Influencia del cambio climático en la dinámica de sedimentos del sistema hidrológico en la zona Nor-occidental de la cuenca del Neusa.

Autores:  Dayam Soret Calderón Rivera[1], Laura Mercedes Lemus[2], Darwin Mena Renteria[3] y Miguel Angel Cañón Ramos[4]

 

1.    Introducción

En los últimos años se ha visto una variación significativa en las condiciones climáticas tanto globales como locales. Por ejemplo en la zona de la sabana de Bogotá y el Magdalena medio se ha visto un incremento en la temperatura y precipitación; esto es debido a la cantidad de emisiones de gases efecto invernadero, concentrados en la atmosfera ya sea por origen antrópico o natural (IPCC, 2013). Dichos cambios en el clima podrían generar entre diversas consecuencias el aumento y/o cambio en la pérdida de suelo por erosión. Lo cual tiene efectos no solamente en el sitio de producción sino también en el conjunto de elementos que la rodea (JORGE, 2012).

Para evitar los efectos adversos del aumento de la pérdida de suelo dentro una cuenca o sistema hidrológico perteneciente a esta se deben plantear y considerar recomendaciones y propuestas de mitigación basados en estimaciones generadas a partir de modelos de erosión donde se pueda tener en cuenta la tasa de cambio de las condiciones climáticas, el tipo de suelo y el tipo de la cobertura; debido a que estas dos últimas características son determinantes para la generación de pérdida del suelo y por lo tanto sedimentación en laderas y cauces. En el presente trabajo se realiza la modelación de pérdida de suelo por erosión y tasa de sedimentación en la cuenca alta del Río Neusa siendo esta la zona aledaña del embalse, debido a que la zona baja de esta no presenta sedimentación representativa ni tiene afectaciones sobre el embalse ya que este se encuentra en una vertiente diferente.

2.    Antecedentes

Debido al incremento del índice de erosión a nivel mundial, la modelación de este fenómeno en zonas de producción es realmente importante por lo tanto se han realizado cantidad de estudios y publicaciones basados en las características de diferentes partes del mundo. Un caso puntual se realizó en México en el cual se destaca el estudio “Parámetros de erosionabilidad del modelo WEPP para andosoles con uso pecuario en la cuenca del Lago de Pátzcuaro, Michoacán”. Donde se hace uso del modelo WEPP el cual fue implementado principalmente para identificar qué factores influyen en la pérdida del suelo de la cuenca. Presentándose en suelos de uso pecuario una susceptibilidad moderada a la erosionabilidad laminar y susceptibilidad baja a la erosionabilidad acanalada (BRAVO, FREGOSO, MENIDA, 2006). En cuanto a España se realizo el estudio de “Estimación de aportes sedimentarios a embalses de pequeñas cuencas mediterráneas mediante GEOWEPP.  Ensayo en la cuenca vertiente del rio mula al embalse de la Cierva”. En el cual se modela la producción de sedimentos a un sistema de información geográfica en el cual se identifican las áreas de producción de sedimentos y se hace evidente que la metodología es más ajustada a la realidad en  comparación con otros procedimientos (MARTINEZ, CONESA, GARCIA, PEREZ, 2015).  

  

3.    Marco Teórico

3.1.       Escenarios de cambio climático         

Los científicos han empleado el uso de escenarios con el fin de dar a entender a la comunidad de forma sencilla y clara la interacción el sistema climático de la tierra, los ecosistemas y las actividades humanas. En este contexto el término de “escenarios” se refiere a una descripción coherente bajo bases consistentes y convincentes de un posible estado futuro del mundo (ARMENTA, et. al, 2015). A continuación se hace una breve descripción de las características propias de cada uno de los cuatro escenarios de forzamiento rotativo según lo planteado y descrito por el IPCC en el 2013:

·         RCP 2.6: Es un camino representativo donde el forzamiento radiativo toma valores máximos de 3 W m-2 antes del año 2100 y posteriormente disminuye; se espera que luego del 2100 las emisiones sean constantes (ARMENTA, et. al, 2015).

·         RCP 8.5: Es la trayectoria alta en donde el forzamiento radiativo toma valores superiores a 8.5 W m-2 en el 2100 y seguirá aumentando durante un lapso de tiempo posterior. Esta trayectoria es ampliada bajo el supuesto de que las emisiones serán constantes luego del año 2100 pero las concentraciones lo serán a partir de 2250 (ARMENTA, et. al, 2015).

 

 3.2.       Calculo de erosión

El componente de erosión del modelo WEPP se presenta en dos formas: Erosión laminar (intersurcos) y la erosión en surcos. La primera, se da en función de la intensidad de la lluvia y el escurrimiento laminar, también intervienen la pendiente de la zona y la rugosidad del suelo. Mientras que la segunda forma de erosión se encuentra en función de la capacidad de separación y transporte de partículas de suelo por parte del flujo en los surcos, así como la propia carga de sedimentos presente en él (SILVA, 2002). WEPP se basa en la ecuación de continuidad para describir el transporte de sedimentos en surcos

 

Dónde: G = La carga de sedimentos (Kg*s-1*m-1); X = Distancia sobre la pendiente en metros (m); Di = Separación y entrega de sedimentos de origen laminar a los surcos (Kg*s-1*m-1); Df = Tasa de erosión en los surcos (Kg*s-1*m-1).

Teniendo en cuenta las ecuaciones propias de la sedimentación y transporte en surcos o de forma laminar, la ecuación de deposición de se da de la siguiente forma (PUDASAINI, et al. 2004).

 

Dónde: Vf = Velocidad efectiva de la caída del sedimento (m/s); βr = Coeficiente de turbulencia inducida por las gotas de lluvia (0-1); = Capacidad de transporte de sedimentos en el surco (Kg * s-1 * m-1); G = Carga de sedimentos (Kg * s-1 * m-1); =Descarga de flujo por unidad de ancho (m2/s).

4.    Materiales y métodos

4.1.       Descripción área de estudio

La zona de estudio corresponde a la parte Nor-occidental de la cuenca del Neusa entre las coordenadas 5°10’30” a 5°12’02” N y 73°55’44” a 74°04’31” O, ubicada entre los municipios de Cogua, Tausa y en menor medida Nemocón, cuenta con una extensión de 206,5 Km2. En ella se comprenden los cauces de los ríos: Las Juntas, cubillos, Ciguatoque y Neusa (DURAN, SUAREZ, 2011).  Su relieve está compuesto por zona montañosa con una elevación media de 2600 msnm. La temperatura media de la zona se comprende de 11.7°C y cuenta con una precipitación media anual de 791.7 mm. La cuenca cuenta con la presencia del embalse de Neusa, ubicado en la parte central del área de estudio entre los departamentos de Cogua y Tausa, el cual cuenta con un área superficial de 955 ha, con un ancho de 2 Km y una longitud de 7.3 Km y una profundidad de 38 m, teniendo así un volumen máximo de 103 Mm3 (JUAREZ, PALACIOS, 1992).

4.2.       Variables de entrada

Como variables de entrada para la modelación a partir del modelo WEPP son necesarios varios parámetros propios de la zona de estudio. En la tabla No. 1 se muestra de manera espacial las variables físicas requeridas, a continuación una leve explicación de estas.

 

     Topografía: Por medio del uso de un DEM (modelo de elevación digital) de resolución de 30 m, se procede a calcular las pendientes, delimitar la cuenca y sub-cuencas propias del área de estudio, a partir del sub modelo TOPAZ[5]. El área de estudio cuenta con una pendiente media de 14%, una altura máxima de 3861 msnm y una cota mínima de 2539 msnm como se puede apreciar en la Tabla No. 1, figura A.

      Cobertura vegetal: Respecto al uso de suelo se utilizó la información comprendida en el Corine Land Cover[6] adaptado para Colombia para así contar con características propias de la cobertura vegetal existente que fueron acopladas de esta forma a lo perteneciente por defecto en el modelo WEPP.

     Suelo: En cuanto a las características de suelo se hizo uso del modelo WEPP en el cual se crea nuevos archivos de las características de los perfiles de suelo el cual contiene: textura de suelo, % de grava, materia orgánica, conductividad hidráulica y % de arena y arcilla. Teniendo como finalidad el cálculo de la retención y conducción de agua en el suelo con la ayuda del software.

     Climatología: Se hizo uso de información diaria de la estación climática 2120541, ubicada en el municipio de Cogua, para los parámetros de temperatura máxima, mínima y precipitación. Se utilizaron los registros del periodo correspondiente a los años de 2000-2014. Respecto a la modelación se aplicaron las tasas de cambio para las variables.  Para cada uno de los períodos de tiempo evaluados en los escenarios de cambio climático para Colombia; en este trabajo se utilizaron específicamente los RCP’s 2.6 y 8.5.

 4.3.       Implementación del modelo GeoWEPP

GeoWEPP fue la primera interfaz espacial para el modelo WEPP generada por el Instituto de pérdida de suelo de Estados Unidos[7] tiene la capacidad de funcionar en cualquiera de las versiones de ArcGIS. Para su funcionamiento requiere de información espacial como el modelo digital de elevación (DEM), perfiles de suelo y cobertura vegetal (FLANAGAN, FRANKEBERGER, COCHRANE, RESCHELER, ELLIOT, 2013: 594) (EBRAHIMPOUR, BALASUNDRAM, TALIB, ANUAR, MEMARIAM. 2011: 26).

Utiliza los parámetros nombrados anteriormente para procesar con ayuda del sub-modelo TOPAZ) para crear la propia red de drenajes a partir del DEM, delinear cada una de las sub-cuencas presentes, la generación de mapas de dirección y acumulación de flujo (FLANAGAN, et al. 2013: 595).

 5.    Resultados y discusión

En el Grafico No. 1, se muestra el resultado espacial de la pérdida de suelo evaluada en el período de tiempo actual (2000-2014), se evidencia que gran parte de la cuenca cuenta con erosión pero no en tasas mayores de 10Ton/Ha/año, por lo tanto se registra una pérdida de suelo promedio de 1.2 Ton/Ha/año, considerándose de esta forma una cuenca de erosión ligera. Dentro del POMCA del Neusa, se cataloga esta cuenca como de baja erosión, debido al tipo de cobertura presente y su bajo porcentaje de área de suelos degradados y descubiertos (CAR, 2006). A pesar de esto las mayores tasas de pérdida de suelo dentro de la zona de estudio están directamente relacionadas con las laderas que cuentan con cobertura de pastos y características propias de un suelo de textura franco arcilloso y franco limoso.

 

 

El objetivo principal del presente trabajo era evaluar la pérdida de suelo, a partir de las condiciones propias a los escenarios de cambio climático para Colombia, por lo cual en la tabla No. 3, se muestra el cambio en cada período de tiempo evaluado para el RCP 2.6 de manera espacial. Se evidencia una disminución en el período de 241-2070 y un aumento para el último período evaluado (2071-2100), contrario a lo que se esperaría puesto que se supone un aumento constante en la pérdida de suelo con el paso del tiempo. Adicionalmente se evidencia una mayor deposición en el período de 2041-2070, relacionado directamente a la disminución de la pérdida debido a que deja de erosionarse para sedimentar lo erosionado en el primer período evaluado entre los años de 2011-2041.

 

Los resultados para el RCP 8.5 fueron concordantes con lo que se esperaba, un aumento de la pérdida de suelo con el pasar del tiempo aunque para el último período de tiempo evaluado (2071-2100) se vio una disminución en la pérdida de suelo promedio, comparada con los períodos anteriores. Esto es debido a que la variación de la precipitación para este período de tiempo no es tan grande comparada con la del período de 2041-2070, por lo tanto la producción de sedimentos es menor pero la deposición de estos aumenta nuevamente.

 

Para los dos últimos períodos de tiempo del RCP 8.5, se evidenció un aumento relevante generando una pérdida de suelo promedio de 6.2 y 5.8 Ton/Ha/año catalogando la cuenca de esta forma como de erosión moderada, conllevando así problemas de pérdida de áreas productivas para la población como lo son las zonas de ganadería y la generación de afectaciones económicas en la región.

 La principal razón de la selección de la zona de estudio fue la presencia de un embalse de gran importancia como el embalse del Neusa, para así determinar la influencia de la pérdida de suelo y transporte de sedimentos en las laderas cercanas a este. Por lo tanto, se evaluó de esta forma las consecuencias de esto bajo condiciones de cambio climático.

 

En la Tabla No. 5 se evidencia el volumen de sedimentos que llegan al embalse en cada período de tiempo evaluado para los RCP’s 2.6 y 8.5 para así determinar el porcentaje de reducción de volumen útil. La mayor reducción del volumen se da en el período de 2041-2070 en el RCP 8.5, siendo aproximadamente del 1% esto se debe a que es una cuenca de leve erosión, además que la ubicación del embalse no se encuentra en una zona de alta montaña por lo cual es poca la cantidad de suelo erosionado cerca a embalse y aquellos sedimentos que son transportados se depositan de alguna forma previamente a la llegada del embalse como se evidencia en la distribución espacial de los períodos de tiempo (tablas No. 3 y 4).

6.    Conclusiones

La pérdida de suelo por erosión de la cuenca del Neusa bajo condiciones de clima actual tiene como un resultado promedio de 1.2 Ton/Ha/año siendo caracterizada como una cuenca de erosión ligera. Se evidencia también que las áreas con mayor pérdida de suelo son aquellas que comprenden cobertura de pastos y vegetación baja junto con características de suelo franco arcillosa y limosa.

La pérdida de suelo evaluada bajo condiciones de cambio climático RCP 2.6 se evidencian que el área de estudio posee una erosión ligera para todos los periodos de tiempo evaluados incluyendo el RCP 8.5 en el periodo 2011-2040. Mientras que para el RCP 8.5 para el periodo de tiempo 2071-2100 genera valores promedio de 5.9 Ton/ha/año catalogando la cuenca como de moderada erosión; siendo este valor menor al obtenido en el período de 2041-2070 bajo el mismo escenario. Esto se debe a que la diferencia en el aumento de precipitación con el período anterior no es tan grande.

El volumen útil del embalse del Neusa no se ve afectado por la producción de sedimentos en ninguno de los dos escenarios de cambio climático debido a que el embalse se encuentra ubicado en la parte alta de la cuenca donde la mayoría de afluentes de esta no depositarían los sedimentos en el embalse.

En cuanto al uso de suelo, se evidencia que la mayor parte afectada por la erosión es aquella que se utiliza para el desarrollo de la actividad pecuaria con un porcentaje de área de 38.41%, trayendo como consecuencia en el futuro una posible disminución de áreas útiles para el desarrollo económico de la población.

Se recomienda tomar medidas de prevención y mitigación que eviten el mal uso del suelo, ya que se generan consecuencia en las características físicas y quicas del suelo reduciendo de esta forma las áreas útiles para el desarrollo económico de la población.   

7.    Referencias Bibliográficas

 

ARMENTA Guillermo, DORADO Jennifer, RODRÍGUEZ Andrea y RUIZ José (2015), Escenarios del cambio climatico para precipitacion y temperaturas en Colombia. Recuperado 20 de enero de 2016. http://www.ideam.gov.co/web/atencion-y-participacion-ciudadana/publicaciones-ideam

BRAVO Miguel, FREGOSO Luis, MEDINA Lenin, (2006). “Parámetros de erosionabilidad del modelo WEPP para andosoles con uso pecuario en la cuenca del Lago de Pátzcuaro, Michoacán”. Técnica pecuaria en México. Vol:44, No: 1. enero de 2006. P: 129-141.

CAR (2006). “Elaboración del Diagnóstico, Prospectiva y Formulación de la cuenca hidrográfica del Río Bogotá”. Recuperado el 20 de agosto de 2015. https://www.car.gov.co/

DURAN Diana, SUAREZ Carolina, (2011). Perfil ambiental de la cuenca del Neusa [Tesis de Grado] Universidad de La Salle. Recuperado el 25 de septiembre de 2015.

EBRAHIMPOUR, BALASUNDRAM, TALIB, ANUAR, MEMARIAM (2011).“Accuracy of GeoWEPP in Estimating Sediment Load and Runoff from a Tropical Watershed”. Malaysian Journal of Soil Science, Vol. 15, Pag: 25-33.

FLANAGAN, FRANKEBERGER, COCHRANE, RESCHELER, ELLIOT, (2013) “Geospatial Application of the Water Erosion Prediction Project (WEPP) model”. American Society of Agriculture Biological Engineers, Vol. 56 No. 2, Pag: 591-601.

IPCC (2013), Cambio climático 2013: bases físicas. Recuperado 3 de noviembre de 2015. https://www.ipcc.ch/report/ar5/index_es.shtml

JORGE Gabrielle, (2012). Evaluación del impacto de la intensificación del uso de suelo sobre la erosión hídrica en sistemas agrícolas de Uruguay: Aplicación del modelo WEPP [Tesis de maestría]. Universidad de la República: Facultad de Ciencias. Recuperado el 15 de noviembre de 2015. http://ambiente.fcien.edu.uy/tesis/TESIS%20de%20MAESTRIA%20Gabriella%20Jorge%202012.pdf

JUAREZ, PALACIOS, (1992). Avances en el aprovechamiento acuícola de embalse en América Latina y El Caribe.

MARTINEZ Salvador, CONESA Carmelo, GARCIA Rafael, PEREZ P. (2015). “Estimación de aportes sedimentarios a embalses de pequeñas cuencas mediterráneas mediante GeoWEPP. Ensayo en la cuenca vertiente del río Mula al embalse de la Cierva (cuenca del río Segura)” Limnetica. Vol: 34, No. 1. P: 41-56.

PUDASAINI Madhu, SHRESTHA Surendra, RILEY Steven, (2004). Application of Water Erosion Prediction Project (WEPP) to estimate soil erosion from single storm rainfall events from construction sites. Recuperado el 26 de enero de 2016. http://www.regional.org.au/au/asssi/supersoil2004/s16/oral/1426_pudasainim.htm

SILVA Oscar, (2002). Evaluación de los componentes de erosión de los modelos EPIC y WEPP y de producción de agua del modelo SEAT en condiciones de sabana y alta pendientes. Recuperado el 18 de diciembre de 2015. https://www.researchgate.net/publication/48225816

USDA – NSERL-National soils Erosion Research Laboratory (1995), Departament of Agriculture, WEPP user summary. Recuperado el 3 de septiembre de 2015. http://soils.ecn.purdue.edu:20002/~wepp/nserl.html

YÜKSEL Alaaddin, AKAY Abdullah, REIS Mahmut (2007). Using the WEPP model to prediction sediment yield in a sample watershed in Kahramanmaras region. Recuperado el 15 de mayo de 2016. http://www2.dsi.gov.tr/english/congress2007/chapter_3/73.pdf

 

 



[1]Estudiante Facultad de Ingeniería Ambiental. Universidad Santo Tomás (Colombia). Carrera 9 51-11, Bogotá (colombia). E-mail: dayamcalderon@usantotomas.edu.co

[2] Estudiante Facultad de Ingeniería Ambiental. Universidad Santo Tomás (Colombia). Carrera 9 51-11, Bogotá (Colombia). E-mail: lauralemus@usantotomas.edu.co

[3] Ingeniero Ambiental y snaitario. Universidad de la Salle. Especialista Gestión Ambiental y Magister Evaluación de Recursos Hidricos. E-mail   darwinmena@usantotomas.edu.co

[4] Ingeniero ambiental Facultad de Ingeniería Ambiental. Universidad Santo Tomás (Colombia) y MSC(C) hidrosistemas. E-mail: miguelcanon@usantotomas.edu.co

[5] Por sus siglas en inglés, Topographic Parameterization Program desarrollado por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos.

[6]  El programa CORINE (Coordination of information on the environment) es promovido por la Comisión de la Comunidad Europea, fue desarrollado el proyecto de cobertura de la tierra “CORINE Land Cover” 1990 (CLC90), el cual definió una metodología específica para realizar el inventario de la cobertura de la tierra (IDEAM, IGAC, CORMAGDALENA, 2007).

[7] NSERL, por sus siglas en ingles

Dejar comentarios

Traducir »