Evaluación hidrológica de la cuenca del río coca en función del cambio de uso de suelo por medio del modelo swat

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. EVALUACIÓN HIDROLÓGICA DE LA CUENCA DEL RÍO COCA EN FUNCIÓN DEL CAMBIO DE USO DE SUELO POR MEDIO DEL MODELO SWAT. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA CIVIL. CARMEN ELENA LÓPEZ FABARA [email protected]. Director: CARLOS SEBASTIÁN PÁEZ BIMOS [email protected] Co-Directora: MARÍA CRISTINA TORRES GUERRÓN [email protected]. Quito, Septiembre 2016.

(2) DECLARACIÓN. Yo Carmen Elena López Fabara, declaro bajo juramento que el trabajo aquí escrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Carmen Elena López Fabara.

(3) CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Carmen Elena López Fabara, bajo nuestra supervisión.. Carlos Sebastián Páez Bimos Director del Proyecto. María Cristina Torres Guerrón Co-Directora del Proyecto.

(4) AGRADECIMIENTOS. Primeramente, quiero extender un agradecimiento al Proyecto de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y a la Escuela Politécnica Nacional (EPN), los cuales a través del Proyecto "La Economía de los Ecosistemas y la Biodiversidad-Cuenca del río Coca Amazonía Ecuatoriana" auspiciaron el presente estudio. De todo corazón agradezco a mis padres quienes han sido un apoyo incondicional en todos los momentos de mi vida. A mis hermanos (David, Andrés) y Mica por brindarme sus consejos y ser verdaderos amigos. Al Ing. Sebastián Páez y a la Ing. María Cristina Torres quienes han sido una excelente guía y estuvieron prestos para ayudarme en cada paso del desarrollo de mi proyecto de titulación. A todos los que conforman el Proyecto TEEB-cuenca del río Coca: Lili, Silvana, Adri, Nancy, Guido, Manuel, Marcelo, Diego; y Naty quienes aportaron con un granito de arena para llevar a cabo mi trabajo. Además, gracias especiales al club de papers quienes me ayudaron a hacer fácil lo que se veía difícil. Finalmente, a mis amigos quienes estuvieron junto a mí con sus ánimos y cariño..

(5) DEDICATORIA. A Gonzalo, Nancy y Héctor quienes han sido mi inspiración siempre.. Carmen Elena.

(6) vi. CONTENIDO. DECLARACIÓN. ii. CERTIFICACIÓN. iii. AGRADECIMIENTO. iv. DEDICATORIA. v. ÍNDICE DE FIGURAS. x. ÍNDICE DE TABLAS. xii. LISTA DE SÍMBOLOS. xiv. LISTA DE ABREVIATURAS. xviii. RESUMEN. xix. ABSTRACT. xx. PRESENTACIÓN. xxi. 1 INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . 1.2 ÁREA DE ESTUDIO . . . . . . . . . . . . . 1.3 JUSTIFICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 JUSTIFICACIÓN TEÓRICA . . . . . 1.3.2 JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA . . . . 1.3.3 JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA 1.4 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 OBJETIVO GENERAL . . . . . . . . 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS . . . . . 1.5 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 MARCO CONCEPTUAL . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. 1 1 2 4 4 4 4 5 5 5 5 5. 2 MARCO TEÓRICO: EVALUACIÓN HIDROLÓGICA 2.1 CAMBIO DE COBERTURA Y USO DE SUELO (CCUS) . . . . . . . . . . 2.1.1 COBERTURA/ USO DEL SUELO (CUS) . . . . . . . . . . . . . .. 7 7 7. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . ..

(7) 2.1.2 2.1.3. 2.2. 2.3. 2.4. IMPACTOS DE CCUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MODELACIÓN DE CCUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.1 Land Change Modeler (LCM) . . . . . . . . . . . . MODELACIÓN HIDROLÓGICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 CICLO HIDROLÓGICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 MODELO HIDROLÓGICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2.1 Modelo SWAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PRODUCCIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN . . . . . . . . . . . 2.3.1 EROSIÓN EN CUENCAS HIDROGRÁFICAS . . . . . . . . . 2.3.2 PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2.1 Curva de clasificación de sedimentos en suspensión . GESTIÓN INTEGRADA DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . . . . 2.4.1 ESTRATEGIA DE PLANIFICACIÓN . . . . . . . . . . . . . 2.4.1.1 Escenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. 3 MARCO METODOLÓGICO 3.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 CARACTERIZACIÓN DE LA CUENCA DE ESTUDIO . . . . . . . . . 3.3 PREDICCIÓN DEL ESCENARIO BAU . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 REINTERPRETACIÓN DE CUS . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 MODELACIÓN Y VALIDACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.1 Análisis de cambios . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.2 Modelo de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.3 Proyección de CUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.4 Validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 PROYECCIÓN DE CCUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3.1 Análisis de cambios . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3.2 Modelo de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3.3 Proyección de CUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 INCORPORACIÓN DE ESCENARIOS . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 ESCENARIOS PROYECTO TEEB-CUENCA DEL RÍO COCA . 3.4.1.1 SEM 1: Fortalecimiento de Socio Bosque . . . . . . 3.4.1.2 SEM 2: Plan Nacional de Incentivos . . . . . . . . . 3.4.1.3 DEG: Degradación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 ESCENARIO BASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 MODELACIÓN HIDROLÓGICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 DELINEACIÓN DE LA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 CREACIÓN DE UNIDADES DE RESPUESTA HIDROLÓGICA. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. 7 9 10 14 14 15 15 20 20 23 23 24 25 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28 28 30 33 33 33 34 37 39 39 39 40 42 42 43 43 45 47 49 50 52 53 54.

(8) 3.6 3.7. 3.5.3 ESCRITURA DE TABLAS DE ENTRADA 3.5.4 PARÁMETROS DE CALIBRACIÓN . . . . 3.5.5 SIMULACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.6 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS . . . ESTIMACIÓN DE CAUDALES SÓLIDOS . . . . . EVALUACIÓN COMPARATIVA DE ESCENARIOS 3.7.1 ÁREAS DE CUS . . . . . . . . . . . . . . 3.7.2 VARIABLES HIDROLÓGICAS . . . . . . . 3.7.3 CAUDALES SÓLIDOS . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 4 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 4.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 CARACTERÍSTICAS BIOFÍSICAS . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 DESCRIPCIÓN FÍSICA . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 DESCRIPCIÓN DEL CLIMA E HIDROLOGÍA . . . . . 4.2.2.1 ESTACIONES HIDROMETEOROLÓGICAS . 4.2.2.2 PRECIPITACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2.3 TEMPERATURA . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2.4 CAUDALES LÍQUIDOS . . . . . . . . . . . . 4.2.2.5 CAUDALES SÓLIDOS . . . . . . . . . . . . 4.2.3 DESCRIPCIÓN DE LA CUS . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 DESCRIPCIÓN DEL TIPO DE SUELO . . . . . . . . . 4.2.5 DESCRIPCIÓN DE LAS ÁREAS DE CONSERVACIÓN 4.3 CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÓMICAS . . . . . . . . . . 5 RESULTADOS 5.1 PREDICCIÓN DEL ESCENARIO BAU . . . . . . . . . . 5.2 MODELACIÓN HIDROLÓGICA . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 HIDROGRAMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 CURVAS DE DURACIÓN GENERAL (CDG) . . . 5.2.3 VARIABLES HIDROLÓGICAS . . . . . . . . . . . 5.2.3.1 Variables hidrológicas a nivel cuenca . . 5.2.3.2 Variables hidrológicas a nivel subcuenca 5.2.3.3 Variables hidrológicas por CUS . . . . . 5.3 ESTIMACIÓN DE CAUDALES SÓLIDOS . . . . . . . . . 5.4 EVALUACIÓN COMPARATIVA DE ESCENARIOS . . . . 5.4.1 ÁREAS DE CUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.2 VARIABLES HIDROLÓGICAS . . . . . . . . . . . 5.4.2.1 Tasas de cambio . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 56 56 58 58 59 61 62 62 63. . . . . . . . . . . . . .. 64 64 65 65 67 67 69 72 74 75 75 76 77 78. . . . . . . . . . . . . .. 81 81 83 83 84 86 86 87 90 91 95 95 96 96.

(9) 5.4.3. 5.4.2.2 CDG . . . . . . . . . 5.4.2.3 Tendencia de cambio 5.4.2.4 CUS . . . . . . . . . CAUDALES SÓLIDOS . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . 99 . 101 . 103 . 104. 6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 107 6.1 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.2 RECOMENDACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 REFERENCIAS. 111. ANEXOS. 117. 1 Mapas de la cuenca. 117. 2 Mapas de entrada para Land Change Modeler (LCM). 135. 3 Hidrogramas. 139.

(10) x. ÍNDICE DE FIGURAS. 1.1 1.2. Cuenca del río Coca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Metodología de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11. Matriz de tabulación cruzada . . . . Estructura de la red neuronal artificial Estructura de la neurona . . . . . . . Ciclo Hidrológico . . . . . . . . . . . Balance hídrico del modelo SWAT . . Erosión laminar . . . . . . . . . . . . Erosión en cárcava . . . . . . . . . . Erosión por movimiento de masas . . Erosión eólica . . . . . . . . . . . . Curva de clasificación de sedimentos Dimensiones involucradas en la GIRH. . . . . . . . . . . .. 10 12 13 14 17 21 21 22 22 23 25. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20. Modelación y validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CUS correspondiente al año 2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CUS correspondiente al año 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pérdidas y ganancias 2000-2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cambios netos 2000-2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proyección de CCUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CUS correspondiente al año 2014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pérdidas y ganancias 2009-2014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cambios netos 2009-2014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones escenario Fortalecimiento de Socio Bosque . . . . . . . . Escenario Fortalecimiento de Socio Bosque . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones escenario Plan Nacional de Incentivos . . . . . . . . . . . Escenario Plan de Incentivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escenario de Degradación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escenario Base (1990) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simulación del modelo SWAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Subcuencas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curva de clasificación de sedimentos estación Coca en San Rafael (H0714) Curva de clasificación de sedimentos estación Quijos AJ Bombón (H0715) Curva de clasificación de sedimentos estación Salado AJ Coca (H0728) . .. 34 35 36 37 37 40 41 41 42 45 46 48 49 50 51 52 54 60 60 61. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .. 3 6.

(11) 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14. Mapa general de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Curva hipsométrica del área de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . Perfil del cauce principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zonas de pisos bioclimáticos y Estaciones hidrológicas y meteorológicas Precipitaciones medias mensuales por estaciones en la cuenca . . . . . Precipitaciones medias mensuales en las zonas de la cuenca . . . . . . Distribución de la precipitación media interanual e isoyetas . . . . . . . Temperaturas medias mensuales por estaciones en la cuenca . . . . . . Distribución de la temperatura media interanual e isotermas . . . . . . Temperaturas medias mensuales en las zonas de la cuenca . . . . . . . Caudales medios mensuales por estación . . . . . . . . . . . . . . . . Tipo de suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Áreas de conservación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Origen principal de ingresos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .. 64 67 67 69 70 71 71 72 73 74 74 77 78 80. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11. Mapa de vulnerabilidad de cambios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escenario BAU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CDG mensual de la estación Coca en San Rafael (H0714) . . . . . . . . . CDG mensual de la estación Quijos AJ Bombón (H0715) . . . . . . . . . CDG diario de la estación Coca en San Rafael (H0714) . . . . . . . . . . . CDG mensual de la estación Quijos AJ Bombón (H0715) . . . . . . . . . Flujo base medio anual (mm/año) del escenario Base . . . . . . . . . . . . Escorrentía superficial media anual (mm/año) del escenario Base . . . . . Producción de agua media anual (mm/año) del escenario Base . . . . . . Tasas de cambio del flujo base medio anual (mm/año) por escenario . . . Tasas de cambio de la escorrentía superficial media anual (mm/año) por escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tasas de cambio de la producción de agua media anual (mm/año) por escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tendencia de cambio del flujo base medio anual por escenario . . . . . . . Tendencia de cambio de la escorrentía superficial media anual por escenario Tendencia de cambio del caudal medio anual por escenario . . . . . . . . . Porcentaje de cambio respecto a escenario Base: estación Coca en San Rafael (H0714) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Porcentaje de cambio respecto a escenario Base: estación Quijos AJ Bombón (H0715) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Porcentaje de cambio respecto a escenario Base: estación Salado AJ Coca (H0728) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81 82 84 85 86 86 88 89 90 97. 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18. . . . . . . . . . . . . . .. 98 99 102 102 103 105 105 106.

(12) xii. ÍNDICE DE TABLAS. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17. Información documental recopilada . . . . . . . . . . . . . Información cartográfica recopilada . . . . . . . . . . . . . Sub-modelos de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . . Variables explicativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelos validados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Características de los escenarios TEEB-cuenca del río Coca Áreas de las categorías de CUS más relevantes . . . . . . . Áreas de las categorías de CUS más relevantes . . . . . . . Áreas de las categorías de CUS más relevantes . . . . . . . Áreas de las categorías de CUS más relevantes . . . . . . . Categorías de CUS para el modelo SWAT . . . . . . . . . . Categorías de tipo de suelo para el modelo SWAT . . . . . Pendientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calibración en datos de entrada . . . . . . . . . . . . . . . Índices estadísticos de desempeño del modelo . . . . . . . . Parámetros de calibración manual . . . . . . . . . . . . . . Periodo disponible de datos de concentración de sedimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28 29 38 38 39 44 46 48 50 51 55 55 55 56 57 57 59. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10. Ocupación territorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Características básicas de la cuenca . . . . . . . . . . . . . Características físicas de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . Estaciones Meteorológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estaciones Hidrológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caudales líquidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caudales sólidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cobertura y uso de suelo 2014 . . . . . . . . . . . . . . . . Población, densidad y crecimiento poblacional por parroquia Niveles de pobreza por Necesidades Básicas Insatisfechas . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. 65 65 66 68 68 75 75 76 79 79. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6. Áreas de las CUS del escenario BAU . . . . . . . . . . . . . . . Resultados de variables hidrológicas por escenario . . . . . . . . . Variables hidrológicas de los diferentes CUS por escenario . . . . Gasto Sólido por escenario: estación Coca en San Rafael (H0714) Gasto Sólido por escenario: estación Quijos AJ Bombón (H0715) Gasto Sólido por escenario: estación Salado AJ Coca (H0728) . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. . . . . . .. 83 87 91 92 93 94.

(13) 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14. Áreas de CUS por escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tasas de cambio por escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Valores curva de duración general diario Estación H0714 . . . . . . . . . Valores curva de duración general mensual Estación H0714 . . . . . . . . Valores curva de duración general diario Estación H0715 . . . . . . . . . Valores curva de duración general mensual Estación H0715 . . . . . . . . Tendencia de cambio por escenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cambios en las variables hidrológicas de los diferentes CUS por escenario. . . . . . . . .. 95 96 100 100 101 101 103 104.

(14) xiv. LISTA DE SÍMBOLOS. α. Pendiente. ∆. Pendiente de saturación de vapor. dS dt. Cambio de almacenamiento. λ. Calor latente de vaporización. CO2. Dióxido de carbono. Υ. Constante piezométrica. A. Área de drenaje de la cuenca. a. Constante de la ecuación de clasificación de sedimentos. aqsh,i. Cantidad de agua almacenada en el acuífero superficial en el día i. aqsh,i−1. Cantidad de agua almacenada en el acuífero superficial en el día i-1. b. Constante de la ecuación de clasificación de sedimentos. Dd. Densidad de drenaje. G. Densidad de flujo de calor en el suelo. i. Valores en el tiempo inicial T1. I(t). Entradas. j. Valores en el tiempo final T2. Kc. Coeficiente de compacidad. Kf. Factor de forma. L. Longitud axial de la cuenca. L. Longitud del río principal medida a lo largo de su cauce. l. Extensión media de la escorrentía superficial. Lt. Longitud del valle del río principal medida en línea curva o recta. Li. Longitud total de las corrientes de agua.

(15) li. Longitudes inclinadas de los segmentos entre cotas del cauce principal. P. Perímetro de la cuenca. Pa. Presión atmosférica. Pc. Porcentaje de cambio de la CUS por escenario. Q. Caudal líquido. Q(t). Salidas. S. Pendiente de la cuenca. s. Sinuosidad de las corrientes de agua. S1. Pendiente media. S2. Pendiente media ponderada. S3. Pendiente equivalente constante. Si. Pendientes de los segmentos entre cotas del cauce principal. T as. Tasa de cambio de la variable. φd. Porosidad del drenaje. ρAire. Densidad del aire. Cm. Pérdidas por categoría. Cp. Concentración de sólidos suspendidos. Cnj. Cambio neto por categoría. Ctj. Cambio total por categoría. Dt. Intervalo de tiempo. Ea. Cantidad de evapotranspiración (ET) en el día i. Et. Tasa de transpiración máxima. eZ. Presión de vapor del agua. FBase. Flujo base medio anual o mensual. FBase. Flujo lateral medio anual o mensual.

(16) FSub. Flujo subterráneo medio anual o mensual. Fa. Profundidad adicional del agua retenida en la cuenca. Gij. Ganancias por categoría. hi (t). Regla de propagación de la neurona. HN eto. Radiación neta. hwth. Nivel del agua. KASat. Conductividad hidráulica saturada del acuífero. Kl. Coeficiente dimensional. KSat. Conductividad hidráulica saturada. Lf. Longitud del flujo. lo. Matriz de transición. LSub. Distancia desde la subcuenca al canal principal. lt. Distribución de CUS al final del periodo. Ni. Frecuencia acumulada. NT. Número de datos total. Pij. Pérdidas por categoría. Pocu. Probabilidad de ocurrencia. Pt. Matriz de transiciones probables. QLat. Pérdida de flujo lateral desde el suelo a los drenajes en el día i. Qsol. Caudal de sólidos en suspensión. QSub. Cantidad de recarga subterránea en el día i. QSup. Cantidad de escorrentía superficial en el día i. ra. Resistencia de difusión de la capa de aire. rc. Resistencia del docel. RDia. Cantidad de precipitación en el día i.

(17) Sd. Volumen de drenaje del agua en el suelo. Sr. Parámetro de retención. SW o. Contenido de agua inicial. SW t. Contenido de agua final. V arBase. Variable del escenario Base (1990). V aresce. Variable por escenario de CCUS. V hCU S. Variable hidrológica de la CUS por escenario. V hT otal. Variable hidrológica total por escenario. Wij. Pesos sinápticos de la neurona. wpump,sh. Cantidad de agua que se remueve desde el acuífero por una bomba en el día i. wrec,sh. Cantidad de recarga que ingresa al acuífero superficial en el día i. wrevap. Cantidad de agua que se mueve en la zona del suelo en respuesta a las deficiencias de agua en el día i. Xj (t). Conjunto de entradas de la neurona. yi (t). Función de activación post sináptica de la neurona. eZ 0. Presión de saturación de vapor.

(18) xviii. LISTA DE ABREVIATURAS. BAU. (Business as usual) Sin cambios. CCS. Coca Codo Sinclair. CDG. Curva de Duración General. CHCCS. Central Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair. CCUS. Cambio de Cobertura y Uso de Suelo. CUS. Cobertura y Uso de Suelo. DEG. Escenario de Degradación. DICA. Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental. EPN. Escuela Politécnica Nacional. FAO. Food and Agriculture Organization of the United Nations. GEI. Gas de Efecto Invernadero. HRU. (Hydrologic Response Unit) Unidades de Respuesta Hidrológica. IGM. Instituto Geográfico Militar. INAMHI. Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología. INEC. Instituto Nacional de Estadística y Censos. LCM. (Land Change Modeler) Modelador de Cambio en la Tierra. MAE. Ministerio del Ambiente. ONU. Organización de las Naciones Unidas. PE. Procesadores Elementales. PNUMA. Proyecto de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. PSB. Programa Socio Bosque (Receiver Operating Characteristic) Característica Operativa Relativa (Sustainable Ecosystem Management) Manejo Sustentable del Ecosistema. ROC SEM SIGAGRO. Sistema de Información Geográfica y Agropecuaria. SIGTIERRAS. Sistema Nacional de Información y Gestión de Tierras. SNAP. Sistema Nacional de Áreas Protegidas (Shuttle Radar Topography Mission) Misión topográfica Radar Shuttle (Soil and Water Assessment Tool) Herramienta de Evaluación de Suelo y Agua (The Economics and Ecosystem Biodiversity) La Economía de Ecosistemas. SRTM SWAT TEEB.

(19) xix. RESUMEN. El presente proyecto de titulación tiene como objeto la evaluación de los efectos del cambio de uso de suelo en diferentes variables hidrológicas y caudales sólidos de la cuenca del río Coca. Esta investigación forma parte del estudio base necesario para cumplir con el alcance del proyecto TEEB-cuenca del río Coca, además podría servir como sustento para iniciar una gestión integrada del recurso hídrico en la zona. El objetivo planteado se llevó a cabo mediante la modelación hidrológica de escenarios de cambio de cobertura y uso de suelo (CCUS). Se inició con la predicción del escenario Sin cambios (BAU). Esto se realizó con el criterio de la persistencia de la dinámica actual de la cuenca hasta el año 2030, para lo cual se aplicó la herramienta LCM del programa TerrSet. Una vez elaborada la proyección, se incluyeron los escenarios planteados en el proyecto TEEB-cuenca del río Coca para proceder con la simulación del balance hídrico a través del modelo SWAT. Posterior a los caudales líquidos, se estimaron los caudales sólidos mediante la aplicación de la curva de clasificación de sedimentos desarrollada por INECEL en 1992. Los resultados fueron comparados respecto al escenario Base (1990), en función de: superficies de coberturas en los escenarios, variables hidrológicas a nivel de cuenca y subcuenca, y producción de sólidos en suspensión. En la evaluación comparativa se encontró que los CCUS son influyentes en los procesos hidrológicos y en la producción de sedimentos. El caudal líquido y producción de agua no presentan mucha afectación, pues el rango en la tasa de cambio anual y mensual está entre -0,2 y 0,1 % a nivel de cuenca. No obstante, a medida que se incrementa la intervención antrópica enfocada al crecimiento de pastizal, la escorrentía superficial anual y mensual aumenta hasta en un 24,56 %, y el flujo base disminuye hasta en un 8,56 % a nivel de la cuenca. La producción de sólidos suspendidos presenta los mayores cambios entre 23,13 y 52,38 %. Una gestión integrada del recurso hídrico requiere establecer mecanismos sólidos que faciliten la toma de decisiones para los interesados. Por lo tanto, los resultados de este estudio pueden formar parte de una herramienta para determinar acciones, considerando las consecuencias del manejo del suelo sobre los recursos naturales como el agua..

(20) xx. ABSTRACT. The aim of this study is to assess the effects of land use change upon different hydrological variables including solid discharges in the Coca River Watershed. This research is a necessary component to fulfill the scope of The Economics of Ecosystems and Biodiversity (TEEB)-Coca River Watershed project. This work could also serve as support to start an Integrated Water Resources Management (IWRM) in the study area. The stated objective was carried out by hydrological modeling of Land Use and Land Cover Change (LULC) scenarios. It began with the prediction of Business As Usual scenario (BAU). This was done with the view of the persistence of the current dynamics of the watershed until 2030, for which the Land Change Modeler (LCM) tool of TerrSet program was implemented. Once the projection was made, the proposed scenarios of the TEEB-Coca River Watershed project were included to proceed with the simulation of water balance through the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model. Once stream flows were calculated, suspended solid discharge rates were estimated by applying the sediment rating curve developed by INECEL in 1992. The results were compared against the baseline scenario (1990), based on: surface area of land coverage, hydrological variables at the watershed and sub-watershed, and suspended sediment yields. The comparative evaluation showed that LULC are influential in hydrological processes and sediment yield. The stream flow rate and water production have not presented much change, the annual and monthly rate of change range is between -0,2 and 0,1 % at watershed level. However, as the anthropic intervention focused on growth of pasture increases, the annual and monthly runoff increases up to 24,56 %, and base flow decreases by 8,56 % at the watershed level. The yield of suspended solids shows the biggest changes between 23,13 and 52,38 %. IWRM requires to establish means which facilitate decision making. Therefore, the results obtained by this work could be used for taking better political actions in the watershed, considering the consequences of land management over the natural resources such as water..

(21) xxi. PRESENTACIÓN. El objetivo del presente proyecto de titulación es evaluar los efectos del cambio de uso de suelo en los caudales líquidos y sólidos de la cuenca del río Coca. El Capítulo 1 presenta los antecedentes, objetivos, justificación, alcance y marco conceptual del estudio el cual forma parte del Proyecto TEEB- cuenca del río Coca. El Capítulo 2 contiene el marco teórico de la evaluación hidrológica aplicada en la investigación; el cual se refiere a la simulación de cambios de cobertura y uso de suelo, y a la modelación hidrológica. El Capítulo 3 expone la metodología para el alcance del objetivo planteado. La predicción del escenario Sin cambios BAU, se realizó a través del modelo LCM. En la modelación hidrológica se aplicó el modelo SWAT. Las curvas de clasificación de sedimentos se utilizaron para estimar la producción de sólidos en suspensión. Por último, la evaluación comparativa de escenarios se estableció con el análisis de los distintos parámetros respecto al escenario Base (1990). El Capítulo 4 caracteriza a la cuenca de estudio en términos biofísicos y socioeconómicos. En el Capítulo 5 se resumen los resultados de la predicción del escenario BAU, modelación hidrológica y de la evaluación comparativa de los escenarios de cambio de cobertura y uso de suelo. Finalmente, en el Capítulo 6 se exponen las conclusiones y recomendaciones producto de la evaluación hidrológica..

(22) 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN. 1.1. ANTECEDENTES. El suministro de agua es un servicio de vital importancia desde los puntos de vista social, ambiental, y económico para el ser humano [Buytaert et al., 2004]. El recurso hídrico es utilizado en el consumo personal, actividades productivas y generación de energía, para lo cual necesita una provisión perenne de fuentes de drenaje de calidad [Buytaert et al., 2005]. En el transcurso por la tierra, el agua está expuesta a propiedades de la superficie terrestre; por lo que el cambio de la cobertura y uso del suelo (CCUS) es un factor determinante en la cantidad y calidad del recurso [Lambin and Geist, 2008]. La erosión del suelo y la escorrentía superficial están directamente relacionadas con la cobertura vegetal. La presencia de vegetación intercepta la lluvia, almacena el agua en el suelo y reduce la escorrentía, lo que permite el control de la erosión [Can et al., 2015]. En las últimas décadas, el crecimiento acelerado de la población ha incrementado las áreas urbanas, productivas y con esto la demanda de agua. De acuerdo a la FAO (2007), se espera que la población mundial crezca a 8.100 millones para el año 2030, lo cual puede ocasionar un problema de acceso al agua incluso para lugares con abundancia de este recurso. Adicionalmente, esto conlleva a nuevos desafíos debido al cambio climático y otros efectos ocasionados por el desarrollo y la tendencia a la urbanización. Desde 1950, la población de Ecuador ha incrementado 4 veces su tamaño; se verifica mayor crecimiento en zonas urbanas, y diferenciando en regiones la Amazonía presenta un mayor crecimiento desde el censo del 2001 [Villacís and Carrillo, 2012]. Como respuesta a lo expuesto anteriormente, se han ejecutado esfuerzos para investigar los cambios de la hidrología relacionado con diferentes ecosistemas. En Ecuador, se han propuesto estudios enfocados a ecosistemas de montaña tropical, especialmente bosques y páramos. Sin embargo, no se ha potenciado la evaluación del impacto del CCUS, lo que limita la gestión sostenible de este recurso vital e insustituible. [Duque and Vásquez, 2015]. La Escuela Politécnica Nacional (EPN) a través del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (DICA) ha firmado un acuerdo con el Proyecto de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) para desarrollar el Proyecto "La Economía de los Ecosiste-.

(23) 2 mas y la Biodiversidad-Cuenca del río Coca Amazonía Ecuatoriana"(PIE-2015-DICA-EPNPNUMA). El objetivo es realizar la valoración económica de los servicios ecosistémicos de la cuenca del río Coca, considerando los efectos del cambio de la matriz energética y productiva en el país, los cuales van ligados a la soberanía alimentaria de la población. Esta investigación es parte del estudio base necesario para cumplir con el alcance del proyecto TEEB-cuenca del río Coca. Este procura el análisis y evaluación del recurso hídrico en la cuenca de acuerdo a cuatro escenarios de CCUS ya definidos para el proyecto TEEB: i) Sin cambios (BAU, por sus siglas en inglés), ii) Degradación, iii) Plan Nacional de Incentivos y iv) Fortalecimiento de Socio Bosque. De este modo, se podrá incentivar la evaluación de cuencas respecto al uso de suelo y los resultados servirán para la valoración del cambio de aprovisionamiento de los servicios ecosistémicos. La evaluación hidrológica de los CCUS se llevará a cabo mediante modelaciones numéricas; debido a que es una herramienta relativamente económica y acertada para identificar los efectos de escenarios sobre comportamientos hidrológicos [Duque and Vásquez, 2015]. Para el análisis de los CCUS, algunos modelos han sido desarrollados con el objetivo de cumplir con las necesidades de gestión de la tierra. TerrSet desarrollado por Clark Labs (Estados Unidos) a través de su software integrado para la sostenibilidad ecológica, Land Change Modeler (LCM), permite analizar y sustentar los cambios en la cobertura vegetal. Este modelo facilita la proyección de coberturas y posee herramientas automáticas para evaluar la simulación [Mas et al., 2010]. Finalmente, el modelo hidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT) desarrollado por la Universidad de Texas (Estados Unidos) ha sido probado para un amplio rango de escalas de cuencas y condiciones ambientales alrededor del mundo, demostrándose que es una herramienta útil para evaluar los impactos en la cantidad y calidad del recurso hídrico [Can et al., 2015]. 1.2. ÁREA DE ESTUDIO. La cuenca del río Coca (Figura 1.1), ubicada en el noreste de Ecuador en las estribaciones de la cordillera sub-oriental, es considerada de gran importancia debido a su alta biodiversidad y potencial hidroeléctico [Greenleaf Ambiental Company, 2009]. Sin embargo, el área de estudio tanto para el Proyecto TEEB- cuenca del río Coca como para esta investigación, se centra en las subcuencas alta y media. El punto de cierre se localiza aguas abajo de la confluencia de los ríos Coca y Machacuyacu..

(24) 3 820000. 840000. 860000. 880000. 900000. 920000. 940000. Ü. IMBABURA. 10000000. 10000000. SUCUMBIOS. R.. ca. lo. alad. Ma. (PEDOVH# FRPSHQVDGRU. o. Oyacachi. R.. #. &DSWDFLµQ. Oy. ac a. chi. R. M. ac h. ac u. #. 'HVFDUJD. 9980000. R.. R. S. 9980000. Co. El Reventador. PICHINCHA. y ac u. Gonzalo Diaz de Pineda. 9960000. Pa. R.. R.. Sardinas. Qu. ijo. s. 9960000. EL CHACO Cuyuja. pa Papallacta lla cta. San Francisco de Borja. sa n Co. Leyenda. Máx : 5773. R.. 9940000. ORELLANA. Elevación. Mín : 533 Cosanga. #. Límite cuenca río Coca Límite área de estudio Centros poblados Drenajes Obras CHCCS. 9940000. ga. BAEZA. NAPO. 10. 20. Km 30 9920000. 5. 9920000. 0. 820000. 840000. 860000. 880000. 900000. 920000. 940000. FIGURA 1.1: Cuenca del río Coca FUENTE: CCS, IGM ELABORADO POR: Carmen Elena López. La definición del área de estudio como se puede ver en la Figura 1.1, se debe a que estas zonas mantienen la misma dinámica natural y socioeconómica. Por un lado estas subcuencas se localizan en el área de influencia de la Central Hidroeléctrica Coca Codo Sinclair (CHCCS), la más emblemática y ambiciosa del país, diseñada para producir 1.500 MW. Y desde el punto de vista socioeconómico, el área escogida mantiene las actividades productivas similares enfocadas a la ganadería extensiva [PNUMA and EPN, 2016]. En condiciones normales, la cuenca del río Coca presenta una gran dinámica de producción de sedimentos [Armijos et al., 2013], por lo que futuros CCUS podrían ocasionar un incremento de estos, los cuales afectarían directamente en la calidad y cantidad del recurso hídrico. La producción de sólidos cercanas a la CHCCS están entre 2.992 t/año/km2 en el río Quijos y 3.719 t/año/km2 en el río Salado [Duque, 2014]. Adicionalmente, el CCUS puede ocasionar la desregulación de caudales, que limitaría el aprovechamiento de agua, en especial para la generación hidroeléctrica de la cuenca. A pesar de la importancia de esta cuenca, no existen estudios específicos relacionados al cambio de uso de suelo como insumo para la gestión integral..

(25) 4 1.3 1.3.1. JUSTIFICACIÓN JUSTIFICACIÓN TEÓRICA. La comparación de los caudales generados, de acuerdo a cada escenario definido por CCUS, permitirá establecer patrones de los posibles impactos por efecto de la degradación, debido a la presión creciente del suelo. En consecuencia, el proyecto de titulación pretende producir resultados acerca de la influencia del manejo de suelo en los regímenes de flujo en una cuenca andino tropical. Además, esta investigación constituye una base para estudios posteriores, orientados a la evaluación de escenarios tomando en cuenta otras variables como biodiversidad o cambio climático; de la misma manera, estudios enfocados a la valoración de servicios ecosistémicos o modelos de gestión de cuencas. 1.3.2. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA. La investigación se limita a establecer patrones de cambio de acuerdo a los escenarios para analizar la regulación hídrica; es decir, la calidad y cantidad del recurso hídrico. Por lo tanto, se podrán aplicar los resultados en la valoración de los servicios ecosistémicos antes mencionados o en la planificación de un modelo de gestión integrado del recurso hídrico. Este trabajo proveerá información que será de interés para los pobladores de la zona; así como, para los tomadores de decisiones en sus diferentes instancias y jurisdicciones, y planificadores de un modelo de gestión integral de la cuenca hidrográfica para sustentar sus acciones. Uno de los usuarios principales del recurso hídrico en la cuenca es la CHCCS, es por esto que el proyecto de investigación será de importancia para adoptar medidas de gestión en las subcuencas aportantes al proyecto, lo cual incidiría positivamente en la operación y mantenimiento de la infraestructura. 1.3.3. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA. La gestión integral de una cuenca busca el desarrollo coordinado entre los recursos existentes en la zona. El proyecto de titulación persigue analizar los recursos: agua y suelo. En consecuencia, se proporcionará una base para la evaluación de cuencas hidrográficas enfocadas a la gestión por medio de la modelación hidrológica de escenarios..

(26) 5 1.4. OBJETIVOS. 1.4.1. OBJETIVO GENERAL. Evaluar los efectos del cambio de uso del suelo en los caudales líquidos y sólidos de la cuenca del río Coca, como insumo para el análisis de la regulación hídrica y de sedimentos entre escenarios de ocupación territorial, por medio de la modelación hidrológica. 1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Proyectar el escenario BAU, a través del modelo LCM al año 2030, para establecer la dinámica de cambio en la cuenca. • Estimar los caudales líquidos y sólidos para los cuatro escenarios planteados por el proyecto TEEB- cuenca del río Coca por medio del modelo SWAT. • Analizar el efecto de los cambios de uso de suelo en la producción de agua, caudales base y escorrentía superficial mediante la comparación de tasas de cambio por escenario. • Comparar el efecto de los cambios de uso de suelo en la producción de sólidos en suspensión por medio del cálculo de tasas de cambio en las estaciones hidrológicas de la cuenca. 1.5. ALCANCE. El proyecto de titulación compara los valores mensuales y anuales de: producción de agua, escorrentía superficial y flujo base, generados de acuerdo a las coberturas y usos de suelo (CUS) y a las subcuencas. Además relaciona la producción de sólidos en suspensión anual en las estaciones importantes dentro de la cuenca. El alcance de la investigación se limita a establecer patrones de cambio de acuerdo a los escenarios, para analizar la calidad y cantidad del recurso hídrico. Se puede aplicar los resultados en la valoración de los servicios ecosistémicos antes mencionados o en la planificación de un modelo de gestión integrado del recurso hídrico; sin embargo, no se persigue abordar estos propósitos dentro del análisis final del estudio. 1.6. MARCO CONCEPTUAL. Este estudio fue desarrollado en base al siguiente marco de trabajo conceptual (Figura 1.2), el cual será detallado en el Capítulo 3, Metodología..

(27) 6. Recopilación de información. Caracterización de la cuenca. Predicción escenario BAU. Incorporación escenarios del Proyecto TEEB- cuenca del río Coca. Modelación hidrológica Evaluación comparativa de escenarios en función de los CCUS. Evaluación comparativa de escenarios en función de los caudales líquidos. Estimación de caudales sólidos. Evaluación comparativa de escenarios en función de los caudales sólidos. Conclusiones y recomendaciones. FIGURA 1.2: Metodología de trabajo ELABORADO POR: Carmen Elena López.

(28) 7. CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO: EVALUACIÓN HIDROLÓGICA. La evaluación hidrológica corresponde al análisis detallado de las unidades de recursos y sus componentes. Se incluye el proceso mediante el cual se comparan y documentan las condiciones actuales y futuras de una cuenca a través de diferentes herramientas, como: muestreos de campo, recopilación de datos, modelos espaciales, entre otros [INECC, 2016]. En el presente proyecto de titulación se pretende evaluar el área de estudio mediante el análisis de la modelación hidrológica de escenarios de CCUS, de esta manera determinar los caudales líquidos y sólidos en la cuenca. 2.1 2.1.1. CAMBIO DE COBERTURA Y USO DE SUELO (CCUS) COBERTURA/ USO DEL SUELO (CUS). La cobertura del suelo está definida por todos los atributos de la superficie y subsuperficie de la tierra, donde se incluyen: agua superficial y subterránea, biota, suelo, topografía e infraestructura antrópica. El uso del suelo es el propósito para el cual el ser humano explota la cobertura de la tierra. Por lo tanto, al unir los conceptos previos se puede definir a la CUS como el conjunto de atributos bióticos y abióticos de la superficie terrestre y la finalidad que el ser humano le asigna para su aprovechamiento [Lambin and Geist, 2008]. 2.1.2. IMPACTOS DE CCUS. Actividades humanas y perturbaciones a través del tiempo producen CCUS. Dichos cambios son la fuerza impulsora de modificaciones a nivel local y global [Lazo Ulloa, 2014]. Una amplia gama de impactos se han identificado en los servicios ecosistémicos así como en el clima. La alteración de los servicios ecosistémicos (beneficios que se obtiene de los ecosistemas como: provisión de alimentos y agua dulce, hábitat de especies, regulación de la erosión, servicios culturales y moderación de eventos extremos) que mantienen las condiciones de vida en la Tierra, afectan a los sistemas biológicos y su habilidad para sustentar las necesidades humanas. Algunas de las relaciones en donde presentan incidencia los CCUS son: riesgo de enfermedades, alteración climática, pérdida de biodiversidad, degradación del suelo y desregulación morfológica e hidrológica [Lambin and Geist, 2008]. a) Riesgo de enfermedades: La distribución de enfermedades transmitidas por patógenos en el aire y agua son sensibles a CCUS, debido a que su distribución espacial está restrin-.

(29) 8 gida al rango geográfico y preferencias de hábitat de cada especie; dependiendo del uso que le de el ser humano a las distintas parcelas, se adecúa el ambiente para la reproducción de vectores específicos y su dispersión a través del paisaje [Lambin and Geist, 2008]. b) Alteración climática: El calentamiento global es provocado por la acumulación de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera, que impiden la liberación de energía reflejada en forma de calor proveniente de la radiación solar. El dióxido de carbono (CO2 ) es el principal GEI con una concentración de 200 veces más que el siguiente: metano. El intercambio gaseoso de las plantas y vegetales marinos, posibilita la retención de carbono en el suelo y la biomasa. En este aspecto adquieren importancia las grandes fitomasas y sus capacidades de fotosíntesis; por ejemplo, los bosques tropicales o nativos son los ecosistemas que mayor cantidad de carbono retienen. Los CCUS enfocados a la urbanización y producción limitan el secuestro y la reincorporación del CO2 al sumidero biosférico, lo que se deriva en el aumento de la temperatura local [Callo-Concha et al., 2002]. c) Pérdida de biodiversidad: La degradación y pérdida de los ecosistemas debido a CCUS en especial a la expansión de la frontera agrícola son algunas de las amenazas más grandes para la biodiversidad. Estas presiones perjudican a la estructura de las comunidades ecológicas locales, causando extinción local de especies; lo cual, origina la reducción de funcionalidad del ecosistema y una extinción global [Newbold et al., 2014]. La fragmentación de ecosistemas significa la disminución en el área original del hábitat disponible para especies particulares. Esta discontinuidad se constituye como una amenaza importante a la supervivencia de especies por causa de la pérdida de potencial de dispersión y colonización. El desarrollo urbano trae consigo un incremento en la infraestructura como: viviendas y vías, las cuales han sido el principal motivo para el aislamiento de especies y su extinción [Lambin and Geist, 2008]. d) Degradación del suelo: Los CCUS implican una pérdida de la calidad del suelo, es decir inhabilidad para desempeñar sus funciones específicas: • retener y liberar nutrientes • aceptar, retener y liberar agua para plantas, recarga superficial y subterránea • promover y sostener el crecimiento de raíces • mantener un hábitat biótico adecuado • responder a la gestión y resistir la pérdida. Este proceso antropogénico reduce la capacidad de los suelos para sustentar la vida en la Tierra, no sólo para las personas sino para todos los seres vivos en ella. La degradación.

(30) 9 puede ser distinguida en cuatro tipos: erosión del agua, erosión del viento, degradación química y degradación física; los cuales, se producen principalmente por la extensión de áreas deforestadas [Lambin and Geist, 2008]. e) Desregulación morfológica: La vegetación cumple un papel importante en la morfología del río, considerando su interacción directa con el suelo. Las plantas fijan el material suelto en las orillas del cauce principal, en las barras en el interior del cauce o en las llanuras de inundación. En consecuencia, cualquier cambio en las condiciones de cobertura de suelo, conllevan alteraciones en forma y dimension del cauce; por ejemplo, la deforestación al dar paso a la pérdida tanto en resistencia al flujo como en resistencia frente al arrastre del material aluvial, causa mayor socavación en las orillas y acumulación de sedimento en el interior de la sección fluvial [Vide and Upc, 2007, Lambin and Geist, 2008]. f) Desregulación hidrológica: Los CCUS tienen efectos notables en los procesos hidrológicos. La intervención antrópica en el uso de suelo ha causado alteraciones significaticas en el suministro de agua. La remoción de la vegetación natural, da paso a una mayor escorrentía superficial asi como disminución de caudales base. Además la exposición del suelo por cambios en la cobertura provoca pérdidas en la capacidad de retención del suelo [Buytaert et al., 2004]. Asimismo, el agua en su ciclo hidrológico está expuesta a las propiedades de la superficie terrestre, donde los CCUS son determinantes importantes para la calidad del recurso hídrico. Los ríos tienen capacidad de recobrar sus condiciones naturales; sin embargo, la contaminación excesiva puede causar daños irreversibles. La erosión natural unida a la erosión producida por el uso del suelo, ocasionan aumentos en la carga de sedimentos que no se transportan o requieren tiempos demasiado largos respecto a la continua producción del material sólido [Lambin and Geist, 2008]. 2.1.3. MODELACIÓN DE CCUS. Debido a la relevancia de los impactos de CCUS en el bienestar del ambiente y el ser humano, una serie de modelos se han desarrollado para la predicción de escenarios que ayuden en el manejo sustentable del suelo. Los procesos de transición entre coberturas son consecuentes de diferentes factores: biológicos, físicos, económicos y sociales; los cuales se han representado a través de procedimientos empíricos [Oñate Valdivieso, 2009]. Existen modelos como: CLUE, DINAMICA EGO, CA-Marcov o LCM, los cuales presentan diferentes métodos y herramientas para llevar a cabo cada paso en la modelación [Mas et al., 2010]. Land Change Modeler (LCM) incorporado en el programa TerrSet es una aplicación vertical que faculta una simulación espacial con métodos de validación automáticos y limita.

(31) 10 el criterio experto en el análisis de patrones de cambio; por lo tanto, el uso de este modelo simple se considera preciso y práctico para el planteamiento de modelos predictivos [Mas et al., 2010]. 2.1.3.1. Land Change Modeler (LCM). El modelo LCM, desarrollado por Clark Labs de la Universidad Clark en Estados Unidos, ofrece una variedad de herramientas que permiten abordar las complejidades de la dinámica de cambios en regiones geográficas. El estudio mediante esta aplicación se realiza a través de tres módulos: análisis de cambios, potenciales de transición y predicción de cambios [Eastman, 2012]. 1. Análisis de cambios El análisis temporal de los cambios se obtiene a través de una matriz de tabulación cruzada (Figura 2.1), donde se identifican las transiciones de cobertura más importantes entre dos fechas diferentes. En la fila se ubican las categorías en el tiempo inicial (T1) y en las columnas las categorías en el tiempo final (T2). La diagonal principal indica las persistencias entre las dos fechas, mientras que los valores fuera de la diagonal muestran los cambios de T1 y T2 para cada categoría [Pontius et al., 2004]. T1 Cat 1 Cat 2 Cat 3 Cat 4 Total T1 Ganancia. Cat 1 P11 P21 P31 P41 P1T P1T − P11. T2 Cat 2 Cat 3 Cat 4 P12 P13 P14 P22 P23 P24 P32 P33 P34 P42 P43 P44 P2T P3T P4T P2T − P22 P3T − P33 P4T − P44 FUENTE: [Pontius et al., 2004]. Total T2. Pérdida. P1T P2T P3T P4T 1. P1T − P11 P2T − P22 P3T − P33 P4T − P44. FIGURA 2.1: Matriz de tabulación cruzada. Una vez realizada la matriz de transición, se pueden analizar parámetros de cambio temporal como: pérdidas, ganacias, cambio neto y cambio total [Rocha et al., 2009]: • Pérdidas y ganancias: Representan los cambios de cobertura positivos y negativos respecto a cada tipo de cobertura. Se pueden expresar a través de la diferencia entre el total de ganancias o pérdidas menos la persistencia (diagonal principal), como se puede ver en la Figura 2.1. • Cambio Neto: Se expresa como la diferencia absoluta entre las pérdidas y ganancias (Ecuación (2.1)). Cnj = |Pij − Gij |. (2.1).

(32) 11 En dónde: Cnj : Cambio neto por categoría Pij : Pérdidas por categoría Gij : Ganancias por categoría i: Valores en el tiempo inicial T1 j: Valores en el tiempo final T2 • Cambio Total: Representa a la suma total de pérdidas y ganancias (Ecuación (2.2)) Ctj = Pij + Gij. (2.2). En dónde: Ctj :. Cambio total por categoría. 2. Potenciales de transición Los potenciales de transición son las adecuaciones de las coberturas para cada cambio [Eastman, 2012]. La representación eficaz de estos patrones espaciales se ejecutan a través de modelos basados en regresión. Los modelos permiten fijar relaciones entre variables explicativas y transformaciones observadas en un rango de tiempo; de tal manera, que se puedan utilizar las variables mejor acopladas en la ubicación de transiciones futuras [Oñate Valdivieso, 2009]. Las variables explicativas ayudan a representar las fuerzas impulsoras que dan paso a las transformaciones; estas pueden ser estáticas o dinámicas. • Las variables estáticas simbolizan aspectos de adecuación básica distribuidos espacialmente y que no cambian con el tiempo como: pendiente, aspectos edafológicos, elevaciones, entre otras [Oñate Valdivieso, 2009]. • Las variables dinámicas son determinantes que dependen del tiempo; por ejemplo: dinámica de carreteras o distancia euclidiana a asentamientos humanos [Eastman, 2012]. Dentro de los modelos basados en regresión se tienen métodos lineales y no lineales para su resolución. La aplicación de redes neuronales artificiales de tipo perceptrón multicapa (MLP por sus siglas en inglés) es un tipo de sistema no lineal disponible en LCM, el cual fue aplicado en la zona de estudio a razón de que permite modelar transiciones múltiples en un submodelo [Leon de Mora et al., 2011]..

(33) 12 El objetivo de este sistema es imitar la capacidad de un cerebro humano de reconocer patrones y hacer predicciones en base a la experiencia pasada [Oñate Valdivieso, 2009]. La arquitectura del MLP se constituye por las capas: entrada, oculta y salida (Figura 2.2). Entradas. Salidas. f( ). X1 Ø. f( ) Ø. X2. f( ). Y1. f( ). Y2. f( ). Yk. Ø. f( ). f( ). X3 Ø. Ø. Ø. f( ). Xp Ø. f( ) Ø. Capa de entrada. Ø. Capa oculta. Capa de salida. FIGURA 2.2: Estructura de la red neuronal artificial FUENTE: [Leon de Mora et al., 2011]. Todas las capas que componen la red neuronal artificial estan interconectadas a través de neuronas que se encargan de encontrar relaciones entre los datos de entrada, y facilitar una salida única. Los procesadores elementales (PE) o neuronas son dispositivos simples de cálculo que se agrupan en capas para formar la red. Se configuran por un conjunto de entradas Xj (t) y pesos sinápticos Wij que explican la magnitud de interacción entre la entrada (j) y la neurona (i). A partir de esta interacción, una regla de propagación (Ecuación (2.3)) da paso al valor post sináptico de la neurona [Leon de Mora et al., 2011]. hi (t) =. X. Wij Xj (t). (2.3). i. En dónde: hi (t):. Regla de propagación. Dicho valor reproduce la salida de la neurona y su estado de activación a través de una función diferenciable (Ecuación (2.5)); puede ser: logística, tangente hiperbólica, etc..

(34) 13. (2.4). yi (t) = fi (hi (t)) En dónde: yi (t):. Función de activación. Se puede añadir un umbral (φ) al conjunto de pesos para agregar un grado de libertad a la neurona, como se puede ver en la Figura 2.3; donde se expone gráficamente la estructura de la neurona antes explicada. Entradas X1. Pesos W1. Cuerpo celular. X1 W2. f( ). Salida. W3. X1. Ø. Wp. Umbral. X1. FIGURA 2.3: Estructura de la neurona FUENTE: [Leon de Mora et al., 2011]. Finalmente, para configurar los pesos y umbrales en las conexiones del MLP se ejecutan procesos iterativos, de tal manera que se diseñe un algoritmo de entrenamiento de propagación hacia atrás que minimize el error. El perceptrón comienza el entrenamiento con los parámetros libres (pesos y umbrales) en cero; y posteriormente, se ejecuta la red con diferentes valores, obteniendo el error a cada salida y acoplando nuevos valores hasta alcanzar el error más cercano a cero [Leon de Mora et al., 2011]. 3. Predicción de cambios La dinámica de CCUS se puede representar como un proceso estocástico mediante una cadena de Markov. El conocimiento de los cambios previos y las probabilidades de transición de unos estados a otros, le permite al sistema establecer una matriz de probabilidades condicionales (Ecuación (2.5)) [Eastman, 2012, Mishra et al., 2014]. La matriz que reproduce la predicción de cambios, se determina a través de la multiplicación de matrices obtenidas en los módulos anteriores; es decir, la matriz de tabulación cruzada y el conjunto de potenciales de transición que forman la matriz de transiciones probables [Oñate Valdivieso, 2009]..

(35) 14. l t = l o Pt. (2.5). En dónde: Matriz de probabilidades condicionales lo : Matriz de transición Pt : Matriz de transiciones probables lt :. 2.2 2.2.1. MODELACIÓN HIDROLÓGICA CICLO HIDROLÓGICO. El ciclo hidrológico es el núcleo de la hidrología. No se puede definir un principio y un fin en el ciclo hidrológico; todos los procesos que ocurren en él, se producen de manera continua (Figura 2.4). El agua que se evapora de la superficie terrestre y de los cuerpos de agua, después baja de la atmósfera en forma de precipitación. El agua precipitada se puede: interceptar por la vegetación, infiltrar en el suelo o formar parte del flujo superficial y flujo subsuperficial. El agua que se infiltra, posteriormente se percola para recargar el agua subterránea; de donde alimenta manantiales o conforma escorrentía superficial. Así pues, el agua regresa a los cuerpos de agua y continúa con la evaporación y demás fases [Chow et al., 1994].. FIGURA 2.4: Ciclo Hidrológico FUENTE: [Roque, 2014].

(36) 15 2.2.2. MODELO HIDROLÓGICO. En el libro Hidrología Aplicada [Chow et al., 1994], "sistema hidrológico se define como una estructura o volumen en el espacio, rodeada por una frontera, que acepta agua y otras entradas, opera en ellas internamente y las produce como salidas". El ciclo hidrológico está definido como un sistema, el cual se conforma por tres subsistemas: agua atmosférica, agua superficial y agua subsuperficial. • Agua atmosférica: Incluye procesos de precipitación, evapotranspiración e intercepción. • Agua superficial: Incluye procesos de escorrentía superficial, flujo superficial y nacimiento de agua subsuperficial y subterránea. • Agua subsuperficial: Incluye procesos de infiltración, recarga de acuíferos, flujo subsuperficial y flujo de agua subterránea. Los modelos hidrológicos son una reproducción aproximada de un sistema real. Las variables de entrada y salida son características medibles que se expresan en función del tiempo. El sistema se representa por una transformación de la entrada en la salida, como se puede ver en la Ecuación (2.6); que a su vez se iguala a la ecuación de la continuidad para flujo no permanente de densidad constante [Chow et al., 1994, Monsalve Sáenz, 1995]. I(t) − Q(t) =. dS dt. (2.6). En dónde: I(t): Entradas Q(t): Salidas dS : Cambio de almacenamiento dt En el presente estudio se utilizó un tipo de modelo hidrológico determinístico semidistribuido con base física (Modelo SWAT). Un modelo determinístico es aplicable debido a que se tiene parámetros de comparación reales para las variables resultantes; por lo tanto, la aleatoriedad es pequeña [Chow et al., 1994]. Un modelo semidistribuido permite la representación de procesos a mayor detalle (subcuenca) [Musy et al., 2014]. Finalmente, un modelo con base física escenifica el balance hídrico a través de componentes, cada uno expresado con procesos hidrológicos [Musy et al., 2014]. 2.2.2.1. Modelo SWAT. El modelo SWAT, desarrollado por la Universidad de Texas en Estados Unidos, posibilita la simulación de diferentes procesos físicos en una cuenca hidrográfica [Arnold et al., 1998,.

(37) 16 Neitsch et al., 2011]; además predice el impacto de los usos del suelo en el agua, tanto en cantidad como en calidad [Fohrer et al., 2005]. El modelo delinea la cuenca de estudio en subcuencas interconectadas por la red de drenaje. A su vez, las subcuencas se encuentran divididas por unidades de respuesta hidrológica (HRUs por sus siglas en inglés). Las HRUs son sectores determinados con la unificación de: tipo de suelo, CUS y pendiente que se unen por medio de canales [Can et al., 2015]. El ciclo hidrológico se simula en dos fases principales [Can et al., 2015]: 1. Fase del suelo en el ciclo donde se controla la cantidad del agua, sedimentos y la carga de nutrientes en las aguas receptoras. 2. Fase de transporte que controla el movimiento del agua a través de la red de drenaje. La Ecuación (2.7) representa el ciclo hidrológico del modelo: SW t = SW o +. t X i=1. (RDia − QSup − Ea − QLat − QSub ). (2.7). En dónde: SW t : Contenido de agua final en el suelo, en mmH2 O SW o : Contenido de agua inicial en el suelo, en mmH2 O t: Tiempo, en días RDia : Cantidad de precipitación en el día i, en mmH2 O QSup : Cantidad de escorrentía superficial en el día i, en mmH2 O Ea : Cantidad de evapotranspiración (ET) en el día i, en mmH2 O QLat : Pérdida de flujo lateral desde el suelo a los drenajes en el día i, en mmH2 O QSub : Cantidad de recarga subterránea en el día i, en mmH2 O La Figura 2.5 muestra el ciclo hidrológico que se representa a través de la simulación en el modelo SWAT..

(38) 17. FIGURA 2.5: Balance hídrico del modelo SWAT FUENTE: [Neitsch et al., 2011]. Al final, los flujos por cada HRU de las subcuencas se suman, y las cargas finales después se propagan a través de los canales y reservorios de la salida de la cuenca [Can et al., 2015]. El modelo SWAT utiliza varios métodos para la determinación de cada término del balance hídrico. A continuación se explican las fórmulas aplicadas en el presente estudio. 1. Escorrentía superficial La escorrentía superficial ocurre cuando la tasa de ingreso de agua de la superficie de suelo supera la tasa de infiltración. El modelo SWAT permite la aplicación de dos métodos para la estimación de la escorrentía superficial. La Ecuación (2.8) representa el método del Número de Curva (NC) aplicado en este estudio, debido a que provee una base sólida para estimar la escorrentía superficial, bajo diferentes condiciones de uso y tipo de suelo [Neitsch et al., 2011].. QSup =. (RDia − 0,2Sr )2 (RDia + 0,8Sr ). En dónde: Cantidad de escorrentía superficial en el día i, en mmH2 O RDia : Cantidad de precipitación en el día i, en mmH2 O Sr : Parámetro de retención, en mmH2 O QSup :. (2.8).

(39) 18 El parámetro de retención Sr varía en función de los cambios en los suelos; toma en cuenta: uso, manejo y contenido de agua. Se define a partir del NC específico para cada CUS. La escorrentía ocurre cuando la cantidad de precipitación (RDia ) es mayor que las abstracciones iniciales (Ia ); es decir: almacenamiento en la superficie, intercepción e infiltración previa [Neitsch et al., 2011, Chow et al., 1994]. Al extender el método se puede calcular la distribución temporal de las abstracciones, como se puede ver en la Ecuación (2.9) [Chow et al., 1994]: Fa =. Sr (RDia − Ia ) RDia − Ia + Sr. (2.9). En dónde: Profundidad adicional del agua retenida en la cuenca, en mmH2 O RDia : Cantidad de precipitación en el día i, en mmH2 O Parámetro de retención, en mmH2 O Sr : Fa :. 2. Evapotranspiración La evapotranspiración incluye todos los procesos donde el agua en la cuenca se convierte en vapor. El cálculo mediante el modelo SWAT considera los siguientes procesos: (a) Almacenamiento de agua en el docel; calculada en función del índice de área foliar (LAI por sus siglas en inglés) (b) Evapotranspiración potencial; calculada en este estudio a través del método de Penman-Monteith (Ecuación (2.10)). λEt =. ∆ ∗ (HN eto − G) + Υ ∗ Kl ∗ (0,622 ∗ λ ∗ ρAire /P a) [eZ 0 − eZ ] /ra ∆ + Υ ∗ (1 + rc /ra ) (2.10). En dónde:.

(40) 19 λ:. Et : ∆:. Calor latente de vaporización, en MJ ∗ kg−1. Tasa de transpiración máxima, en mm ∗ d−1. Pendiente de saturación de vapor, en kPa ∗ C−1. HN eto : Radiación neta, en MJ ∗ m−2 ∗ d−1 G: Densidad de flujo de calor en el suelo, en MJ ∗ m−2 ∗ d−1 Υ: Constante piezométrica, en MJ ∗ m−2 d−1 Kl :. ρAire : P a:. Coeficiente dimensional, en m ∗ s−1 Densidad del aire, en kg ∗ m−3 Presión atmosférica, en mm−1. eZ 0 :. Presión de saturación de vapor, en kPa. eZ :. Presión de vapor del agua, en kPa. ra :. Resistencia de difusión de la capa de aire, en s ∗ m−1. rc :. Resistencia del docel, en s ∗ m−1. (c) Evaporación real; donde se une: la cantidad de evaporación de la lluvia interceptada, la transpiración y sublimación, y la evaporación desde el suelo. 3. Flujo lateral El flujo lateral es calculado en conjunto con la percolación. Un modelo de almacenamiento cinemático es usado en la determinación de este parámetro (Ecuación (2.11)) [Neitsch et al., 2011]. QLat = 0,024(. 2 ∗ Sd ∗ KSat ∗ sin (α) ) φ d ∗ Lf. (2.11). En dónde: QLat :. Sd :. Pérdida de flujo lateral desde el suelo a los drenajes en el día i, en mmH2 O Volumen de drenaje del agua en el suelo, en mmH2 O. KSat : Conductividad hidráulica saturada, en mmh−1 α: Pendiente, en mm−1 φd :. Porosidad del drenaje, en mm/mm. Lf :. Longitud del flujo, en m. Para tomar en cuenta las múltiples capas, el modelo se aplica para cada una en forma independiente. El cálculo se inicia desde la capa superficial del suelo. 4. Recarga subterránea del acuífero libre El agua subterránea es el agua acumulada en la zona saturada del suelo, donde la presión excede la atmosférica [Neitsch et al., 2011]. En el modelo SWAT, el cálculo.

(41) 20 de la contribución del flujo subterráneo es representado por el almacenamiento de un acuífero libre [Arnold et al., 1998]. El balance del acuífero se representa con la Ecuación (2.12). aqsh,i = aqsh,i−1 + wrec,sh − Qsub − wrevap − wpump,sh. (2.12). En dónde: Cantidad de agua almacenada en el acuífero superficial en el día i, en mmH2 O Cantidad de agua almacenada en el acuífero superficial en aqsh,i−1 : el día i-1, en mmH2 O Cantidad de recarga que ingresa al acuífero superficial en el wrec,sh : día i, en mmH2 O Cantidad de recarga subterránea en el acuífero libre en el día QSub : i, en mmH2 O Cantidad de agua que se mueve en la zona del suelo en wrevap : respuesta a las deficiencias de agua en el día i, en mmH2 O Cantidad de agua que se remueve desde el acuífero por una wpump,sh : bomba en el día i, en mmH2 O aqsh,i :. Finalmente, la cantidad de flujo de retorno para la contribución a la producción de agua, está definida por la Ecuación (2.13). Qsub =. 8000 ∗ KASat ∗ hwth LSub 2. (2.13). En dónde: QSub :. Cantidad de recarga subterránea en el día i, en mmH2 O. KASat : Conductividad hidráulica saturada del acuífero, en mm/dia LSub : Distancia desde la subcuenca al canal principal, en m hwth : Nivel del agua, en m 2.3 2.3.1. PRODUCCIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN EROSIÓN EN CUENCAS HIDROGRÁFICAS. La erosión está definida como un proceso natural de desgaste del suelo o roca por acción de diferentes factores como: movimiento de agua, viento, glaciares y olas [Rocha, 1998]. El análisis de la erosión comprende desde el despegue de las partículas de suelo por el impacto de las gotas de lluvia, hasta la acumulación del sólido en la superficie. En suelos.

(42) 21 relativamente planos las partículas se dispersan de forma uniforme en todas las direcciones; mientras que, en suelos con pendiente se tiene un transporte neto aguas abajo con el flujo superficial antes de depositarse en la tierra [Linsley et al., 1977]. Existen varios tipos de erosión de acuerdo al factor que causa este proceso como: • Erosión laminar: factor que ocurre por efecto de la lluvia o del escurrimiento del agua en las capas de suelo superficial relativamente uniforme [Rocha, 1998] (Figura 2.6).. FIGURA 2.6: Erosión laminar FUENTE: [PNUMA and EPN, 2016]. • Erosión en cárcava: factor que ocurre cuando la turbulencia del flujo y la acumulación de flujo superficial son suficientes para sacar partículas de fondo (Figura 2.7). El proceso causa una socavación profunda y mayores pendientes cerca de la sección aguas arriba [Linsley et al., 1977].. FIGURA 2.7: Erosión en cárcava FUENTE: [Martínez et al., 2009]. • Erosión por movimiento de masas: factor que puede formarse con un movimiento de arrastre en forma lenta o con un colapso masivo (deslizamientos), como se puede ver en la Figura 2.8 [Linsley et al., 1977]..