MODELO DE LA ECUACIÓN UNIVERSAL DE PERDIDA DE SUELOS

REVISADO (RUSLE)


Como fue descrito por Mannaerts (1999), el RUSLE puede ser usado apropiadamente para:

 

Ø Predecir pérdida de suelo promedio a largo plazo de condiciones de campo específicas, usando un sistema específico de manejo.

 

Ø Para predecir erosión entre surcos y en surcos, en pastos, cultivos y sitios en construcción.

 

Ø La pérdida de suelo calculado por el modelo, es la cantidad de sedimento perdido por el perfil, no la cantidad de sedimento que deja la cuenca o el terreno.

 

Ø El perfil del paisaje es definido por una longitud de la pendiente, la cual es la longitud del origen del flujo superficial hasta el punto donde el flujo alcanza una mayor concentración o una mayor área de deposición como en las pendientes cóncavas y cerca de los límites del terreno.

 

Ø Para estimar las tasas de erosión que son removidas del suelo, de partes críticas del paisaje y que guían a la elección de las prácticas de control de la erosión hasta un nivel de pérdida de suelo tolerable.

 

El RUSLE tiene la siguiente expresión matemática: (Mannaerts, 1999)

 

 

Donde:

A = Pérdida de suelo promedio anual en [t/ha/año]

R = Factor erosividad de las lluvias en [MJ/ha*mm/hr]

K = Factor erodabilidad del suelo en [t/ha.MJ*ha/mm*hr]

LS = Factor topográfico (función de longitud-inclinación-forma de la pendiente), adimensional

C = Factor ordenación de los cultivos (cubierta vegetal), adimensional

P = Factor de practicas de conservación (conservación de la estructura del suelo), adimensional

 

1. Erosividad de la lluvia (Factor R)

 

Es el potencial erosivo de la lluvia que afecta el proceso de erosión del suelo. La erosión por gotas de lluvia incrementa con la intensidad de la lluvia. Una suave y prolongada lluvia puede tener la misma energía total que una lluvia de corta duración y más intensa.

Cuando la energía se combina con la intensidad de la lluvia, el resultado es un buen predictor del potencial erosivo (EI: energía/intensidad). “EI” es el valor de la tormenta total por el máximo de intensidad de la tormenta en 30 minutos. El término indica como el desprendimiento de las partículas es combinado con la capacidad de transporte.

La suma de los promedios anuales de “EI” para una localidad en particular es el “Indice de Erosividad de la lluvia” R:

 

Donde:

R = Erosividad anual (tal como las unidades de EI30)

(EI30)i = EI30 para tormenta I

N = Tormentas erosivas (ej. P> 10 mm) en un periodo de N años.

Por tanto, la energía de la tormenta (EI o R) indica el volumen de lluvia y escurrimiento, pero una larga y suave lluvia puede tener el mismo valor de E que una lluvia de corta y más alta intensidad. (Mannaerts, 1999)

Se calcula en base a la formula de Brown y Foster citados por Mannaerts (1999)

 

Donde:

E = Energía cinética de 1 mm de lluvia [MJ/ha*mm]

I = Intensidad de lluvia en [mm/hr]

La determinación de la intensidad de precipitación, se realiza con base a la distribución de

Gumbel, para cada una de las estaciones metereológicas.

 

Clase

R (MJ/ha*mm/hr)

 

Muy baja

<500

Baja

500-1000

Mediana

1000-3000

Alta

3000-6000

Muy alta

>6000

Clasificación de rangos típicos de R anual 

 

2. Erodabilidad del suelo (Factor K)

 

Es una compleja propiedad que se la entiende como la facilidad con la cual el suelo es desprendido por el salpicamiento, durante una lluvia o por flujo superficial. Esta propiedad del suelo está relacionada al efecto integrado de la lluvia, escurrimiento e infiltración.

Los suelos generalmente llegan a ser menos erosivos con una reducción en la fracción de limo a pesar del correspondiente incremento de la fracción de arcilla o arena.

El factor K representa el efecto de las propiedades del suelo y de las características del perfil del suelo en la pérdida de suelo. Los valores de K son asignados usando el nomograma de erodabilidad del suelo, que combina el efecto del tamaño de las partículas, %MO, código de la estructura del suelo y la clase de permeabilidad del perfil.

Suelos de textura fina con alto contenido de arcilla tienen bajos valores de K (0.05-0.15), porque ellos son resistentes al desprendimiento.

Suelos de textura gruesa tales como suelos arenosos, tiene valores bajos de K 0.05-0.2), debido al bajo escurrimiento, aunque estos suelos son fácilmente desprendibles.

Suelos de textura mediana (franco limoso) tienen valores de K moderados (0.25-0.4), porque son moderadamente susceptibles al desprendimiento y producen moderados  escurrimientos. (Mannaerts,1999)

El factor de erodabilidad del suelo se calcula con la ecuación del nomograma de

Wischmeier citado por Mannaerts (1999)

 

 

Donde:

K = Factor de erodabilidad del suelo [t./ha.MJ*ha/mm*hr]

OM = Materia orgánica [%]

S = Código de la estructura del suelo

P = Código de permeabilidad

M = Producto de las fracciones del tamaño de las partículas primarias ó (% limo + % arena muy fina)*(100 - % arcilla)

A continuación se presenta la tabla con los datos de agua del suelo para las clases principales de textura de suelo: (Mannaerts,1999)

 

Textura clase

Permeabilidad código

Conductividad hidráulica saturada [mm/hr]

SCS Grupo Hidrológico de suelo

Arcilla, franco arcilloso

6

<1

D

Arcillo arenoso, franco arcillo limoso

5

1-2

C-D

Franco arcillo arenoso,  franco arcilloso

4

2-5

C

Franco limoso, franco

3

5-10

B

Areno francoso, franco arenoso.

2

10-60

A

Arena

1

>60

A

Códigos de permeabilidad y estructura del suelo en función de su textura

 

                    Nomograma de Erodabilidad del suelo

 

3. Factor topográfico (factor LS): L (longitud de la pendiente), S (inclinación de la pendiente)

 

3.1 Longitud de pendiente (L)

 

La longitud de pendiente es definida como la distancia horizontal desde el origen de un flujo hasta el punto, donde:

Ø El gradiente de la pendiente reduce lo suficiente para que la deposición comience.

Ø El escurrimiento llega a ser concentrado en un canal definido.

Para su cálculo se utiliza la fórmula: (Mannaerts,1999)

 

Donde:

L = Factor de longitud de pendiente

l = Longitud de la pendiente [pies]

m = Exponente de la longitud de la pendiente

72.6 = Longitud de parcela unitaria RUSLE

 

La longitud de pendiente l, es la proyección horizontal, no la distancia paralela a la superficie del suelo.

El exponente de longitud de pendiente m, determina la relación entre erosión en surcos (causada por flujo) y erosión entresurcos (causado por impacto de gotas de lluvia), puede

ser calculado con la siguiente ecuación:

 

Donde:

m = Exponente de la longitud de la pendiente

q = Angulo de pendiente [%]

 

3.2 Inclinación de la pendiente (S)

 

El factor de inclinación de la pendiente refleja la influencia de la gradiente de la pendiente en la erosión. El potencial de erosión se incrementa con la inclinación de la pendiente.

Para pendientes con longitudes mayores a 5 m se debe usar las siguientes ecuaciones:

Donde:

S = Factor de inclinación de pendiente

S = Inclinación de pendiente [%]

q = Angulo de pendiente [º]

 

La pendiente y la longitud de la pendiente son medidos perpendicular a las curvas de nivel.

El factor LS combinado en RUSLE representa la proporción de pérdida de suelo de una longitud e inclinación dada. Valores más que 1 representan condiciones más erosivas que la condición de referencia.

Básicamente el RUSLE toma en cuenta:

Ø Las diferencias entre pendientes muy cortas (< 5 m) y pendientes más largas.

Ø Susceptibilidad a la erosión en surcos Vs entresurcos y pendiente (3 clases).

Ø Efecto de las temperaturas mínimas de invierno y congelamiento/deshielo de suelos.

Ø Forma de la pendiente como perfiles de suelo complejos. (Mannaerts,1999)

 

4. Factor de manejo de cobertura (C)

 

El factor C es usado para reflejar el efecto de la cultivación y prácticas de manejo en las tasas de erosión. Este factor mide como el potencial de pérdida de suelo será distribuido en el tiempo durante la construcción de actividades, rotación de cultivos, y otros esquemas de manejo.

El factor C está basado en el concepto de desviación standard, siendo el standard un área bajo condiciones de barbecho con cultivo limpio. El valor de C para condiciones Standard es 1.

 

Cultivo

Factor C

Suelo desnudo

1

Bosque, matorral denso o cultivo con acolchado

0.001

Sabana o pradera herbácea en buen estado

0.01

Sabana o pradera herbácea sobrepastada

0.1

Maíz o similar intensivo con laboreo

0.7

Maíz o similar intensivo sin laboreo

0.35

Maíz o similar extensivo sin laboreo

0.06

Algodón

0.55

Trigo

0.25

Arroz

0.15

Patata

0.25

Hortícolas

0.33

La relación de pérdida de suelo por vegetación y manejo de residuos de cultivo se calcula en base de 5 subfactores (es decir prácticas parcelarias), como:

 

Donde:

SLR = Relación de pérdida de suelo debido a la vegetación, cultivos y prácticas de arado de suelo.

PLU = Subfactor de uso de suelo previo.

CC = Subfactor de cobertura de dosel.

SC = Subfactor de cobertura de la superficie.

SR = Subfactor de rugosidad de la superficie.

SM = Subfactor de humedad del suelo.

 

 

 Ejemplo de factor C para distintos tipos de manejo de cobertura

 

4.1 Subfactor de uso previo (PLU)

 

Expresa la influencia de la erosión de suelo de los efectos residuales de la subsuperficie de previos cultivos y el efecto de las prácticas de labrado en la consolidación del suelo.

RUSLE evalúa el efecto de la biomasa subsupeficial (raíces y residuos enterrados en la superficie a 4 pulgadas) para resistir la erosión. Además localiza la descomposición de la biomasa en la superficie y en la subsuperficie, los cuales son calculados para cada periodo

semimensual. PLU se refiere a:

Ø Disturbios a la superficie del suelo anterior, y

Ø Residuos orgánicos del suelo.

Su cálculo se la realiza de la siguiente manera:

Donde:

PLU = Subfactor de uso anterior del suelo (rango 0-1)

Cf = Factor de consolidación del suelo (1-0.45)

Cur, us = Coeficientes dependiente en la efectividad de la cobertura del suelo para reducir erosión

Bur = Densidad de masa de raíces vivas y residuos enterrados (incluye raíces muertas) en la capa superior del suelo [lb/acre. in]

Bus = Residuo orgánico incorporado por operación de arado del cultivo actual en

[lb/acre.in]

 

4.2 Subfactor de cobertura de dosel (CC)

 

Expresa la efectividad de la cobertura del dosel para reducir la energía de la lluvia que golpea la superficie del suelo.

Aunque la mayor parte de la lluvia eventualmente alcanza la superficie del suelo, la lluvia interceptada por el dosel alcanza la superficie del suelo con menor energía.

RUSLE usa una base de datos de cultivo que monitorea constantemente el crecimiento de los cultivos para calcular el % de cobertura del dosel y el promedio de la altura de caída desde la hoja del cultivo.

 

Usa la siguiente expresión:

Donde:

CC = Subfactor de cobertura de dosel

Fc = Fracción de la superficie terresetre cubierta por dosel

H = Distancia de caída de las gotas de lluvia después de ser interceptados por el dosel [pies]

 

4.3 Subfactor de cobertura superficial (SC)

 

RUSLE asigna tasas de descomposición específicas a los residuos basado en la proporción de C:N para el residuo. Además monitorea cuanto residuo es enterrado por cada tipo de labranza y luego ajusta la proporción de descomposición por encima y por debajo del residuo superficial. Este subfactor usa la siguiente expresión:

 

Donde:

SC = Subfactor de cobertura superficial

b = Coeficiente valor b que describe la efectividad de la cobertura superficial

Sp = Area de tierra cubierta por cobertura superficial [%]

Ru = Rugosidad de la superficie antes de ser disturbada y rugosidad de la porción no

disturbada de la superficie.

 

4.4 Subfactor de rugosidad de la superficie (SR)

 

Una superficie rugosa tiene muchas depresiones y barreras. Durante un evento de lluvia, estas trampas de sedimento y agua causan superficies rugosas a erodar a bajas tasas que las superficies lisas bajo condiciones similares.

La SR está definida por condiciones base por unidad de parcela que está limpio de cultivos, suave y expuesta a lluvia de moderada intensidad.

Se expresa de la siguiente manera:

Donde:

SR = Subfactor de rugosidad de superficie

Ru = Rugosidad de la superficie anterior y rugosidad de la porción de la superficie no disturbada [in]

Dr = Coeficiente de disminución de la rugosidad

Ri = Rugosidad inicial calculada inmediatamente después de la operación de parcela previa.

Pt = Precipitación total desde la más reciente operación de parcela [in].

Rn = Rugosidad aleatoria

De = Coeficiente de disminución de rugosidad equivalente.

 

4.5 Subfactor de agotamiento de la humedad del suelo (SM)

 

La humedad antecedente del suelo tiene una influencia substancial en la infiltración y el escurrimiento y así de este modo en la erosión del suelo.

La humedad del suelo es usualmente alta durante el estadio de cultivos susceptibles en primavera y al principio del verano cuando la mayor parte de la erosión ocurre.

Un factor de agotamiento de la humedad del suelo, esta incluido en el RUSLE, que toma en cuenta el efecto de la humedad del suelo en la erosión, por tanto:

Ø Perfil del suelo cerca de capacidad de campo, SM = 1 (parcela continua-tierra de barbecho).

Ø Perfil del suelo cerca de punto de marchitez permanente ( a 6 ft de profundidad),

SM = 0 (no se espera escurrimiento ni erosión).

 

5. Prácticas de control de la erosión (Factor P)

 

Es la relación de pérdida de suelo con prácticas de soporte a la pérdida correspondiente con labranza en pendiente, la cual tiene un valor de 1.

Estas prácticas de control (soporte) combate la erosión, puesto que modifica los patrones de flujo y el grado o dirección de superficie de escurrimiento. Para las prácticas de soporte de tierras cultivadas, generalmente incluye contorno, cultivos en faja, terraceo y drenaje

subsuperficial.

RUSLE calcula el factor P basado en porcentajes de pendiente, longitud de pendiente, rugosidad, altura de bordes, distribución del “EI”, grupo de suelos hidrológicos y el efecto de terrazas contra la pendiente.

 

Las prácticas de apoyo con las que trabaja el RUSLE son: (Mannaerts, 1999)

A. Surcos en contorno

Ø Camellones

Ø Contornos a desnivel

Ø Longitud de pendiente crítica, gradiente

B. Terrazas

Ø Terraceo en gradas

Ø Deposición

C. Cultivos en fajas

Ø Fajas de amortiguación

Ø Fajas perpendiculares a la pendiente

D. Drenaje subsuperficial

Ø Drenes

E. Medidas de conservación en tierras silvopastoriles

Ø Prácticas de manejo silvopastoril.

 

La guía del usuario del RUSLE (1993), sugiere las siguientes prácticas mínimas de conservación de suelos, poniendo a consideración los valores del factor P para diferentes condiciones:

 

Altura entre surcos

Factor P mínimo

Muy baja

0.5

Baja

0.3

Moderado

0.15

Alto

0.08

Muy alto

0.05

Valores de P mínimos para prácticas de contorno

 

Grado de la terraza (%)

Subfactor de entrega de sedimentos

Al final de la salida

0.05

Nivel Cero

0.1

0.1

0.13

0.2

0.17

0.4

0.29

0.6

0.49

0.8

0.83

0.9

0.9

>1

1

Valores de P para terrazas en función a su grado de pendiente

 

 

     Fuente: http://www.umss.edu.bo/epubs/earts/downloads/66.pdf


 
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