UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE AGRONOMIA AREA TECNOLOGICA SUBAREA MANEJO DE SUELO Y AGUA LAB. CONSERVACION DE SUELO Y AGUA CAT. Ing. Agr. MARVIN ROBERTO SALGUERO AUX: P. Agr. CESAR TORRES

Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica (USLE) Universal Soil Loss Ecuation

La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica esta basada en más de 2,000 pruebas realizadas a parcelas estándar, que representa un lugar o medio erosionado, realizadas por Wischmeier durante 20 años. Esta parcela tenía un 9% de pendiente

con 22.13 m (72 pies) de longitud y 1.83 m (6 pies) de ancho. Desarrollado en suelos de textura media, con pendientes de 9 a 12% preferentemente en un rango de 3 a 18% y longitudes de hasta 122 m. La ecuación utilizada es la siguiente:

A = R * K * L * S * C * P Donde: A = Pérdida media anual de suelo (Ton/Ha * año). R = Factor de erosividad (MJoules/Ha * mm/h) K = Factor de erodabilidad (Ton/Ha /(Ha/MJ * h/mm) L = Factor de longitud de pendiente S = Factor de inclinación de la pendiente C = Factor de cobertura y manejo de cultivos P = Factor de prácticas de conservación de suelos L, S, C, P = Adimensionales, por comparación con parcelas experimentales originales. Factores que afectan el resultado de la ecuación:

• Factores que afectan el Factor K: incorporación M.O., aplicación enmiendas, prácticas conservacionistas, abonos verdes.

• Factores que afectan el Factor LS: terrazas, muros de piedra, barreras vivas.

• Factores que afectan el Factor C: densidades de siembra, cultivos de cobertura, asociación de cultivos, mulching.

• Factores que afectan el Factor P: cultivos en contorno, cultivos en fajas, acequias de ladera, zanjas de absorción, canales de desviación.

Alcances del modelo USLE

• Representa una metodología sencilla para evaluar el riesgo de erosión hídrica lamina y en surquillo en diferentes condiciones

• Permite estimar el requerimiento de conservación de tipos específicos de utilización de la tierra en

unidades de tierra con diferentes características o atributos

• Constituye una herramienta útil para generar especificaciones de diseño de

prácticas de conservación de suelos

• Ofrece un marco de referencia para el estudio de los factores que intervienen en la erosión

Limitaciones del modelo USLE

• No estima pérdidas a nivel de cuenca hidrográfica

• No estima con precisión la erosión para un evento específico

• No estima la erosión por flujo concentrado (cárcavas)

• No estima el depósito de sedimentos

• No estima la concentración de sedimentos en la escorrentía

• No proporciona información sobre los sedimentos (tamaño, densidad, área superficial, etc.)

Fines de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica

• Evaluación de riesgos de erosión hídrica

• Desarrollo de medidas efectivas de control.

METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR R 1. Para la determinación del factor "R" o factor de erosividad de la lluvia, es necesario contar con los datos pluviográficos existentes para la zona, por lo que para conseguirlos se deben de ver registros de pluviografos. 2. La determinación del factor "R", está en función de la intensidad máxima de lluvia en 30 minutos consecutivos y la energía cinética por evento de lluvia. 3. Para la determinación de la intensidad máxima en 30 minutos por evento de lluvia, buscaremos la parte de al curva en el pluviograma que tenga mayor pendiente, en una porción de tiempo equivalente a treinta minutos consecutivos. El resultado obtenido se multiplica por dos para expresar los datos en milímetros por hora. 4. No todas las gráficas de precipitación se analizarán y tabularán ya que no todas las precipitaciones tienen características

erosivas, por lo que se desprecian todas aquellas lluvias menores o iguales a 13 milímetros, siempre y cuando estén separados por intervalos de tiempo mayores de 6 horas, al menos que caigan 6 milímetros de lluvia en un tiempo de 15 minutos. 5. La energía cinética se calcula a través de los registros pluviométricos diarios, los cuales se dividen en segmentos donde se asume que la intensidad es uniforme. De cada segmento del pluviograma, se calcula la intensidad en milímetros por hora. 6. Con la ecuación siguiente se calcula la energía cinética unitaria para cada segmento de lluvia que tenga intensidad uniforme:

e = 0.1191 + 0.0873 * Log10 I (Logaritmo de base 10 de la

Intensidad de lluvia) 1. Donde I es la intensidad expresada en milímetros por hora de cada uno de los segmentos. Si la intensidad

excede los 76 milímetros por hora, se toma la energía cinética directamente como 0.283. 2. Todas las energías unitarias por segmento de lluvia, se suman y se obtiene la energía global por evento de lluvia, que multiplicada por la intensidad en 30 minutos en mm/hora da los valores de EI para

cada evento de lluvia. 3. Los valores EI de la estación lluviosa por un periodo de tiempo de 15 a 20 años, se suman y se obtiene una media, la cual es el factor R utilizado en el modelo matemático de la USLE (Ecuación Universal de Pérdida de Suelo por Erosión Hídrica)

Cuadro 1. Análisis del pluviograma del aguacero del Pluviograma de la Figura 1

EI30 = 18 mm * 2 = 36 mm / h EI30 = 36 mm/ h * 11.075 MJ / Ha = 398.70 MJ/Ha * mm/h

METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR K Expresa la susceptibilidad del suelo a ser erosionado, para su cálculo se utiliza un nomograma que incluye diferentes características del suelo, previo a la utilización del nomograma de debe de obtener información física del suelo en el área de estudio (porcentajes de partículas primarias, materia orgánica, tipo de estructura y capacidad de permeabilidad) (Figura 2). Para encontrar el valor de K en el nomograma, se ingresa el valor del % de limo + arena fina en el eje Y de la gráfica de la izquierda y desde ahí se

proyecta una línea horizontal que coincida con la curva del % de arena respectivo. Al interceptar la curva del contenido de arena, se proyecta desde ese punto una línea vertical que coincida con el contenido de materia orgánica (%). Y luego, se proyecta una línea horizontal hasta la grafica de la derecha hasta que coincida con el tipo de estructura del suelo y desde esa intercepción se proyecta una línea vertical hacia abajo hasta que coincida con el tipo de permeabilidad y desde ese punto se proyecta una línea horizontal hacia la izquierda que coincida con el

HORA Lluvia (mm)

Tiempo (mm)

Intensidad (mm/h)

e (MJ/Ha *mm)

E (MJ/Ha)

16:00

16:20 8 20.00 24.00 0.239 1.92

16:30 10 10.00 60.00 0.274 2.74

17:00 3 30.00 6.00 0.187 0.56

17:20 7 20.00 21.00 0.234 1.64

18:32 10 72.00 8.33 0.199 1.99

19:30 10 58.00 10.34 0.208 2.08

20:00 1 30.00 2.00 0.145 0.15

11.075

eje Y de la grafica de la derecha donde se encuentran los valores del

factor K

METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR TOPOGRÁFICO (L y S)

Factor de Longitud La longitud es la distancia que separa el punto donde el escurrimiento superficial se origina hasta el lugar donde el agua de escorrentía ingresa a un drenaje (natural o artificial), o bien hasta

donde la pendiente decrece y el depósito de sedimento comienza. El Factor L se estima utilizando la siguiente ecuación:

L = (longitud de la pendiente en el campo/22.1)m

Cuadro 2. Valores de m, en función de la pendiente

Pendiente Valor de m < 0.5 - 1 0.15 0.5 - 1 0.2 1 – 3 0.3 3 – 5 0.4 > 5 0.5

Factor de Inclinación Gradiente expresado en unidades de ascenso o caída vertical por unidad de distancia horizontal o por 100 unidades de distancia horizontal

cuando la pendiente se expresa en %. El Factor S se estima utilizando la siguiente ecuación:

S = 0.065 + 4.56 sen θ + 65.61 sen θ2

O bien,

S = 0.065 + 0.045 S + 0.0065 S2 Donde S = inclinación de la pendiente expresada en %. L y S, pueden ser calculados de forma individual o conjuntamente, utilizando la expresión siguiente: LS = (longitud de la pendiente en el campo/22.1)m 0.065 + 0.045 S + 0.0065 S2 Además, puede realizarse por el método gráfico utilizando el nomograma respectivo donde en el eje X, se encuentra la distancia en metros y desde este punto se proyecta una línea vertical que coincida con la curva

correspondiente al porcentaje de pendiente que se encuentra en un rango de 0.5 a 50%. Al interceptar la curva de pendiente, se proyecta una línea horizontal hacia la izquierda del nomograma donde se encuentran los

valores respectivos del factor LS (Figura 3).

METODOLOGIA PARA DETERMINAR EL FACTOR DE MANEJO (C y P)

Factor de Cobertura y Manejo Relación resultante al comparar las pérdidas de suelo ocurrido en áreas con cobertura vegetal protectora. Considera el tipo y densidad de cobertura vegetal del suelo y todas las prácticas de manejo relacionadas, tales como tiempo para realizar las operaciones de cultivo, control de malezas, labranza, riego, fertilización. Para encontrar este valor se utilizan los cuadros 3, 4 y 5 Factor de Prácticas de Conservación de Suelos Relación que hay entre las pérdidas de suelo que ocurren en un suelo

bajo una determinada práctica de conservación de suelo y las pérdidas de suelo que ocurren en la misma área sin prácticas de conservación. Tiene un valor de 1 el cual tiende a ser reducido por prácticas de conservación especiales, dentro de las cuales las más comunes en áreas cultivadas son, cultivos en contorno. Las prácticas de conservación que afectan el factor P, actúan en la retención de sedimentos, facilitan la infiltración, disminuyendo el escurrimiento. Para encontrar este valor se utilizan los cuadros 6, 7 y 8

CUADRO 3. FACTOR C, PARA DIFERENTES CANTIDADES DE RESIDUO VEGETAL EN TON/ha APLICADOS A DIFERENTES PORCENTAJES Y LONGITUDES MAXIMAS DE PENDIENTES DEL TERRENO.

FUENTE: Una Guía cara la planificación de la conservación de suelo. Manual 537. USDA. Dic. 1978.

TIPO DE RESIDUO VEGETAL

CANTIDAD (TON/ha)

PENDIENTE (%)

LONGITUD MÁXIMA (m)

FACTOR C

Ninguno 0 Todos -- 1.0

Paja o heno 2.47 1-5 61 0.20

Sin eliminación de rastrojo y tirado sobre el suelo

2.47 6-10 30 0.20

Incorporación de rastrojo 3.71 1-5 90 0.12

Incorporación de residuos vegetales con maquinaria

3.71 6-10 46 0.12

5.00 1-5 120 0.06 5.00 6-10 60 0.06 5.00 11-15 46 0.07 5.00 16-20 30 0.11 5.00 21-25 25 0.14 5.00 26-33 15 0.17 5.00 34-50 10 0.20

CUADRO 4. FACTOR C PARA TERRENOS CON CUBIERTA PERMANENTE (POTREROS).

CUBIERTA VEGETAL DENSIDAD DE CUBIERTA VEGETAL

TIPO Y ALTURA % DE

COBERTURA %. DE CUBIERTA DEL SUELO

O 20 40 60 80 95 No apreciable -- 0.45 0.20 0.10 0.042 0.013 0.003

Malezas o arbustos con una altura promedio de

50 cm.

25 0.36 0'.17 0.09 0.038 0.013 0.003 50 0.26 0.13 0.07 0.035 0.012 0.003 75 0.17 0.10 0.06 0.032 0.011 0.003

Arbusto con una altura promedio de 2 metros

25 0.40 0.18 0.09 0.040 0.013 0.003 50 0.34 0.16 0.08 0.030 0.012 0.003 75 0.28 0.14 0.08 0.036 0.012 0.003

Arbustos con altura promedio de 4 metros

25 0.42 0.19 0.10 0.041 0.013 0.003 50 0.39 0.18 0.09 0.040 0.013 0.003 75 0.36 0.17 0.09 0.039 0.012 0.003

FUENTE: Una guía para la planificación de la conservación de suelo. Manual 537. USDA. Dic. 1978.

CUADRO 5. FACTOR C, PARA TERRENOS FORESTALES NO CULTIVADOS.

% DEL AREA CUBIERTA POR ÁRBOLES

% DEL AREA CUBIERTA POR HOJARASCA NO MENOR DE 5 cm.

FACTOR

100 - 75 100 – 90 0.0001 - 0.001 70 - 45 85 – 75 0.002 - 0.004 40 - 20 70 – 40 0.003 - 0.009

CUADRO 6. FACTOR P Y DISTANCIAS ENTRE LINEAS GUÍAS EN CULTIVOS A NIVEL SEGÚN LA PENDIENTE DEL SUELO.

% DE PENDIENTE VALOR DE P LONGITUD MAXIMA EN m

1 - 2 0.60 120

3 - 5 0.50 100 6 - 8 0.50 60 9 – 12 0.60 45 13 - 16 0.70 20 17 - 20 0.80 15 21 - 25 0.90 10

CUADRO 7. FACTOR P Y ESPACIAMIENTO DE TERRAZAS CULTIVO AL CONTORNO.

% DE PENDIENTE MANEJO DEL SUELO

AL CONTORNO EN FAJAS

1 - 2 0.40 0.20

3 – 8 0.50 0.25 9 - 12 0.60 0.30 13 - 16 0.70 0.35 17 - 20 0.80 0.40 21 - 25 0.90 0.45

CUADRO 8. FACTOR P. ANCHO MÁXIMO DE FAJAS Y MÁXIMA LONGITUD ENTRE LÍNEAS GUÍAS A DIFERENTES PENDIENTES EN CULTIVOS DE FAJAS AL CONTORNO.

% DE PENDIENTE

VALOR DE P ANCHO DE LONGITUD A B C FAJA m MAXIMA m

1 – 2 0.20 0.45 0.60 40 240

3 – 5 0.25 0.38 0.50 30 180

6 – 8 0.25 0.38 0.50 30 120 9 – 12 0.30 0.45 0.60 25 60

13 – 16 0.35 0.52 0.70 25 55

17 – 20 0.40 0.60 0.80 20 40

21-26 0.45 0.68 O. '30 15 30

A = Para una rotación de 4 años, con cultivos en hileras y cereales B = Para una rotación de 4 años, con dos años de cultivos de hileras y dos años de cereales. C = Para fajas alternas con cultivos en hileras y cereales. FUENTE: Una guía para la planificación de la conservación de suelo. Manual 537. USDA. 1978.

Figura 1. Pluviograma de un aguacero, utilizando un pluviómetro de banda diaria, con depósito de 10 ml.

Figura 3. Gráfica para obtención del valor del factor topográfico LS