1.2.1 Problema general. ... 2
1.2.2 Problemas específicos: ... 2
1.3 Objetivo de estudio. ... 2
1.3.1 Objetivo general. ... 2
1.3.2 Objetivos específicos: ... 2
1.4 Justificación del estudio. ... 3
1.5 Hipótesis. ... 3
1.5.1 Hipótesis general. ... 3
1.5.2 Hipótesis Específicas. ... 3
1.6 Variables. ... 4
1.6.1 Variable dependiente ... 4
1.6.2 Variable independiente ... 4
1.7 Operacionalizacíon de variables. ... 4
2 Marco teórico. ... 5
2.1 Antecedentes. ... 5
2.1.1 Estudios a nivel internacional. ... 5
2.1.2 Estudios a nivel nacional. ... 6
v
2.2.1 Descripción de la subcuenca Llallimayo ... 7
2.2.2 Uso del suelo. ... 9
2.2.3 Cambio de uso del suelo en cuencas hidrográficas. ... 10
2.2.4 Cobertura vegetal. ... 10
2.2.5 Degradación de coberturas vegetal y suelos ... 13
2.2.6 Cuenca. ... 14
2.2.7 Ciclo hidrológico ... 15
2.2.8 Hidrología superficial. ... 16
2.2.9 Erosión hídrica ... 20
2.2.10 Modelo hidrológico SWAT. ... 24
2.2.11 Calibración y validación del modelo SWAT. ... 35
2.2.12 Limitantes del modelo hidrológico SWAT. ... 37
2.3 Marco conceptual. ... 39
2.3.1 Producción de agua. ... 39
2.3.2 Producción de sedimentos. ... 39
2.3.3 Uso de suelos. ... 39
2.3.4 Máxima avenida. ... 39
2.3.5 Estiaje. ... 39
2.3.6 Erosión ... 40
2.3.7 Tierras Aptas para Pastos. ... 40
2.3.8 Actividad Agropecuaria. ... 40
3 Metodología ... 41
3.1 Tipo de investigación ... 41
3.2 Técnicas e instrumentos ... 41
3.2.1 Técnicas. ... 41
3.2.2 Instrumentos. ... 41
vi
3.3.1 Obtención de la información. ... 42
3.3.2 Aplicación del modelo hidrológico SWAT en la sub cuenca Llallimayo. .... 46
3.3.3 Definición de las Unidades de Respuesta Hidrológica (HRUs) ... 47
3.3.4 Incorporación de datos climáticos y creación de base de datos final. ... 47
3.3.5 Simulación hidrológica con el modelo SWAT. ... 49
3.3.6 Generación de caudales bases por Modelo Hidrológico SWAT ... 49
3.3.7 Implementación del escenario de cambio de uso de suelo. ... 52
3.3.8 Simulación de caudales con el cambio de uso de suelo. ... 58
3.4 Matriz de consistencia. ... 59
4 Resultados y Discusiones. ... 60
4.1 Resultados. ... 60
4.1.1 Calibración y validación. ... 60
4.1.2 Generación de caudal base para la subcuenca Llallimayo. ... 61
4.1.3 Simulación de caudales con escenario de cambio. ... 63
4.1.4 Simulación de producción de sedimentos con escenario de cambios ... 66
4.2 Discusiones ... 68
5 Conclusiones y recomendaciones. ... 71
5.1 Conclusiones. ... 71
5.2 Recomendaciones ... 72
Bibliografía ... 73
vii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Cuadro de Operacionalización de variables. ... 4
Tabla 2 Clasificación de erosión según su magnitud. ... 24
Tabla 3 Valores de referencia de criterio Nash Sutcliffe ... 36
Tabla 4 Adecuación de la base de datos del (MINAM), a la base de datos del modelo hidrológico SWAT. ... 44
Tabla 5 Adecuación de la base de datos de la FAO al modelo hidrológico SWAT. ... 45
Tabla 6 Parámetros más sensibles que afectan la calibración manual del modelo hidrológico SWAT ... 50
Tabla 7 Porcentaje utilizado para crear la cobertura vegetal denominado Pastizal degradado ... 53
Tabla 8 Porción de la base de datos del modelo hidrológico SWAT ... 54
Tabla 9 resultado de la combinación de las coberturas vegetales estéril 75% + pastizal 25% ... 55
Tabla 10 Cultivos implementados en los últimos años en la subcuenca Llallimayo. ... 56
Tabla 11 Área de Pasto naturales sin implementación de cultivos mejorados. ... 56
Tabla 12 Porcentaje utilizado para crear la cobertura vegetal denominado "Cultivos Implementados" ... 57
Tabla 13 Porcentajes utilizados para crear la cobertura vegetal denominada "Pastos Naturales Sin Cultivar Degradados”... 57
Tabla 14 Porcentajes utilizados para crear la cobertura vegetal denominada "Cultivos Agrícolas Permanentes y Transitorios" ... 58
Tabla 15 Matriz de Consistencia. ... 59
Tabla 16 Valores de criterio de Nash Sutcliffe ... 61
Tabla 17 Cuadro de prefijo del cuadro de salida del modelo hidrológico SWAT. ... 63
viii
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Tipos de cuencas ... 14
Ilustración 2: Características de cuenca hidrológica ... 15
Ilustración 3: Grafica del ciclo hidrológico en una cuenca hidrológica. ... 16
Ilustración 4: Componentes del modelo hidrológico SWAT ... 28
Ilustración 5 Interfaz del ArcSWAT para delimitación de cuenca. ... 46
Ilustración 6 interfaz del ArcSWAT incorporar datos de uso de suelos y cobertura vegetal. ... 47
Ilustración 7 Interfaz del ArcSWAT para ingresar datos climáticos. ... 48
Ilustración 8 Interfaz del ArcSWAT para creación de tablas de base de datos. ... 48
Ilustración 9 Interfaz del ArcSWAT para configurar la simulación. ... 49
Ilustración 10 Interfaz del ArcSWAT para la calibración. ... 51
Ilustración 11 Mapa de identificación de problemáticas. ... 53
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Resultado de la simulación final de caudal en la cuenca Ramis. ... 60Gráfico 2 Generación de caudal base para la subcuenca del rio Llallimayo. ... 62
Gráfico 3 Generación de datos de producción base de sedimentos. ... 62
Gráfico 4 Comparación entre el caudal base y el caudal con escenario de la subcuenca Llallimayo. ... 64
Gráfico 5 Diferencias de caudales por cada mes de simulación en la sub cuenca del rio Llallimayo. ... 65
ix
RESUMEN
En el presente trabajo de investigación, “Efecto del cambio de uso del suelo sobre la
producción de agua y sedimentos en la subcuenca del rio Llallimayo – Melgar – Puno” se
aplicó el modelo hidrológico SWAT, con el fin de evaluar la producción de agua y
sedimentos ante el cambio de uso del suelo que se van originando por las actividades
agropecuarias. Para ello, se realizó la calibración y validación del modelo hidrológico en la
cuenca Ramis, usando datos diarios observados en la estación hidrometeorológica “Puente
Ramis”, para que de esta manera se pueda generar los caudales base de la subcuenca
Llallimayo utilizando los mismos parámetros de calibración y validación. Posterior a ello,
se planteó el escenario de cambio de uso de suelo, tomando en cuenta los datos de sembríos
de la Dirección Regional Agraria Puno e información de degradación de pastos según (Rojas,
et al 2016), para finalmente realizar la simulación de caudales con dicho escenario de
cambio. Como resultado en la validación se obtuvo un coeficiente R² de 0.79 y un coeficiente
NSE de 0.75 en caudales diarios, del mismo modo, los caudales con escenario de cambio
simulados se incrementaron en épocas de máxima avenida en un promedio de 62 m³/s
equivalente a un 8.5 % con respecto a caudal base y en épocas de estiaje disminuyo en un
promedio de 5 m³/s equivalente a un 12.36% con respecto con el caudal base, así mismo, se
observó un incremento en la generación de sedimentos en un promedio de 1.88 Tn/ha-mes
equivalente a un 75% en los meses de máxima avenida. Lo que nos indica que el cambio de
uso de suelo tiene un efecto negativo, provocando aumentos en las pérdidas de recurso
hídricos en los meses de máxima avenida y menos disponibilidad hídrica en los meses de
estiaje, de la misma forma provoca erosión de suelos por el incremento de arrastre de
sedimentos.
Palabras claves: uso de suelos, producción de agua, degradación, modelo hidrológico,
x ABSTRACT
In the present work of investigation, "Effect of the change of use of the floor on the
production of water and sediments in the sub-basin of the river Llallimayo - Melgar - Puno"
the SWAT hydrological model was applied, in order to evaluate the production of water and
sediments before the change in land use that originates in agricultural activities. For this, the
calibration and validation of the hydrological models in the Ramis basin was performed,
using daily data observed in the hydro meteorological station "Puente Ramis", so that in this
way the flows are generated at the base of the sub-basin. And validation. Subsequently, the
scenario of change in land use was considered, the data of the Puno Regional Agricultural
Directorate were taken into account and the pasture degradation information according to
(Rojas, et al 2016), to finally perform the simulation of flows with this scenario of change.
As a result of the validation, a R² coefficient of 0.79 and a NSE coefficient of 0.75 were
obtained in daily flows, in the same way, the flows have increased in times of maximum
flooding by an average of 50 m³ / s equivalent to 6% with respect to a caudal base and in
times of low water it decreased by an average of 5 m³ / s equivalent to 12% with respect to
the caudal base, likewise, it refers to an increase in sediment generation in an average of 1.88
TN / ha-month equivalent to 75% in the months of maximum avenue. This indicates that the
change in land use has a negative effect, causing increases in water resource resources in the
months of maximum flooding and less water availability in the months of low water, in the
same way it causes erosion of the soil by the increased sediment carryover.
Key words: land use, water production, degradation, hydrological model, maximum
xi
INTRODUCCIÓN.
Las cuencas hidrográficas, brindan diversos servicios ecosistémicos para beneficios de
los pobladores que habitan en ellas, las cuales son explotadas para las actividades
socioeconómicas. En las cuencas altiplánicas de nuestro país la actividad económica que más
se practica es la agropecuaria, el cual tiene como base importante para su desarrollo el
recurso hídrico y cobertura vegetal que brinda una cuenca.
La actividad agropecuaria se va incrementando con los pasos de los años, ocupando así
nuevas zonas para su desarrollo, sustituyendo de coberturas naturales por pastos cultivados
para el consumo de los animales. Estos cambios son ejecutados por la población sin
planificación alguna, sin medir los efectos que estas puedan causar, ya sea por falta de
información o la carencia de importancia que le dan al tema.
La cobertura vegetal en una cuenta, es un factor importante que afecta directamente en el
balance hídrico de esta, el cual es reflejado en la producción de agua de la cuenca, como así
mismo en la generación de sedimentos.
Ante esta situación se utilizará el modelo hidrológico SWAT, para modelar los efectos
que ocasionan este cambio en el uso del suelo por la actividad agropecuaria, en la subcuenca
Llallimayo, evaluando la variación de la producción de agua y sedimentos
Ante estos cambios, la presente investigación pretende obtener información sobre el
efecto del cambio de uso de suelo sobre el recurso hídrico. Los resultados obtenidos
brindaran información para la planificación y gestión de las actividades agropecuarias, así
1
1 ASPECTOS GENERALES.
1.1 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN PROBLEMÁTICA.
Las cuencas hidrográficas son las fuentes principales que generan recurso hídrico para las
actividades socioeconómicas en el mundo, la disponibilidad hídrica está relacionada
directamente con la cobertura vegetal que presente la cuenca, el cual en los últimos años se
va modificando por el cambio de uso de suelo, ocasionando una variabilidad en la producción
de agua y sedimentos.
En nuestro país, las cuencas tienen como origen las cordilleras de los andes, donde la
población en su mayoría se dedica a la actividad agropecuaria como fuente económica, las
cuales sufren cambios de cobertura por dicha actividad. Los efectos que se producen por
estos cambios están poco estudiados, ya sea por la carencia de interés o por la falta de
información que esta requiere para su desarrollo.
En la subcuenca Llallimayo la actividad económica más predominante es la agropecuaria,
que provoca el cambio de uso de suelo de la subcuenca, implementando cultivos mejorados
en zonas de pendientes bajas en una extensión de 13,242.00 ha, de la misma manera en las
zonas de pendientes altas han sufrido un sobrepastoreo, según (Rojas, et al 2016), en un
estudio realizado en los pastizales alto andinos, obtuvo como resultado que las condiciones
actuales se tiene una carga animal de 1.890 UO/ha-año, el cual, si lo comparamos con la
capacidad de carga que tiene hoy en día los pastizales alto andinos, observamos que se tiene
2
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.2.1 Problema general.
- ¿Cuál es el efecto del cambio de uso del suelo generada por la actividad
agropecuaria, sobre la producción de agua y sedimentos de la subcuenca del rio
Llallimayo?
1.2.2 Problemas específicos:
- ¿Es posible generar un caudal base para la subcuenca Llallimayo, en base a la
calibración y validación del modelo SWAT en la cuenca Ramis?
- ¿Cuáles son las características del escenario del cambio de uso del suelo para la
actividad agropecuaria en la subcuenca del rio Llallimayo?
- ¿Cuáles son los cambios generados por el escenario del cambio de uso del suelo
para la actividad agropecuaria en la subcuenca del rio Llallimayo?
1.3 OBJETIVO DE ESTUDIO. 1.3.1 Objetivo general.
- Determinar el efecto del cambio de uso del suelo por la actividad agropecuaria,
sobre la producción de agua y sedimentos de la subcuenca del rio Llallimayo
mediante el modelo hidrológico SWAT
1.3.2 Objetivos específicos:
- Generar un caudal base para la subcuenca Llallimayo, en base a la calibración y
validación del modelo SWAT en la cuenca Ramis.
- Implementar las características del escenario del cambio de uso del suelo para la
actividad agropecuaria mediante datos estadísticos en la subcuenca del rio
Llallimayo.
- Evaluar los cambios generados por el escenario del cambio de uso del suelo por la
3
1.4 JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO.
El presente trabajo de investigación, busca con sus resultados aportar información
referencial para próximas investigaciones, así mismo, para la planificación, planteamiento
de proyectos y toma de decisiones en la subcuenca. A través de la simulación hídrica, se
podrá establecer el grado de afectación y su comportamiento, cuantificando la variación de
producción de agua y sedimentos provocado por la modificación la cobertura vegetal como
parte del uso del suelo por actividades agropecuarias, esto nos permitirá plantear alternativas
que mejoren el manejo de la subcuenca del rio Llallimayo y mejoren el aprovechamiento
adecuado de los recursos naturales por parte de los pobladores, a quienes se les podrá dar a
conocer y concientizar sobre los efectos que conllevan el realizar las actividades
agropecuarias sin planificación.
1.5 HIPÓTESIS. 1.5.1 Hipótesis general.
- El cambio de uso del suelo por la actividad agropecuaria tiene efectos negativos sobre
la producción de agua y sedimentos en la subcuenca del rio Llallimayo.
1.5.2 Hipótesis Específicas.
- Se logró generar un caudal base validado para la subcuenca Llallimayo, en base a la
calibración y validación del modelo SWAT de la cuenca.
- La implementación de las características del escenario del cambio de uso del suelo
para las actividades agropecuarias representa adecuadamente el cambio de cobertura
vegetal que se suscitan en la subcuenca Llallimayo.
- Los cambios generados por el escenario del cambio de uso de suelo por la actividad
4
1.6 VARIABLES.
1.6.1 Variable dependiente
Producción de agua y sedimentos.
1.6.2 Variable independiente
Cambio de uso del suelo.
1.7 OPERACIONALIZACÍON DE VARIABLES.
Se presenta la Operacionalización de variables en la siguiente tabla.
Tabla 1
Cuadro de Operacionalización de variables.
VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES ÍNDICE
Producción de agua y sedimentos
Clima Temperatura °C
Humedad %
Evapotranspiración Mm/seg
Precipitación mm
Escorrentía Caudales diarios m³/seg
Pendiente %
Sedimentos Volumen de sedimentos Tn/año
Uso de suelo Cambio de uso de
suelo
Cobertura vegetal
Km2, ha, Tipo de suelos
5
2 MARCO TEÓRICO. 2.1 ANTECEDENTES.
2.1.1 Estudios a nivel internacional.
(Torres et al, 2004) desarrollaron un estudio en el rio Laja, Guanajuato, México
utilizando el modelo SWAT para el buen manejo de recurso hídrico. Ellos aplicaron una
metodología en dos etapas: a) Calibración del modelo, de forma manual con los parámetros
más sensibles; en un periodo de cinco años, desde 1993 hasta 1997 y b) Validación del
modelo, se realizó en un para un periodo de cinco años, desde 1998 hasta 2002. Obteniendo
resultados en el coeficiente de determinación R² de un valor 0.97, y para la validación esta
fue de un valor 0.95. Concluyeron que: el modelo hidrológicos SWAT sobreestiman o
subestiman los resultados sin previa calibración y validación. Y que, mediante la realización
de una buena calibración, es posible lograr unos resultados aceptables entre los datos
simulados y los aforados.
Así mismo, la investigación aplicando el modelo SWAT en la Microcuenca Quebrada
la Virgen (Carvallo, 2006), en el estado Miranda, Venezuela. Se evaluó, mediante el uso
combinado de dos modelos de simulación, el efecto que el ordenamiento de diversas
coberturas vegetales y tipos de uso de la tierra, ocasionarían sobre el escurrimiento y la
producción de sedimentos. El análisis se efectuó con dos percepciones o alcances distintos
del sistema hidrológico: a) la Microcuenca y sus subcuencas, para lo cual se empleó el
modelo SWAT (Soil and Water Assesment Tool), y b) tipos de suelo y laderas, mediante el
empleo del modelo WEPP (Water Erosion Prediction Project).
Otro investigación que se tiene como referencia, es la investigación aplicada en la
cuenca del rio Magdalena, Ecuador donde se aplicó el modelo SWAT (Gonzales, 2015);
teniendo como finalidad determinar el impacto del cambio de uso del suelo sobre la producción
6
2014); y de esta forma, proponer estrategias de manejo sustentable que permitan la protección y conservación de estas áreas. Para realizar esta investigación, se identificaron tres categorías de uso del suelo y las tres categorías más altas de producción de agua (muy alta, alta y moderada). Finalmente se determinó un incremento del 12,72% en el caudal y una disminución de 49,69 m3/s a 32,86 m3/s de la percolación en el período 1986-2014, demostrando la importancia del bosque (áreas de mayor producción de agua) en la disponibilidad del recurso hídrico. Se concluyó al que al comparar los valores simulados para cada drenaje de la microcuenca, se obtuvo una relación directamente proporcional entre el uso del suelo, las áreas productoras y la percolación, e inversamente proporcional entre el uso del suelo y el caudal, obteniéndose valores de R2 superiores a 0.7, demostrando que, mientras mayor es la superficie de bosque, la percolación de cada drenaje aumenta, mientras la escorrentía superficial disminuye, afectando el flujo de retorno en la época de bajas precipitaciones.
2.1.2 Estudios a nivel nacional.
(Aybar, 2016) aplico el modelo hidrológico SWAT en la cuenca del rio Vilcanota,
Arequipa. Con el objetivo de evaluar espacial y temporalmente las variaciones de la
escorrentía, y así, poder entender las ocurrencias de inundaciones por causa de los cambios
de cobertura vegetal y así mismo analizar su evolución en los años 1988, 2001 y 2014. La
metodología que aplicaron fue la recolección in situ de la información topográfica, uso actual
de suelos, y de tipos de suelos. Con esta información recopilada, el modelo hidrológico
SWAT definió las Unidades de Respuesta Hidrológica (HRUs). Para finalmente proceder a
calibrar el modelo con datos meteorológicos y de esta manera conseguir la simulación de
datos de caudal históricos. Posterior de la calibración, se realizó el modelamiento de la
cuenca, con los cambios de uso de suelos presentados en la cuenca del rio Vilcanota. Al final
del estudio pudieron evidenciar que los cambios han provocado un aumento en la escorrentía
en un promedio de 20.70 m³/s y se toma solo los días, en que se presentó caudales críticos,
7 mantienen, estas aumenten a 22.70 y 79.22 m3/s respectivamente. Concluyendo que, si bien
las simulaciones efectuadas han predispuesto en el rio Vilcanota crezca su caudal y genere
inundaciones, solo el cambio de coberturas vegetales encontradas en la cuenca, no explica
exactamente por sí solas las ocurrencias observadas.
Así mismo (SENAMHI, 2017) aplico el software SWAT en cuenca Ramis y entre otras
de la región Puno. Con el fin de cuantificar el potencial hídrico de la cuenca, que es parte
esencial para la gestión integral de recurso hídrico en el Perú. Primero se evalúo el trabajo
del modelo hidrológico SWAT en la simulación de descargas diarias y mensuales, en la etapa
de calibración y validación. Segundo, se determinó el balance hídrico de los principales
componentes del proceso hidrológico en base al modelo hidrológico calibrado. Sus
resultados muestran que tanto en la etapa de calibración y validación del modelo, el
desempeño de SWAT en la simulación de descargas mensuales es bueno en términos del
coeficiente de eficiencia indicado por Nash-Sutcliffe, en un valor de 0.79. En tanto al balance
hídrico promedio anual de los principales componentes del ciclo hidrológico para los años
1985 - 2015 en la cuenca Ramis, donde se experimenta mayor aporte de precipitación 700.1
mm, así mismo, experimenta la mayor pérdida del sistema hacia la atmósfera por
evapotranspiración real 541.7 mm, 77% de la precipitación. Concluyeron que la cuenca tiene
un buen rendimiento hídrico y a su vez el buen desempeño del modelo en la simulación de
descargas, indica que el modelo tiene la capacidad de cuantificar la contribución de la
escorrentía superficial y el flujo base.
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 Descripción de la subcuenca Llallimayo
La subcuenca Llallimayo está ubicada al norte del departamento de Puno, colindante
con el departamento de Cusco. La subcuenca pertenece a una de las cabeceras de la cuenca
8 elevación tiene una cota de 5327 m.s.n.m. en el nevado de Lamparasi, y la cota más baja de
3875 m.s.n.m. donde confluye con el rio Santa Rosa, y que forman el rio Ayaviri.
El cauce principal tiene una longitud total de 84,51 km la cual cuenta con una
pendiente de 0,0051%, presenta un drenaje de tipo dendrítico con dirección este; los
principales causes de la subcuenca son: el Llallimayo, Surapata, Hatunayllu, Cupimayo,
Macarimayo, Selque, Cachiunu, Turmana, Jayllahua, Sayna, Ocuviri y Vilcamarca, las
importantes lagunas presentes la subcuenca son: Chullpia (trasversada de la cuenca de
Apurímac), Saguanani, Martarcocha Iniquilla, y Calera. Finalmente, los nevados presentes
son el Lamparasi, Oscollani y Quilca. (ANA, 2017).
La subcuenca se encuentra dentro de la provincia de Melgar el cual fue proclamado en
año 2013 como “Capital Ganadera del Perú” mediante la promulgación de la Ley N° 30031,
ya que los pobladores se dedican en su mayoría a la producción agropecuaria, teniendo un
aproximado de 806,845 cabezas de ganado.
El recurso hídrico de la subcuenca Llallimayo son aprovechadas por los pobladores
para llevar acabo sus actividades socioeconómicas, a fin de mejorar el rendimiento de su
producción, se implementan pastos cultivados, en las áreas accesibles, se implementan
pastos exógenos como: trébol, alfalfa, raigrás, avena forrajera, cebada forrajera remplazando
los pastizales en áreas nativas que contienen: (chilliwares, crespillo, entre otros) , de esta
manera mejorando el rendimiento en la ingesta de sus animales, mejorando la eficacia de
masa – energía en sus alimentos.
Por otra parte, la relación de áreas de pastoreo y la población total ganado a nivel nacional
en unidad ovino (U.O) es de 1.94 U.O/ha/año; el Ministerio de Agricultura estableció un
promedio de soportabilidad de 0.5 U.O/ha/año para pastizales naturales nativas en condición
pobre, el cual nos indica que existe una sobrecarga que excede la soportabilidad en cuatro
9 de Puno, reporto una sobrecarga de 2.1 U.O/a-año, nuevamente indicando un total de
1.2UO/ha-año a 1.94UO/ha-año de sobrecarga, el cual refleja el problema de forma más
clara, sobre el exceso de pastoreo de animales en el lugar.
Por otra parte tenemos la investigación “Evaluación de pastos y capacidad de carga
animal en el fundo Carolina de la Universidad Nacional del Altiplano - Puno Perú” (Rojas,
et al 2016), muestra como resultado para la época con presencia de precipitaciones de 0.525
UO/ha-año y para la época de estiaje de 0.425 UO/ha-año, teniendo como promedio un total
de 0.475 UO/ha-año, el cual indica que una hectárea produce forraje suficiente solo para
0.475 UO/ha-año. Pero según la carga actual, y en relación a la condición y calidad los
pastizales altoandinos, se estima una carga real de 1.890 UO/ha-año que, relacionado con la
carga estimada, indica que hay sobrepastoreo; es decir, hay exceso de 1.415 UO/ha-año el
cual también concuerda con los datos del Ministerio de Agricultura sobrepasando cuatro
veces su capacidad.
2.2.2 Uso del suelo.
El uso de suelo es referido a la ocupación que se le dé a un área de superficie determinada,
ya sea por su capacidad agrícola o para otra actividad, esta se puede clasificar según
ubicación como rural o urbano, el cual representa un fundamental elemento para el desarrollo
de la civilización o ciudad (Mocino, 2015).
Es necesario caracterizar la cobertura vegetal y el cambio de uso de suelo según la relación
con las actividades realizadas en el espacio y tiempo, para entender la dinámica de los
componentes; para poder implementar estrategias y políticas que vinculen a la planificación,
manejo y conservación sostenible de los recursos Ojima et al, 1994).
Si bien el uso de suelo y la cobertura vegetal están relacionados, no tienen las mismas
definiciones. Relacionar a una cuenca la cobertura vegetal identificadas por imágenes
10 satelitales no representan adecuadamente los usos de suelos reales suscitadas en el campo
(Cihlar y Jansen, 2001).
2.2.3 Cambio de uso del suelo en cuencas hidrográficas.
La modificación de los elementos naturales que conforman una cuenca hidrográfica,
define el cambio que se va dando en esta. Estas modificaciones logran generar alteraciones
de mayor o menor significancia dentro del sistema. El cual puede ser determinado mediante
observaciones históricas en un periodo de tiempo (Chuvieco, 2010).
2.2.3.1 Efecto del cambio de uso del suelo sobre una cuenca hidrográfica.
La actividad agropecuaria, acuicultura y actividades forestales son las principales
actividades relacionadas al cambio de cobertura vegetal, que se suscita dentro del régimen
hidrológico (FAO, 2000). Además de ya mencionados, se incluyen los factores de
crecimiento poblacional, deforestación el calentamiento global y la generando de situaciones
extremas como quemas forestales sequias e inundaciones (CEPAL, 2013).
2.2.4 Cobertura vegetal.
2.2.4.1 Cobertura vegetal naturales alto andinos.
Las coberturas alto andinas están conformadas por una gran numero de plantas
pertenecientes a la familia de gramíneas hiervas y arbustos, las cuales están diferenciadas
por su morfología y apariencias. Según su predominancia de los pastizales o pastos naturales
alto andinos se clasifican en varios tipos, según el criterio de plantas que tienen una misma
apariencia similar y que ocupan un área determinada. (Flores et al, 2005) representa seis
tipos de pastizal:
a) Pajonal
Esta cobertura vegetal esta principalmente conformada por gramíneas perenes que son
las más dominantes, cespitosas, más conocida con nombre común de “ichu”. Estas
11 m.s.n.m. a 4800 m.s.n.m. aproximadamente. Se desarrollan en las superficies planas como
en altiplanicies empinados o escarpado, así mismo en las depresiones y el fondo de los valles
glaciares. Ocupan un total de 18’192,418 ha, que representa un 14,16 % del área total
nacional, las especies más representativas de esta familia de cobertura vegetal son:
Calamagrostis, Stipa y Festuca. Entre las reconocidas tenemos: Calamagrostis, Festuca
dolichophylla o “chilligua”, recta, Stipa ichu “ichu”, “Festuca weberbaueri”, Stipa obtusa o
“tisña”, Calamagrostis antoniana ó “hatún pork’e”.
b) Bofedales.
Denominados también comúnmente como: “oqo’nales”, que son un conjunto de plantas
semiacuáticas que ocupan suelos que presentan un mal drenaje, que permanece húmedos y
presentan un color verde que las diferencia con otras comunidades de planta. Las especies
más representativas son: Plantago rígida “champa estrella”, Distichia muscoides “kunkuna”,
Hipochoeris taraxacoides “pilli”, Alchemilla pinnata “sillu sillu”.
c) Césped de puna
Tiene un predomino de las plantas cespitosas de tamaño menor, plantas arrosetadas y
plantas de porte almohadillado; estos tipos de plantas está representadas por siguientes
especies de géneros: Aciachne, Pycnophyllum, Werneria, Azorella, Entre las especies más
conocidas tenemos: vicunarum “crespillo”, Pycnophyllum molle, “pasto estrella”, Azorella
diapensoides, Calamagrostis.
d) Canllares.
Son plantas dominadas por lo general por arbustos de género Margiricarpus:
Margiricarpus strictus “orq’o kanlli”, Margiricarpus pinnatus “china kanlli”, que por lo
general van junto a otras especies como: Stipa ichu “ichu”, Festuca orthophylla “iro ichu”,
Ephedra americana “pinco pinco” y Senecio spinosus “canlla quichca”.
12 Conformadas por una comunidad de plantas que crecen en las zonas donde predominan
los pedregales, las cuales propician un ambiente con el adecuado, para el crecimiento de
estas plantas, las cuales esta está conformada por plantas leñosas casi siempre acompañadas
de especies arbórea o arbustiva, así mismo por gramíneas. Las especies más representativas:
Senecio graveolens “huiscataya”, Chuquiraga rotundifolia “jarisirvij” y Baccharis tricuneata
“papataya”, de la misma forma los géneros Bromus, Dissanthelium, Festuca y
Calamagrostis.
2.2.4.2 Cobertura vegetal cultivada.
Se le conoce como pastos cultivados aquellos pastos que requieran ciertas condiciones de
suelo y humedad para ser sembrados para lograr una eficiente producción foliar en un tiempo
determinado, las cuales podemos diferenciarlos como: pastos permanentes y pastos
transitorios, que son aprovechados con pastoreo directo o por corte. Normalmente estos
pastos perteneces a la familia de leguminosas y gramíneas o una asociación o mescla entre
ambas. (Flórez et al, 2003) presenta los siguientes cultivos.
a) Alfalfa.
Es un Pasto perenne, con crecimiento de forma erecta o semi postrada, con una raíz
profunda; existen variedades que se les denominada dormantes, las cuales se usa para el
sembrío en zonas frías y de secas. Tiene una alta producción foliar y un valor nutritivo
elevado para el consumo de los ganados.
b) Trébol blanco.
Es un pasto de la familia de las leguminosas de tipo perenne. Tiene una bastante
producción de tallos, con presencia de estolones de fácil enraizamiento y cumbre el suelo,
por tal característica es excelente para el pastoreo intensivo. Requieren bastante riego y para
mejorar su rendimiento se asocia con otros pastos como dactylis raigrás y festuca, en algunos
13
c) Raigrás.
Pertenece a la familia Gramínea de tipo perenne. Productor de grandes tallos de buenos
macollados y excelente rebrote, tiene una alta producción foliar y un gran valor nutritivo.
Requieren bastante riego y buen estado del suelo, no es resistente a inundación o sequias, el
sembrío de estas normalmente es asociado con especies de leguminosas.
d) Dactylis.
Pertenece a la familia de gramíneas de tipo perenne, de hojas alta, rústica. Crecen y
rebrotan muy rápido, son resistentes a las sequias normalmente se siembran en asociación
con alfalfa, raigrás o trébol blanco.
e) Avena forrajera.
De la familia Gramínea, de tipo de sembrío anual, de tallos altos, contiene un alto valor
nutritivo. Posee una alta producción foliar, así como para la producción de semilla.
Resistente a temperatura fría, es recomendada sembrar en asociación con leguminosas alta.
2.2.5 Degradación de coberturas vegetal y suelos
Las actividades agropecuarias, industriales, construcción y otros usos de suelos que se
desarrollan dentro de una cuenca hidrográfica, afectan directamente en la degradación de las
fuentes de recurso hídrico superficial y subterráneo. Se suma a esto la erosión y
compactación de los suelos en las zonas con carencias de cobertura vegetal y grandes
pendientes que favorecen a la producción de escorrentía (Carrillo et al, 2008).
Los factores principales que determinan la cantidad de recurso hídrico disponible en una
cuenca son: la precipitación, infiltración, percolación, evapotranspiración y escorrentía;
siendo la infiltración un de los de mayor influencia para el proceso de recarga de acuíferos
y el flujo de retorno. Esta agua que se almacena en el suelo provee a los animales y plantas
en los periodos de estiajes, estas alimentan a los causes en este periodo de tiempo reduciendo
14 La presencia de la densa cobertura vegetal en una cuenca, reduce la escorrentía y aumenta
la infiltración, esto debido a que obstruye el flujo superficial, así como reduce el contacto
directo con el agua precipitada (Faustino, 2006).
2.2.6 Cuenca.
Se denomina como cuenca hidrográfica a un área superficial terrestre impermeable, donde
la precipitación se agrupa y se drena a un mismo punto por los canales que drenan,
denominado punto de salida. La definición dada anteriormente es referida a una cuenca
superficial, ya que existe también a cuenca subterránea que está asociada a la superficial
cuya forma es semejante o igual a la superficial, si lo observamos desde el punto de salida,
se pueden diferenciar dos tipos de cuencas: la exorreica y las endorreicas. En el primer caso
el punto de salida se encuentra ubicado dentro de la misma cuenca la cual generalmente
termina en un lago; o como el segundo caso, el punto de salida está ubicado en los límites
externos de la misma cuenca, normarme su desembocadura termina en el mar. (Villón, 2002).
Ilustración 1: Tipos de cuencas Fuente: Villon 2012
2.2.6.1 Características de las cuencas.
En una cuenca el ciclo hidrológico se esquematiza como un causante, que representa a la
15 en la salida de esta. Entre la causa y el efecto ocurren varias interrelaciones que condicionan
la relación entre una y la otra, estas están controladas por factores como la geomorfológica
de la cuenca y otras.
Estos factores se clasifican en dos tipos: según la forma que interviene en los fenómenos
indicados: los que intervienen en la cantidad de agua que escurre, como el tamaño de la
cuenca o las características del suelo, los que influyen directamente en la velocidad de
respuesta, así mismo el orden de ríos, pendientes del cauce principal y de la cuenca. (Villon,
2012)
Ilustración 2: Características de cuenca hidrológica Fuente: Villon, 2012.
2.2.7 Ciclo hidrológico
El ciclo hidrológico es un sistema cerrado donde no se tiene inicio ni un fin, dentro de
ello se produce procesos continuamente forma de bucle (Chow et al, 1988). El ciclo
hidrológico tiene un comportamiento irregular, teniendo periodos en donde existe recurso
hídrico para todas las actividades que se realizan en la cuenca, así mismo tiene periodos de
16 Ilustración 3: Grafica del ciclo hidrológico en una cuenca hidrológica.
Fuente: Villon, 2004
El ciclo hidrológico representa el movimiento general del agua en una cuenca
hidrográfica, de forma ascendente con la evaporación y en forma descendente con las
precipitaciones y posterior a ello representa el movimiento mediante la escorrentía
superficial y la subterránea (Sánchez, 2011).
2.2.8 Hidrología superficial.
La hidrología superficial se encarga de describir las relaciones que existe entre el
escurrimiento y la precipitación, así mismo, también representa a la dinámica existente en el
sistema como los canales, los ríos, los lagos, las corrientes, entre otros. (Aparicio, 1989).
2.2.8.1 Precipitación.
Vista desde el punto hidrológico, en el clico hidrológico la precipitación es un elemento
de gran importancia, siendo este la fuente principal de recurso hídrico sobre la superficie
terrestre (Villón, 2004). Para su formación es necesaria la condensación del vapor que se
encuentra en la atmosfera, la precipitación se genera principalmente en las nubes, esta al
17 suficientemente grande para que la fuerza de la gravedad los haga descender. (Ordoñez,
2011).
Existen diferentes formas de precipitación, estas dependen de las condiciones
meteorológicas presentes, las cuales se distinguen en: lluvia, granizo, llovizna, rocío,
escarcha y nieve (Linsley et al, 1990). Sin embargo, apartadamente del tipo y forma de la
precipitación, al llegar el agua en contacto con el suelo esta se distribuye, formando
escorrentía superficial dependiente de la morfología del lugar. No toda agua precipitada tiene
contacto directo con el suelo, una parte de esta, es interceptada en el trayecto de caída por
plantas; por ello es que se distingue términos como la precipitación neta o incidente (Reyes,
2014).
La precipitación que se denomina incidente, es aquella precipitación que se puede medir
por arriba de las hojas o copas de las plantas o en una superficie descampado, mientras que
la precipitación neta es denominada como aquella precipitación que derriba al suelo de las
ramas o las hojas. (Tobón y Morales, 2009). El tipo y la cantidad de la precipitación están
condicionado por la humedad existente en el aire y el nivel de enfriamiento, se pueden
identificar cinco tipos de precipitaciones como: la ciclónica, la conectiva, la orográfica, por
radiación y por choques de masas de aire.
2.2.8.2 Escorrentía
En la hidrología, la escorrentía está definida como la porción de la precipitación que
recorre la superficie terrestre en forma de corrientes fluviales superficiales, intermitentes,
efímeras o perennes, que al final de trayecto regresar al mar o a lagunas. La escorrentía es
proveniente de la precipitación que no ha sido infiltrada, evaporada o interceptada, que
circula sobre la superficie terrestre o por debajo de ella, que finalmente es desaguada asía la
18 La escorrentía se ocasiona en terrenos que están saturados. En sí, este suelo podría
encontrarse muy seco o saturada, pero a causa de las propiedades de esta o la cobertura que
esta posee no se llega a dar la infiltración, de la misma forma en suelos saturados aún se
puede dar la infiltración.
La escorrentía subsuperficial, se denomina al agua que se infiltro en el suelo pero que no
alcanzo un almacén subterráneo o acuífero (Ordoñez, 2011) es decir, que parte de la
escorrentía se desliza por debajo del terreno y por encima de acuíferos poco profundos, las
cuales alimenta a los canales de drenaje y ríos. Este tipo de escorrentía se da entre 0 y 2m de
profundidad (Proaño et al. 2006).
2.2.8.3 Evapotranspiración.
La evapotranspiración es un fenómeno compuesto que está conformado por el desgaste
de agua mediante la evaporación y transpiración del agua del terreno. Esto corresponde al
anómalo del agua, que es un proceso que pasa de líquido a gaseoso en condiciones
originarias, este depende de la disponibilidad del recurso hídrico para la cobertura vegetal y
el total de energía que se necesite para suceda este proceso (Del Carmen, 2001).
Según (Aparicio, 1989) el desprendimiento de vapor generadas por las platas, es aquellos
que conocemos como transpiración. La cuales es obtenida naturalmente del suelo por medio
de las raíces. Así es como se origina la evapotranspiración, mediante la mescla de la
transpiración y la evaporación.
2.2.8.4 Infiltración y percolación.
De acuerdo con (Aparicio, 1989) la infiltración desde el punto hidrológico, es definido
como el movimiento del agua hacia zonas por debajo del terreno, esto a causa de la fuerza
de la gravedad. La percolación desde el punto hidrológico se define como el movimiento que
19 mencionados están relacionados íntimamente puesto que, una no puede no puede efectuarse
si no se presenta la otra.
(Campos, 1992) expresa la infiltración y su importancia como estudio para la
entendimiento y cuantificación de la correlación existente entre el escurrimiento y la
precipitación. Por dicha afirmación del autor, se puede definir que la infiltración se relaciona
directamente con la perdida presente en el ciclo hidrológico, esta se puede ver entre la
diferencia que existe entre la precipitación y la producción de agua que tiene la cuenca en el
punto de salida o desemboque. En este fenómeno también interviene otros factores como la
intercepción de las plantas y la evaporación. Pero a pesar de ello la infiltración, el factor más
importante que intercede en este proceso.
Los factores presentes que intervienen directamente en la infiltración son:
Contenido de humedad inicial
Textura del suelo
Uso del suelo
Contenido de humedad de saturación
Compactación
Cobertura vegetal
Aire atrapado
Temperatura, sus cambios y diferencias
Lavado de material fino
2.2.8.5 Balance hídrico.
Desde el punto hidrológico el balance, es la representación teórica y sistemática de la
relación de intercambio de agua entre el suelo, la atmosfera y las plantas en una cuenca
hidrográfica. Para poder determinar el comportamiento del agua dentro de una cuenca
20 recurso hídrico que están dentro del ciclo hidrológico, esta ecuación es propuesta por
(Campos, 1992):
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠 − 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑠 = 𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜
Cuando se habla de balance hídrico, se considera tanto el agua que ingresa, las que sales
y así mismo, lo que se en la cuenca. Esto puede ser expresado en la siguiente expresión
matemática:
𝑆𝑊𝑡 = 𝑆𝑤 + ∑(𝑅𝑖 − 𝑄𝑖 − 𝐸𝑇 − 𝑃𝑖 − 𝑄𝑅𝑖) 𝑡
𝑖=1
Dónde: SWt es el contenido de agua en el suelo en el día t; SW es el agua aprovechable por las plantas; t es el tiempo en días; R la precipitación diaria, Q la cantidad de escorrentía diaria, ET evapotranspiración diaria, P percolación diaria y QR el flujo de retorno o flujo base (Proaño et al, 2006).
2.2.9 Erosión hídrica
Denominada como un proceso perpetuo, el cual reside en la disgregación de la masa de
suelos; las partículas y agregados finos, su transporte y posteriormente su sedimentación,
todo esto por el agua. Esta pérdida de suelo está representada en unidades de peso en un área
determinado y por un periodo de tiempo (Tn/ha-año) o también es medida en unidad de
longitud, que se refiere a la dimensión horizontal de suelo que se pierde a causa de erosión
en un tiempo determinado (mm/año). Este tipo de erosión ocurren al golpear las gotas de la
precipitación con el suelo desnudo, ocasionando el desprendimiento de las partículas más
pequeñas presentes en el suelo como disueltos en el cuerpo del agua, la cual tras la
acumulación empieza su movimiento con orientación de cuesta abajo del suelo abriendo
surcos a lo largo del trayecto.
Las siguientes lluvias erosionan adicionalmente cantidades de sedimentos. La carencia de
vegetales en el suelo, es una condición que ocasionan el proceso de erosión, esto se da por
21 desforestación excesiva. La disturbación del suelo tiene efecto negativo desastrosos, sobre
los efectos que ocasionan este tipo de erosión, más aún en lugares donde se tiene
características climáticas que dificultan el desarrollo de la cobertura vegetal (Donahue et al,
1983).
2.2.9.1 Tipos de erosión
a) Erosión por salpicaduras
El salpicado en el suelo es originado cuando las gotas procedentes de la precipitación
colacionan directamente sobre el suelo o terreno formando una pequeña película, generando
la salpicadura que desprende partículas de suelos por la energía cinética producto del
impacto.
Se estima que, en una superficie de suelo desnudo, se salpica al aire 224 mg/ha esto por
las precipitaciones frecuentes (Muñoz, 2006). Sin embargo, se debe aclarar que el salpicado
no es transportado fuera del área del impacto.
b) Erosión Laminar
La erosión laminar, es el proceso donde se remueve uniformemente del suelo, partículas
de ésta en estratos delgados. Al impactar las gotas de la precipitación en combinación con el
flujo superficial, forman riachuelos menores de tamaño microscópicos iniciales, Las gotas
de la precipitación ocasionan el desprendimiento de partículas de suelo, y tras el aumento
del sedimento, los poros se llenan reduciendo la tasa de infiltración de las mismas. La fuerza
del arrastre está en función de la profundidad del suelo y la velocidad del escurrimiento, para
cada una de las partículas de suelo de diferente tamaño, forma y densidad (Rivera, 2012).
c) Erosión en surcos
Cuando el flujo superficial se acumula, el agua desprende el suelo formando pequeños
canales o arroyos de buena definición, el cual es conocidos por como canalillos. Estos
22 transporte en esta faceta son más severos, ya que las velocidades de escurrimiento en este
proceso son más elevadas y el esfuerzo hidráulico de acción cortante incrementa con el grado
de la pendiente que se presente y la sección del canal.
Al concentrarse el flujo, se desprende el suelo y se transporta este material junto con el
material aportado entre surcos, donde se da la erosión por salpicadura y erosión laminar. Las
formaciones procedentes de este tipo son eliminadas de manera fácil por actividades
realizada con maquinarias. La cantidad de transporte por este tipo de erosión, es dependiente
de la relación entre la capacidad del desprendimiento y la capacidad del transporte, así como
también por la carga de sedimentos.
d) Erosión en cárcavas.
Este tipo de erosión provoca la apertura de canales de mayores dimensiones en
comparación de los surcos, estas conducen agua inmediatamente después y durante las
precipitaciones, estos efectos son difícil de borrar por actividades normales de maquinarias.
Entonces, se puede decir que la erosión en cárcavas u hondonadas es la etapa más avanzada
que la erosión en surcos, así mismo es una etapa posterior a la erosión laminar.
2.2.9.2 Procesos de la erosión hídrica.
(Ellison, 1947) aproximadamente hace 70 años, planteo la división de los procesos de
erosión hídrica en las siguientes tres fases, las cuales se conservan reinante hasta el día de
hoy, el cual es fundamental para el estudio de erosión en suelos. Ellison demostró mediante
experimentos en diferentes suelos, que el comportamiento se manifiesta de diferentes
maneras estas fases:
Separación: esta fase consiste en la separación y disgregación de las partículas del suelo en partículas de menor tamaño. Este proceso se expresa en unidades las siguientes unidades
23
Transporte: Comprende en el movimiento a través de pendientes de las partículas que fueron separados de suelo. Expresado en las siguientes unidades (Mg/km, o g/m).
Sedimentación: Consiste este proceso, en la sedimentación y depositario de las partículas transportadas, esto ocurre cuando se disminuye la capacidad de transportación en la corriente
del cauce. Esta fase continúa al reiniciarse el movimiento de masa de aguas en las pendientes.
2.2.9.3 Efecto producido por la erosión hídrica.
Los efectos que ocasionan la erosión hídrica sobre el suelo, se pueden expresar de forma
local o en un área determinada desde el punto donde se origina.
Los efectos locales, son característicos que se presenta en el lugar o punto donde ocurre
este fenómeno, estos efectos se pueden separar en dos partes, (i) primeramente a corto plazo
o efectos directos son aquellos que afectan el crecimiento de las cobertura vegetales,
ocasionado pérdidas de semillas de estas mismas, así mismo, afecta al recurso hídrico
ocasionando pérdida de esta y de fertilizantes en el arrastre de sedimentos; seguidamente (ii)
los efectos a largo plazo o indirectos, involucran la disminución de la hondura del
enraizamiento efectiva, la reducción de la capacidad de almacenamiento de las plantas, el
decrecimiento de carbono orgánico en el suelo y la exposición del subsuelo. (Lal, 1998).
Los efectos ocasionados a distancia por la erosión, suceden cuando el deslizamiento del
agua superficial y los sedimentos generados en una cuenca o rio se trasportan a un lugar
diferente de donde se originó. Los efectos que conllevan este tipo de erosión son complejos
y se puede separar en tres diferentes categorías (Lal, 1998): primeramente, tenemos: (a)
daños en el crecimiento de las coberturas vegetales actuales o futuras, (b) cambios negativos
sobre en el medio ambiente, y finalmente (c) daños estructurales a obras civiles. Los efectos
que provocan a las plantas y los cultivos en crecimiento son debido a las inundaciones y
24 alteraciones de la productividad del suelo, estas finalmente pueden llegar a ser positivos o
negativos para las plantas.
2.2.9.4 Nivel de erosión de suelos.
El nivel de erosión que se da en un suelo es categorizado según el nivel que esté presente,
desde leve hasta muy alta, este criterio está planteado por la FAO, el cual presenta el
siguiente cuadro de clasificación de erosión según su magnitud.
Tabla 2
Clasificación de erosión según su magnitud.
Erosión Perdida de suelo
Tn/ha/año Mm/año
Nula o ligera ˂10 ˂0.6
Moderada 10 - 50 0.6 – 3.3
Alta 50 – 200 3.3 – 13.3
Muy alta ˃200 ˃13.3
Nota: Fuente FAO, 1990
2.2.10 Modelo hidrológico SWAT.
Es proveniente de sus siglas en ingles Soil and Water Assessment Tool SWAT, fue
desollado por el USDA-ARS (United States department of agricultura - Agricultural
Research Service), con el objetivo de poder predecir los efectos que se dan dentro de una
cuenca hidrográfica, a causa de los manejos de los terrenos y las practicas que se realizan en
ella, a través de la producción de agua, sedimentos y generación de sustancias químicas
procedente de las actividades agrícolas (Neitsch et al. 2005).
La mayor ventaja del modelo hidrológico SWAT, es que tiene la capacidad de simular
una cuenca hidrográfica y los papeles que cumplen la topografía, las características de los
suelos, el uso de suelo y el clima, en la producción de agua de cuencas que no presentan
25 simulación de una cuenca requiere información de entrada de precipitación, uso de suelo y
su vegetación, topografía, tipos de suelos y las características climáticas de la cuenca para
poder estimar los parámetros de entradas principales (Neitsch et al. 2005). Algunos de estos
datos mencionado los podemos conseguir mediante imagines satelitales o podrían estar
disponibles en los departamentos gubernamentales.
El modelo SWAT se ejecuta dentro de la interfaz de ArcSWAT, este último pertenece a
un sistema de información geográfica (SIG). Esta interfaz puede cartografiar datos con
componentes geográficos, permitiendo al usuario observar relaciones, tendencias y patrones,
que no están presentes o no se pueden visualizar en lista o tablas, que ayuda a la mejor toma
de decisiones. El modelo hidrológico SWAT trabaja en un periodo de tiempo diario con
predicciones a largo plazo, el modelo tiene ocho componentes (White et al, y Wu et al, 2012):
Hidrología: escurrimiento superficial, flujo lateral, flujo lateral subsuperficial,
infiltración, percolación, flujo subterráneo, evapotranspiración, pérdidas de
transmisión y cuerpos superficiales.
Clima: Precipitación, viento, temperatura, radiación solar y humedad relativa.
Cubierta vegetal
Prácticas de manejo
Crecimiento de cultivos
Plaguicidas: transporte de plaguicidas
Nutrientes: nitrógeno y fosforo
Erosión
La simulación hidrológica mediante SWAT, es separada en dos partes, primeramente, se
encarga del modelamiento del ciclo hidrológico, controlando la magnitud de precipitación,
sedimentos, nutriente y finalmente el pesticida que ingresan al cauce principal de la cueca o
26 sedimento mediante los cauces de las cuencas hasta su punto de salida (Uribe, 2010). Una
vez que se ha realizado la simulación con el modelo, es necesario calibrar y validar los datos
de salida (Luzio et al, 2002).
El ciclo hidrológico que se simula con el modelo SWAT, está basado en la siguiente
ecuación universal, que está basada en el balance hídrico (Neitsch et al, 2005).
𝑆𝑊𝑡= 𝑆𝑊0+𝑅𝑑𝑎𝑦−𝑄𝑠𝑢𝑟𝑓−𝐸𝑎−𝑊𝑠𝑒𝑒𝑝−𝑄𝑔𝑤………..(1)
Donde:
SWt = contenido final de agua en el suelo (mm H2 O)
SW0 = contenido inicial de agua del suelo en un día i (mm H2 O)
t = tiempo (días)
Rday = cantidad de precipitación en un día i (mm H2 O)
Qsurf = cantidad de escorrentía de la superficie en un día i (mmH2 O)
Ea = cantidad de evapotranspiración en un día i (mmH2 O)
Wseep = cantidad de agua que entra a la zona no saturada del perfil del suelo en un día i
(mmH2 O)
Qgw = cantidad de flujo de retorno en un día i (mmH2O).
Para el empleo de software SWAT es necesario tener datos climatológicos, datos de las
propiedades físicas del suelo, nivel topográfico de la cuenca, vegetación presente y el uso
del suelo que se da, todos estos datos son usados como base inicial de ingreso para el modelo.
Es de gran importancia que los datos de la información climáticas obtenida, sean series
completas de todo el periodo que se desee realizar la simulación (Uribe, 2010). Ya que en la
mayoría de casos no se dispondrá de una base de datos completa, se debe considerar la
obtención de estas por medio de un promedio de los datos ya existentes, o por métodos más
exactos como es la interpolación de datos, para que de esta manera se pueda completar los
27 La escorrentía es calculada mediante la aplicación de la metodología de número de curvas
implementadas por Soil Conservation Service (SCS), con la información de precipitaciones
diarias. Esta metodología está fundamentada en que el tipo de suelo define a la escorrentía,
la cobertura vegetal que se presenta en el suelo y la práctica o manejo que se realice a este.
Por otra parte, el agua infiltrada en el suelo toma varios caminos: uno de ellos es humedecer
o incrementar la humedad del suelo en las zonas radicales, otra parte se moverán sub
superficialmente como un flujo lateral con dirección a los canales o drenajes, así mismo otra
parte recargará acuíferos poco profundos, que finalmente también llegaran a los canales o
drenajes y finalmente recargaran a los acuíferos profundos, tomando en cuenta la
percolación, el flujo de retorno y flujo lateral.
El modelo hidrológico SWAT calcula la producción de sedimentos para cada HRUs
mediante la ecuación universal de erosión), la cual se describe en la ecuación nᶱ 2:
𝑌 = 11.8(𝑉. 𝑞𝑝)0.56(𝐾)(𝐶)(𝑃𝐸)(𝐿𝑆) … … … (2)
Donde:
Y = Es la producción de sedimentos desde la subcuenca en t,
V = Es el volumen de escurrimiento superficial para la subcuenca en m3,
qp = Es la tasa de flujo pico (m3/s),
K = Es el factor de erosionabilidad del suelo,
C = Es el factor de manejo,
PE = Es el factor de práctica del control de la erosión y
LS = Es el factor de longitud de inclinación.
2.2.10.1 Componentes del modelo SWAT
El modelo SWAT está integrado por componentes, que representa a todos los
elementos o procesos que ocurren en una cuenca en el medio natural o a causa de las
28 clima, el manejo del cultivo, nutrientes, las características del transporte, así como el transito
del agua y sedimentos y su respectivo almacenamiento. El modelo contiene diferentes
componentes, que se presentan a continuación y se describe cada una de ellas según (Uribe,
2010).
Ilustración 4: Componentes del modelo hidrológico SWAT Fuente Uribe 2010
- Hidrología
Este componente contiene o estudia a los tipos de producción de agua en la cuenca, ya
sea por medio del escurrimiento, la percolación, la perdida de agua o evapotranspiración por
transferencia, el modelo hidrológico SWAT simula todos estos componentes, que son
detallados a continuación:
SWAT HIDROLOGIA Escurrimiento superficial Percolacion Flujo lateral subsuperficial
Flujo de agua subterranea
Evaportranspiracion
Deshielo de nieve
Perdidas pos transmision
Cuerpos de agua
CLIMA
Precipitacion
Temperatura del aire y radiacion solar
Velocidad del viente y humedad relativa
SEDIMENTACION Produccion de sedimentos Temperatura del suelo MODELO DEL CRECIMIENTO DEL CULTIVO NUTRIENTES Nitrogeno Fosforo Transporte de pesticida MANEJO DEL CULTIVO
Labranza y residuos
Riego
COMPONENETES DE TRANSPORTE
Transporte de aguas en los cauces
Transporte de sedimentos en
causes
Trnasporte de agua y sedimentos en almacenamiento
Balance y transporte de agua en almacenamiento
29
Escurrimiento superficial. - Se simula mediante el modelo hidrológico SWAT los caudales máximos y el escurrimiento superficial, que son consecuentes por las
precipitaciones diarias. Este cálculo se realiza mediante la técnica modificada de curvas
numéricas del (SCS) (USDA-SCS, 1972) que están representadas en las ecuaciones 3, 3.1 y
4.
𝑄 = (𝑃−0.2𝑆) + (0.8𝑆)2…………...………(3)
𝑄>0 𝑆í 0.2𝑆≤𝑃……….………..(3.1)
Donde:
Q = Escurrimiento medio (mm)
P = Precipitación por evento (mm)
S = Retención máxima potencial (mm)
𝑆=25400𝐶𝑁−254 ………….………...(4)
Donde:
S = Potencial máximo de retención (mm)
CN = Curvas numéricas (adimensional)
Los datos de precipitación diaria son de vital importancia para el uso de técnica de las
curvas numéricas, ya que la ausencia de esta, en localidades ocasionan mal cálculos de la
escorrentía, también, cabe recalcar que información de la precipitación para las deducciones
del escurrimiento superficial son mejor cuando se tiene información diaria sobre estas, es
decir, en pequeños intervalos. El modelo SWAT posee dos métodos para la estimación del
caudal máximo, una es mediante la aplicación del método TR-55 del SCS o la aplicación de
la fórmula racional modificada (USDA-SCS, 1986).
Percolación. - este componente utiliza la técnica de almacenamiento, al cual pronostica el flujo que existente en cada una de las capas de suelo en donde se ubican la raíz. Cuando
30 este flujo es condicionada por la conductividad y saturación de las capas del suelo. Un flujo
opuesto puede ocurrir cuando la capacidad de campo es excedida en partes inferiores del
suelo.
Flujo lateral subsuperficial. - este componente se mide en el perfil de suelo entre los 0 m a 2 m de profundidad, su cálculo se hace conjuntamente con la percolación. Para ello se
emplea la técnica de medición de almacenamiento, para calcular los flujos laterales en cada
capa del suelo simultáneamente. La técnica considera en sus cálculos, la variación existente
entre la conductividad, saturación y pendiente, así mismo también considera los flujos hacia
las capas adyacentes, los flujos hacia arriba y los flujos hacia capas por debajo.
Flujo de agua subterránea. - para el cálculo del aporte del flujo subterráneo al caudal de la cuenca, el modelo crea un acuífero poco profundo de almacenamiento, la recarga de
este acuífero es mediante la percolación de la zona de raíces de las plantas. Para retardar el
aporte de este acuífero a la corriente de agua se usa una constante de recesión.
Evapotranspiración. - Para este componente el modelo brinda tres métodos para su cálculo o estimación: Margraves, Pristley Taylor, y Penman-Monteinth. Primeramente:
Penman-Monteinth usa la información diaria de la radiación solar, humedad relativa, la
velocidad del viento y la temperatura promedio del aire en la zona. Si no se obtienen
información diaria se trabaja con datos mensuales. Por su parte los métodos Pristley Taylor
y de Hargreaves obtiene mejores resultados casi reales en su mayoría, el cual calcula la
evapotranspiración de plantas y de suelo por separado mediante la siguiente ecuación 5.
Donde:
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Deshielo de nieve.- Este componente del modelo SWAT trabajar de forma muy similar que otros modelos como el de CREAMS, el cual trabaja de la siguiente manera; si se cuenta
con presencia de nieve, se toma como si esta se derretirá en los día que se presente
temperatura mayores a 0°C utilizando una función lineal, la nieve que se derrite es transferida
en forma de lluvia para que de esta manera se pueda calcular la escorrentía , pero la energía
de esta lluvia no se considera para que no provoque sedimentos por salpicadura, mientras
que el escurrimiento se calcula como si fuera una precipitación uniforme, durante un periodo
de tiempo de 24 horas.
Pérdidas por transmisión. - En las cuencas semiáridas o áridas, contiene cauces aluviales los cuales despojan grandes volúmenes de agua de las corrientes superficiales
(Lane 1983). El modelo SWAT usa este método de Lane, que esta descrito en su manual del
SCS (USDA, 1986) con el cual calcula las desgastes por traspaso. Estas pérdidas están
condicionadas por el ancho del canal, el nivel o volumen de escurrimiento.
Cuerpos de agua. - Este componente el modelo SWAT los asimila en función a la capacidad que tiene el cuerpo de agua, en la entrada, en la salida, en la transmisión y en la
evaporación. Los datos que se requiere para este cálculo son; la capacidad de
almacenamiento y el área total del cuerpo de agua.
- Clima
Para simular una cuenca por el modelo SWAT se necesita datos climáticos como de:
temperatura promedio del aire, radiación solar, humedad relativa y la velocidad del viento.
Sí existe la ausencia de datos sobre la precipitación diaria o las temperaturas u otros datos,
estas pueden ser generadas para la simulación por el modelo SWAT, tantos datos como de
precipitación, radiación solar, velocidad del viento y la humedad relativa.