Upload
lamanh
View
216
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Estimación del Balance hídrico y producción de sedimentos bajo tres escenarios de cobertura en
la subcuenca ganadera del Río Jabonal, Costa Rica, mediante el empleo de SWAT
Grupo Ganadería y Manejo del Ambiente
José Ney Ríos Ramírez
Introducción
La demanda por agua dulce se duplica cada veinte años, es decir dos veces mayor que el crecimiento de la población mundial. El agua ya es escasa para mil millones de personas en el mundo y al ritmo actual de consumo, en el año 2025 la demanda de agua dulce superará en un 56% la cantidad actualmente disponible (Barlow 2001)
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL MUNDOG
rupo
Gan
ader
ía y
Man
ejo
del
Am
bien
te
IMPORTANCIA DE LA COBERTURA VEGETAL EN EL CICLO HIDROLÓGICO
La eliminación de la vegetación es la principal causa de
degradación del suelo y de la pérdida de su capacid ad
de tolerar la erosión . La erosión del suelo se considera
uno de los factores que contribuyen a la desertificación;
entendida ésta como la pérdida de capacidad de los suelos
de sustentar la vida
La cobertura vegetal juega un rol importante en la
regulación del ciclo hidrológico . Los árboles afectan
positivamente la dinámica del agua al actuar como
barreras para disminuir la escorrentía, incrementando la
infiltración y la retención de agua (Young 1997)
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
El uso de tierra en América Latina tropical en los
últimos 30 años ha sido la conversión de bosque a
pastura; perdiendo cada año cerca de cinco
millones de hectáreas de bosque natural por año
(FAO 2001)
Por tal razón, actualmente muchas
cuencas que brindan servicios
ecosistémicos (suministro de agua,
conservación de biodiversidad y captura
de carbono), tienen como principal
actividad productiva la ganadería
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Debido a esto, en los últimos años, en muchas regiones de
Mesoamérica y Sudamérica se ha intentado reconvertir los sistemas de producción agropecuarios tradicionales hacia sistemas amigables con el ambiente, lo cual ha provocado la
búsqueda de opciones alternas encaminadas a compatibilizar las
prácticas productivas con las acciones conservacionistas, o en el
mejor de los casos hacer de ellas una misma cosa (Ibrahim et
ál. 2003)
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Sistema Silvopastoril
Objetivos de la Investigación:
• Evaluar el comportamiento hidrológico y la producción
de sedimentos bajo tres escenarios de cobertura vegetal
en la subcuenca ganadera del Río Jabonal mediante el
empleo del modelo SWAT ( Soil Water Assessment
Tool)
• Comprobar si los resultados encontrados con el modelo
SWAT presentan la misma tendencia con aquellos
encontrados mediante pruebas de campo
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Esquema de Trabajo
Definición de los escenarios a evaluar
Recopilación y procesamiento de información solicitada por
el modelo SWAT
Corrida del Modelo
Resultados
Reconocimiento del área de estudio (cuenca)
Identificación de usos del suelo
Suelos (características y perfiles)
Cobertura vegetal
Modelo de elevación digital
Cobertura de ríos
Datos climáticos
Con base en criterios técnicos
Comparación con resultados obtenidos en pruebas de campo
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Ubicación
N
EW
S
Subcuenca del Río Jabonal424000
424000
426000
426000
428000
428000
430000
430000
432000
432000
434000
434000
436000
4360001114000 11140001116000 11160001118000 11180001120000 11200001122000 11220001124000 11240001126000 1126000
CuencaRíos
Cuencas
COSTA RICA
2 0 2 4 Kilometers
Océano Atlántico
Océano Pacífico
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Subcuenca del Río Jabonal: Características generales
• Forma parte de la Cuenca del Río Barranca
• Área: 4 320 ha
• Rango altitudinal: 250 a 1500 msnm
• Precipitación: 3200 mm año-1
• Temperatura 19 - 23 °C
• Humedad Relativa promedio de 85 %
• Suelos: Alfisoles, Entisoles y Ultisoles; de textura franca a franca arcillosa, quebrados, fuertemente ondulados con zonas escarpadas y pendientes de 30 a 60%
• Predominio de extensas áreas dedicadas a la producción ganadera, la cual es su principal actividad productiva y económica
Cobertura de la cuenca
Como primer paso se identificó y
clasificó la cuenca en sus principales
tipos de cobertura, los cuales son:
bosques primarios, sus remanentes
o bosques naturales protegidos;
bosques secundarios o tacotales;
pasturas mejoradas con ó sin árboles
y pasturas nativas
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Bosque primario intervenido
Bosque secundario o tacotal
Pasturas mejoradas con árboles
Pasturas nativas
Escenarios evaluadosESCENARIO 1: Uso tradicional del suelo .- la cual fue levantada a partir de fotografías
satelitales de la zona de estudio a través del uso de herramientas de información geográfica. Referente a los usos, este escenario presenta: bosques primarios, sus remanentes o bosques naturales protegidos, bosques secundarios, pasturas mejoradas con ó sin árboles y pasturas nativas
ESCENARIO 2: Reforestada .- Con base en la cobertura original se elaboró una capa de cobertura vegetal asumiendo una tasa de forestación de 3,4 %, la cual permitiría la regeneración de bosques secundarios. Este escenario también presenta los cuatro usos de suelo; con la salvedad de que el área del bosque secundario será mayor debido al incremento de las áreas en regeneración natural
ESCENARIO 3: Cambio de uso .- Con base en la cobertura tradicional, se planteó un cambio de uso de cobertura en la que sistemas ganaderos convencionales (pasturas nativas y/o degradadas) fueron convertidas a sistemas silvopastoriles (principalmente pasturas mejoradas con árboles). Por lo que este escenario solo presenta tres tipos de cobertura: bosques primarios, sus remanentes o bosques naturalesprotegidos; bosques secundarios y pasturas mejoradas con árboles
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
ESCENARIO 1
ESCENARIO 3
LEYENDA
FRSE: Bosque primario Intervenido
FRST: Bosque Secundario
PAST: Sistema Silvopastoril
RGNE: Sistema pastura tradicional
ESCENARIO 2
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
En el estudio solo se evaluó el efecto de la cobertu ra vegetal, no fue incluido el aspecto de manejo de lo s sistemas ganaderos
Cuadro: Características del Suelo y cobertura veget al bajo los tres escenarios en la Subcuenca del Río Jabonal
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
ESCENARIOS Tipo de Suelo Tipo de cobertura vegetal Nomenclatura SWAT
ESCENARIO 1
Ah- fo Eo-e Ut-e
Ut-mo
bosques primarios intervenidos y/o bosques naturales protegidos
FRSE
bosques secundarios FRST
Sistema Silvopastoril PAST
Sistema pastura tradicional RNGE
ESCENARIO 2
Ah- fo Eo-e Ut-e
Ut-mo
bosques primarios intervenidos y/o bosques naturales protegidos
FRSE
bosques secundarios FRST
Sistema Silvopastoril PAST
Sistema pastura tradicional RNGE
ESCENARIO 3
Ah- fo Eo-e Ut-e
Ut-mo
bosques primarios y/o bosques naturales protegidos
FRSE
bosques secundarios FRST
Sistema silvopastoril PAST
Descripción del Modelo SWAT
El Soil and Water Assessment Tool (SWAT) es un programa de modelación hidrológica diseñado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos en conjunto con la Universidad de Texas (Arnolt et ál. 1990). Este modelo permite simular la producción de agua y sedimentos en cuencas hidrográficas, así como, el efecto que en la calidad del agua tienen las prácticas agronómicas por el uso de pesticidas y fertilizantes. El SWAT se basa en un balance hídrico para determinar la entrada, salida y almacenamiento de agua en la cuenca
Para el modelamiento, la cuenca hidrográfica se divide en pequeñas Subcuencas con el fin de mejorar la exactitud de los cálculos. Adicionalmente el SWAT trabaja por unidades de respuesta hidrológica (HRU) obtenidas del cruce de los diferentes tipos de suelo (textura), con el uso y cobertura del suelo
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
El ciclo hidrológico simulado por el AVSWAT está basado en la ecuación del balance hídrico:
Donde:SWt = contenido final de agua en el suelo (mm H2O)SW0 = contenido inicial de contenido de agua en el suelo en un día i (mm H2O)t = tiempo (días)Rday = cantidad de precipitación en un día i (mm H2O)Qsurf = cantidad de escorrentía superficial en un día i (mm H2O)Ea = cantidad de evapotranspiración en un día i (mm H2O)wseep = cantidad de agua que ingresa a la zona no saturada
desde el perfil del suelo en un día i (mm H2O)Qgw = cantidad de flujo de retorno en un día i (mm H2O)
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Resultados
A nivel de Microcuenca:
Los resultados muestran que fue el ESCENARIO 3 quien mostró un comportamiento hidrológico más diferenciado respecto a las otras coberturas, presentando una disminución de 27% en la producción de sedimentos, 25 % en escorrentía superficial y 19% en evapotranspiración
Cuadro : Parámetros hidrológicos en la Subcuenca de l Río Jabonal bajo tres escenarios, usando el Model o SWAT
Parámetro Esc 1 Esc 2 Esc 3 Evapotranspiración Potencial (mm) 6.873,58 6.873,56 5.154,95 Evapotranspiración (mm) 2.174,17 2.167,84 1.742,93 Percolación (mm) 18.518,09 18.847,03 15.539,57 Escorrentía superficial (mm) 3.562,29 3.584,47 2.677,43 Escorrentía superficial (%) 24,09 25,93 23,46 Producción de sedimentos (Ton ha-1) 5.710,16 5.674,10 4.099,85
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Similares resultados referente a producción de sedimentos se encontró en experimentos desarrollados por el Proyecto Enfoques silvopastoriles Integrados para el manejo de Ecosistemas desarrollado en Nicaragua, Colombia y Costa Rica, en la que se logró disminuir hasta en un 42 % la pérdida de suelo por erosión a través de la implementación de sistemas silvopastoriles
Tasa de erosión en diferentes usos del suelo – Proyecto GEF/ Silvopastoril
20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
Suelo desnudo (%)
0
20
40
60
80
100
120
140
0.0
Ero
sión
(t h
a-1 )
y = 0.0004x + 1.2141x - 10.7773 - 0.036x2
R2 = 0.9867
A mayor suelo desnudo mayor erosión
BOSQUE
Sistema degradado
TASA DE EROSIÓN EN SISTEMAS GANADEROS
20.0 40.0 60.0 80.0 100.0
Suelo desnudo (%)
0
20
40
60
80
100
120
140
0.0
Ero
sión
(t h
a-1)
Banco Forrajero
Pastura mejorada con alta densidad
de árboles
Pastura mejorada con baja densidad de
árboles
Pastura mejorada sin árboles
Pastura natural sin árboles
Pastura sobrepastoreada
Simulación gráfica de escorrentía y percolación es sistemas ganaderos
Pastura arbolada
Pastura
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Por otro lado, el mayor reporte de escorrentía y producción de sedimentos, independiente del escenario evaluado, se registró en la en la zona alta de la cuenca
26
2
38
4
5
31
15
19
1
24
21
14
27
22
18
30
11
13
28
16
10
23
12
25
17
29
9
6
20
Escorrentia [mm] 186.512 - 271.22271.22 - 400.757400.757 - 1043.5531043.553 - 1346.2561346.256 - 1717.336Streams
N
EW
S
ESCORRENTIA PROMEDIO ESC 1
3 0 3 6 Kilometers
26
2
38
4
5
31
15
19
1
24
21
14
27
22
18
30
11
13
28
16
10
23
12
25
17
29
9
6
20
Escorrentia [mm]185.78 - 288.01288.01 - 400.757400.757 - 1036.6151036.615 - 1334.9741334.974 - 1718.805Streams
N
EW
S
ESCORRENTIA PROMEDIO ESC 2
3 0 3 6 Kilometers
26
2
38
4
5
31
15
19
1
24
21
14
27
22
18
30
11
13
28
16
10
23
12
25
17
29
9
6
20
Escorrentia [mm] 185.759 - 273.889273.889 - 400.757400.757 - 1035.4761035.476 - 1320.8051320.805 - 1714.632Streams
N
EW
S
ESCORRENTIA PROMEDIO ESC 3
2 0 2 4 Kilometers
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Percolación : El modelo no evidencia diferencia significativa a nivel de Microcuenca en los tres escenarios. Pero si identifica las zonas con mayor potencial donde se lleva a cabo este proceso.
Esto es de suma importancia en cuencas que son abastecedoras de agua ya que si se desearía implementar un esquema de Pago por Servicios hídricos (PSH) se puede dar una ponderación más alta a estas áreas y focalizar acciones para un mejor manejo de recursos.
26
2
38
4
5
31
15
19
1
24
21
14
27
22
18
30
11
13
28
16
10
23
12
25
17
29
9
6
20
Percolacion [mm] 201.697 - 256.021256.021 - 521.854521.854 - 1498.791498.79 - 11766.77911766.779 - 14073.156StreamsN
EW
S
PERCOLACION PROMEDIO ESC 1
2 0 2 4 Kilometers
26
2
38
4
5
31
15
19
1
24
21
14
27
22
18
30
11
13
28
16
10
23
12
25
17
29
9
6
20
Percolacion [mm]201.61 - 255.554255.554 - 523.589523.589 - 1498.3951498.395 - 11774.91811774.918 - 14065.058StreamsN
EW
S
PERCOLACION PROMEDIO ESC 2
4 0 4 8 Kilometers
26
2
38
4
5
31
15
19
1
24
21
14
27
22
18
30
11
13
28
16
10
23
12
25
17
29
9
6
20
Percolacion [mm] 201.61 - 254.359254.359 - 523.326523.326 - 1496.4861496.486 - 11752.02911752.029 - 14036.62StreamsN
EW
S
PERCOLACION PROMEDIO ESC 3
3 0 3 6 Kilometers
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
A nivel de Unidad Hidrológica de Respuesta ( HRU)
Se evidencia que existe una diferencia en el comportamiento hidrológico bajo diferentes coberturas. Así, sistemas con mayor cobertura vegetal fueron las que presentan menor escorrentía . Estos resultados muestran la misma tendencia que los encontrados por las investigaciones realizadas en el Proyecto GEF/ Silvopastoril
COBERTURA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL (%)
Resultado SWAT Resultado parcelas de escorrentía Bosque 6 - bosques secundarios 9 7 Sistema Silvopastoril 17 15 Sistema pastura tradicional 18 28
Cuadro 3 Comparación de resultados de Escorrentía Su perficial (%) en usos ubicados en el mismo lugar de la subcuenca del Río Jabonal y bajo condiciones simila res de precipitación para el año 2005
Posiblemente la diferencia significativa en el sistema de pastura tradicional se deba a que al realizar el análisis con SWAT no se incorporó el estado del sistema ni el manejo del mismo, el cual al momento de la evaluación se encontraba sobrepastoreado, dicha sobre carga animal en el sistema aumenta la compactación y rompe la estructura del sueloG
rupo
Gan
ader
ía y
Man
ejo
del A
mbi
ente
CONCLUSIONES:• La escorrentía superficial muestra un comportamiento inverso a la
cobertura arbórea en cuencas ganaderas
• Los sistemas silvopastoriles son una alternativa de manejo sostenible en cuencas ganaderas, debido ha que presentan características hidrológicas intermedias entre las pasturas sobrepastoreadas y los bosques secundarios, por lo que se podrían aprovechar sus beneficios ecosistémicos al ser sistemas de uso de suelo “inte rmedio”
• La incorporación de aspectos de manejo es necesario si se desea tener una modelación más acertada
• Los resultados encontrados con SWAT tienen una correlación positiva con los encontrados mediante el uso de pruebas de campo
• SWAT puede ser una herramienta útil para el análisis, diagnóstico e implementación de actividades en cuencas ganaderas, brindando un criterio técnico válido para la toma de decisiones debido a que nos permite realizar un análisis hidrológico práctico
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
RECOMENDACIONES
• Se recomienda realizar estudios complementarios de campo que permitan validar, respaldar y/o calibrar los resultados encontrados mediante la modelación con SWAT
• Se recomienda continuar con las mediciones y modelaciones de los parámetros hídricos en una mayor diversidad de casos en el tiempo y en el espacio, lo que permitiría tener un universo más amplio de posibilidades de arreglos que beneficien a las zonas de recarga
• Debido a que se usaron pocas estaciones climáticas y pluviométricas para la simulación en este estudio, se recomienda que en tiempos posteriores se sigan realizando trabajos similares a éste con datos de más estaciones cercanas, así como comparar los resultados con otra fuente de información
Gru
po G
anad
ería
y M
anej
o de
l Am
bien
te
Muchas gracias!!!EL RIO JABONAL
Autora: Laura Carvajal (4 años)
Comunidad de Peñas Blancas -Jabonal