Ejercicio 2 Erosion Suelos

EJERCICIO 2: EROSION DE SUELOS UTILIZANDO LA EUPSR (RUSLE)

Ejercicio II: EROSION DE SUELOS UTILIZANDO LA EUPSR (RUSLE)

ArcGIS aplicados al Manejo de Recursos Naturales 1


Introducción

La investigación en erosión de suelos y su efecto en la producción agrícola comenzó en los años 1930’s. Durante 1940 y 1956, los científicos empezaron a desarrollar a desarrollar procedimientos cuantitativos para estimar la pérdida de suelos en el cinturón maicero de los Estados Unidos. Varios factores fueron introducidos a una primera ecuación de pérdida de suelos, en la cual la pendiente y las prácticas culturales fueron consideradas. Se reconoció que la ecuación de pérdida de suelos podría tener un gran valor para la planificación de fincas y que la ecuación del cinturón maicero podría ser adaptada a otras regiones. En 1946, un grupo de especialistas llevaron a cabo un taller en Ohio para replantear los factores previamente utilizados y adicionaron un factor de lluvia. En 1954, el Departamento de Agricultura de los EEUU (USDA) y el Servicio de Investigación Agrícola (ARS) establecieron el Centro Nacional de Datos de Escorrentía y Pérdida de Suelos (CNDEPS) en la Universidad de Purdue, con el objetivo de localizar, ensamblar y consolidar todos los datos disponibles a través de los EEUU. Más de 10,000 parcelas de escorrentía y pérdida de suelos fueron recolectados en 49 localidades a lo largo de los EEUU.

Basados en los datos recopilados por el CNDEPS, Wischmeier, Smith y otros desarrollaron la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (EUPS o USLE). En el manual de agricultura No. 537 describiendo la USLE se publicó en 1965 y se revisión en 1978. Con una aceptación amplia, la USLE se ha consolidado como la mayor herramienta de planificación de la conservación que se usa en los EEUU y en otros países del mundo.

Con investigación adicional, experimentos, datos y recursos estuvieron a la disponibilidad de investigadores y científicos que continuaron mejorando la USLE, lo que llevó al desarrollo de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (EUPSR o RUSLE) que tiene la misma fórmula de la USLE, pero tiene varias mejoras para determinar los factores. Estas incluyen la revisión de los mapas de isoerodentas de los EEUU, una solución que toma en cuenta el factor tiempo para determinar el factor de erodabilidad de los suelos y un subfactor para evaluar los factores de manejo de la cobertura, una nueva ecuación de longitud de la pendiente y su inclinación, nuevos factores de prácticas de conservación (Renard, et al, 1997). Un nuevo manual de agricultura (No. 703) que describe la RUSLE en gran detalle se publicó en 1997 por el USDA.



La Ecuación de la Pérdida Universal de Suelos Revisada Tanto la RUSLE como la USLE se pueden expresar de la siguiente manera: A = R * K * LS * C * P Donde: A = Pérdida estimada promedio de suelo en Ton/ha/año K = Factor de erodabilidad del suelo L = Factor de longitud de la pendiente S = Factor de inclinación de la pendiente C = Factor de cobertura del suelo P = Factor de las prácticas de manejo Otro factor para los suelos es el llamado “Valor T” que significa “Pérdida tolerable de suelos”. No es directamente utilizado en la RUSLE, pero se usa en conjunto con ella para planificación de la conservación. La pérdida tolerable de suelos (T) es la máxima cantidad de pérdida de suelo en Ton/ha/año, que se puede tolerar y todavía permitir una alta productividad de cultivos de manera económica y sostenible. La producción de sedimentos no debe de confundirse con la erosión y los términos no son, por lo tanto, intercambiables. La producción de sedimentos es la cantidad de suelos erodado que se transporta a un punto en la cuenca que está lejos del origen del desprendimiento de partículas de suelo. En una cuenca, la producción de sedimento incluye la erosión de las pendientes, canales y remoción en masa menos el sedimento que se deposita después de que se erosiona, pero antes de que alcance el punto de interés (figura 1). La USLE y la RUSLE no estiman la producción de sedimento.



Surcos

Canal

Longitud de pendiente

Area de deposición Figura 1. Perfil esquemático de la pendiente para aplicaciones de la RUSLE en erosión en surcos y entre surcos. El factor R R es el factor de erosividad de las lluvias. Es la suma de los valores promedio anual (EI) en un año normal de lluvia. El índice de erosión es una medida de la fuerza erosiva de la lluvia para una lluvia determinada. Cuando los otros factores son constantes, las pérdidas debidas a la lluvia son directamente proporcionales al producto de la energía cinética total de la tormenta (E) por la máxima intensidad de lluvia con 30 minutos de duración (I). Las tormentas de menos de 0.5” (12.5 mm) no se incluyen en los cálculos de erosividad ya que estas tormentas generalmente agregan muy poco al valor total de R. El factor R representa la EI de la tormenta promedio y por lo tanto entre más largo sea el registro con el que se determina mejor (se considera como mínimo un registro de 8 años). El factor R es una indicación de las características más importantes de la erosividad: la cantidad de lluvia y el pico de intensidad sostenido en un período determinado (30 minutos). Es de hacer notar que para hacer el análisis anual, solamente se escogerán aquellas tormentas que estén separadas más de 6 horas entre una y otra,



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para considerarlas independientes. Los índices de erosividad varían con la localidad y sus dimensionales son en MJ.mm.ha-1.hr-1.año-1. <

Ejemplo de cálculo:

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Dada la tormenta registrada en la estación del CATIE el 5 y 6 de Febrero de 2005, determine el factor R de esta tormenta. Lo primero que debemos observar es la hora donde comienza el pluviógrafo a marcar el inicio de la tormenta (que en nuestro caso es las 11:30 pm) y el punto donde se encuentra marcando el nivel del depósito de agua del pluviógrafo, que tiene una capacidad total de 10 mm. En el caso nuestro el nivel se encuentra en los 2 mm. Segundo, debemos marcar los puntos de cambio de pendiente de la gráfica de pluviógrafo (flechas rojas), pues esto representa cambio en la intensidad de la lluvia. Tercero, debemos elaborar un cuadro como el que se muestra a continuación y que registre las horas y los intervalos de tiempo entre los cambios de pendiente y la cantidad de lluvia en milímetros caidos en estos períodos de tiempo. Para el cálculo de la intensidad se utiliza la siguiente fórmula:

Imm/hora = Lluvia parcial (mm) * 60 (min/hora) / Intervalo de tiempo (min) Para el primer caso de la tabla tendríamos: Imm/hora = 1. 7 mm * 60 min/hora / 90 min = 1.13 mm/hora



1. Elabore el siguiente cuadro:

HORA

INTERVALO DE TIEMPO (MIN)

TIEMPO ACUMULADO

LLUVIA PARCIAL (MM)

LLUVIA ACUMULADA (MM)

INTENSIDAD (MM/HR)

MJ/HA*MM (er)

ENERGIA TOTAL (Er)

23.5 90 90 1.7 1.7 1.13 0.240426989 0.408726

1 60 150 0.2 1.9 0.20 0.127998526 0.0256

2 60 210 2.2 4.1 2.20 0.277146336 0.609722

3 60 270 0.3 4.4 0.30 0.147309852 0.044193

4 60 330 1.9 6.3 1.90 0.271224342 0.515326

5 30 360 0.2 6.5 0.40 0.164317988 0.032864

5.5 30 390 0.6 7.1 1.20 0.244444597 0.146667

6 15 405 0.6 7.7 2.40 0.280010721 0.168006

6.15 50 455 2.4 10.1 2.88 0.284531896 0.682877

7.05

TOTAL 455 10.1 2.63398

La intensidad máxima para un período de 30 minutos es igual a la intensidad en el período de 50 minutos o sea: I30 = 2.88 mm/hr y por lo tanto EI = E*I30 = 2.88 mm/hr * 2.634 MJ*ha-1 = 7.58 MJ*mm*ha-1*hr-1


2. Calcular el valor de la energía (Megajoules) del hietograma de acuerdo a las siguientes ecuaciones: Matemáticamente R es igual a:

R 1n E I30 k

Donde: E = Energía cinética total de la tormenta I30 = Intensidad máxima para un período de 30 minutos j= Indice del número de años utilizados para producir el promedio k= Indice del número de tormentas en cada año n= Número de años usados para obtener el promedio R, m= Número de tormentas en cada año, y R= Erosividad promedio de las lluvias.

EI E I30 r ∆Vr I30

Donde: er= Energía de la lluvia por unidad de profundidad por unidad de área

(MJ * ha-1*mm-1) ∆Vr = Profundidad de la lluvia para el r-ésimo incremento del hietograma

de la tormenta el cual ha sido dividido en m partes, cada uno con una intensidad constante de lluvia (mm)

La energía unitaria, e, es función de la intensidad de la lluvia y se calcula: er = 0.2899162 – 0.2087397 * exp (-1.27ir) e ir = ∆Vr/∆tr

Donde: er = Energía unitaria en MJ*ha-1*mm-1 del r-ésimo incremento del



hietograma. ir = Intensidad de la lluvia (mm/hr) del r-ésimo incremento del

hietograma ∆Vr = Altura de precipitación (mm) caído en el r-ésimo incremento. ∆tr = Duración del incremento de tiempo del r-ésimo incremento sobre el

cual se calcula que la lluvia se considera constante (h) En teoría para nuestro ejemplo el valor de EI para la tormenta observada es del orden de 7.58 MJ mm*ha-1* hr-1. Habría entonces que calcular la EI para cada tormenta superior a 12.5 mm (en nuestro ejemplo hemos obviado que la precipitación fue de solamente 10.1mm) y separadas 6 horas que caen durante cada año y sumarlos y luego promediar los valores para el número de años que hayamos hecho el estudio.

Para Costa Rica, se determinó el valor de R ya hace varios años, pero las fórmulas utilizadas fueron las originales y no éstas modificadas en el año 1997 (Varson, W, 1990). Así mismo, Mora, 1987, aplicó la EUPS en la Cuenca del Río Pejibaye, habiendo obtenido valores para el factor R para varias estaciones de la zona. El factor K El factor K es el factor de erodabilidad del suelo que representa tanto la susceptibilidad del suelo a la erosión como la tasa de escorrentía, medida bajo las condiciones de una parcela estándar unitaria. Los suelos con alto contenido de arcilla tienen bajos valores de K, de cerca de 0.05 a 0.15, por su resistencia al desprendimiento de las partículas de suelo. Suelos con texturas gruesas, como los suelos arenosos, tienen bajos valores de de cerca de 0.05 a 0.2, ya que la baja escorrentía, aunque estos suelos son fácilmente erodables. Suelos con texturas medias como los francos, tienen un valor moderado de K, de cerca de 0.25 a 0.4 ya que son moderadamente susceptibles al desprendimiento y producen una escorrentía moderada. Suelos que contienen un alto contenido de limo son los más erodables. Son fácilmente desprendibles, tienden a formar una costra y producir altas tasas de escorrentía. Los valores de K de estos suelos tienden a ser mayores que 0.4. La materia orgánica reduce la erodabilidad porque reduce la susceptibilidad del suelo al desprendimiento e incrementa la infiltración, lo cual reduce la escorrentía y por lo tanto la erosión. La adición o acumulación de materia orgánica a través



del manejo como la incorporación de abonos verdes o estiércol se representa en el factor C, más que en el factor K. La extrapolación del factor K en el nomógrafo más alla de un contenido de 4% no se recomienda o se permite en la RUSLE. En la RUSLE, el factor K considera que el suelo como un todo y el factor Kf considera solamente la fracción fina o sea el materia de menos de 2 mm de diámetro. Para la mayor parte de los suelos Kf = K. La estructura del suelo afecta, tanto la susceptibilidad al desprendimiento como la infiltración. La permeabilidad del perfil del suelo afecta el factor K ya que afecta la escorrentía. Aunque el factor K se seleccionó para representar un suelo en su condición natural, el manejo pasado o el mal uso de un suelo por cultivos intensivos pueden incrementar la erodabilidad del suelo. El factor K puede necesitar ser incrementado si el subsuelo está expuesto o donde la materia orgánica ha sido agotada, la estructura del suelo ha sido destruida o la compactación del suelo ha reducido la permeabilidad. Un especialista en suelos puede asistirlo para hacer esta interpretación. 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*acre*hr/100*acre.pie*tf*pulg) 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)



En la figura siguiente se muestra el nomograma para calcular el factor K. Debemos ser cuidadosos de verificar las unidades que arroja el nomograma pues los mismos deben multiplicarse por 0.1317 para que queden en unidades del sistema internacional (SI). Las dimensionales de K en el SI son: T*ha*h*ha-1*MJ-1*mm-1

Nomograma para el cálculo del factor K. (Unidades del Sistema Inglés, US).



Nomograma para la determinación de la textura del suelo. Si no se cuenta con información de suelos, se puede calcular el valor de K basados en el tipo de roca formadora del suelo (litofacies) de acuerdo a la siguiente tabla:

Recuerde siempre multiplicar por el factor de conversión a unidades SI.



El factor LS L es el factor de longitud de la pendiente que representa el efecto de la longitud de la pendiente en la erosión (adimensional). Es la razón entre la pérdida de suelo en la longitud de pendiente en campo con respecto a la longitud de una parcela de 22.1 m en el mismo tipo de suelo y gradiente. La longitud de la pendiente es la distancia desde el origen de la escorrentía superficial a lo largo de su vía de flujo a la localidad donde se concentra el flujo o donde se deposita el suelo desprendido. Afortunadamente, los valores de pérdida de suelo no son especialmente sensitivos a la longitud de la pendiente y las diferencias en longitud de + o – 10% no son importantes en la mayoría de pendientes, especialmente en paisajes planos. Las longitudes de pendiente se determinan mejor visitando el sitio, caminando las vías de flujo y haciendo medidas directamente en el campo. Obtenga L a través de la medición perpendicular a la curva que origina el flujo superficial hasta donde se inicia la deposición o donde la escorrentía entra a un canal bien definido. Los mapas de curvas a nivel mayores a 0.50 m deben ser utilizados de manera cautelosa para determinar longitudes de pendiente. Los valores de longitud de pendiente son a menudo muy grandes cuando se utilizan mapas de curvas a nivel. Las longitudes de pendiente, generalmente no exceden los 120 m. Longitudes de pendiente mayores a 300 m no se deben utilizar en la RUSLE debido a la confiabilidad de la ecuación cuando se aplican estas longitudes es cuestionable y el flujo comienza a concentrarse en la mayoría de los paisajes antes de que ocurran estas longitudes de pendiente. S es el grado de inclinación de la pendiente. Representa los efectos de la inclinación en la erosión. La pérdida de suelo se incrementa más rápidamente con pendientes muy escarpadas en comparación con el incremento en longitud de la pendiente. Se define como el cociente de la pérdida de suelo en el campo entre la que ocurre en una parcela de 9% de inclinación bajo idénticas condiciones. La relación entre la pérdida del suelo y la gradientes se ve influenciada por la densidad de la cobertura vegetal y el tamaño de las partículas del suelo.

Generalmente, el factor L y S se consideran juntos. Los factores LS juntos son iguales a 1 bajo condiciones de la parcela unitaria de 22.1 m y 9% de inclinación. Los valores de L y S son relativos y representan que tan erodable es una longitud e inclinación particulares en relación a los 22.1 m de largo y 9% de de inclinación de



la parcela unitaria. Por lo tanto, algunos valores de LS son menores que 1 y otros mayores que 1. Los cultivos en hilera o en contorno no afectan los valores de LS.

En la figura siguiente se ilustran los diferentes tipos típicos de longitud de pendiente (Dissmeyer y Foster, 1980). La pendiente A: Si el bosque sin disturbar en la parte de arriba no produce escorrentía superficial, la pendiente superior comienza en el borde del suelo del bosque sin disturbar y se extiende aguas abajo hasta el surco o el canal, si la escorrentía es concentrada por el canal. La pendiente B: Punto de origen de escorrentía a un canal, si la escorrentía es concentrada por el canal. Pendiente C: Desde el canal a un punto de concentración de flujo. Pendiente D: Punto de origen de la escorrentía a un camino que concentra la escorrentía. Pendiente E: Desde el camino a una planicie de inundación donde ocurre la deposición. Pendiente F: En la cima de una colina, desde el punto de origen de la escorrentía a la planicie de inundación donde ocurre la deposición. Pendiente G: Del punto de origen de la escorrentía a una depresión ligera donde se concentra la escorrentía.

El efecto de la topografía en la erosión de suelos en la RUSLE tiene dos componentes, como se apuntó arriba: el factor de longitud de la pendiente (L) y el factor de inclinación de la pendiente (S).




• El factor L: Donde λ es la longitud de la pendiente (m), m es el exponente de

la longitud de la pendiente y β es el ángulo de la pendiente.1. La longitud de la pendiente se define como la distancia horizontal desde donde se origina el flujo superficial a el punto donde comienza la deposición o donde la escorrentía fluye a un canal definido.

.

/ .. .

• El factor L con el área de drenaje aportadora (Desmet & Govers, 1996)

, , ,

· · .

donde A(i,j)[m] es el area aportadora unitaria a la entrada de un pixel (celda), D es el tamaño del pixel y x es el factor de corrección de forma.

• El factor S: El ángulo β se toma como el ángulo medio a todos los subgrids en la dirección de mayor pendiente (McCool et al, 1987,1989).

,10.8 sin , 0.03 tan , 0.0916.8 sin , 0.5 tan , 0.09

El factor C C es el factor de manejo de cultivo. El factor C se utiliza para reflejar el efecto del cultivo y las prácticas de manejo en las tasas de erosión. Es el factor que se utiliza más a menudo para comparar los impactos relativos de las opciones de manejo en los planes de conservación. El facto C indica cómo el plan de conservación afectará la pérdida promedio anual y cómo la pérdida potencial de suelo será distribuida en el tiempo durante las actividades de construcción, rotaciones de cultivo u otros esquemas de manejo. El factor C se basa en el concepto de la desviación en relación a un estándar, en este caso un área limpia de cultivos y en barbecho contínuo. La tasa de pérdida de 1 Cuando se aplica esta fórmula en el Raster Calculator de ArcGIS se debe tomar en cuenta que el ángulo deberá ser convertido a radianes (1 grado sexagesimal = 0.01745 radianes)


suelo (SLR) es entonces un estimado de la tasa de pérdida de suelo en las condiciones actuales en relación a aquella que se experimentaría bajo las condiciones de referencia. “C” representa los efectos de las plantas, la cobertura del suelo, la biomasa del suelo y las actividades disturbadoras del suelo en los procesos de erosión. La RUSLE usa un método del subfactor para calcular las tasas de pérdida del suelo, que son las tasas de pérdida en un momento dado, en una secuencia de manejo de cobertura, en relación a la pérdida de suelo en la parcela unitaria. Las tasas de pérdida del suelo varían con el tiempo, así como con el dosel o estrato, cobertura del suelo, rugosidad, biomasa del suelo y el grado de cambio en la compactación. El valor del factor “C” es una tasa promedio ponderado con respecto al factor R durante el año. Los subfactores utilizados para calcular la razón de pérdida de suelo son cobertura (dosel), cobertura de la superficie y rugosidad, uso anterior del suelo y humedad antecedente del suelo. La cobertura de la superficie es el material que está en contacto con el suelo y que intercepta las gotas de lluvia y detiene o hace más lenta la escorrentía. El porcentaje total de superficie cubierta es la característica utilizada por la RUSLE para calcular cómo la cobertura de la superficie afecta la erosión. La cobertura de la superficie incluye toda la cobertura presente incluyendo fragmentos de roca, vegetación viva, criptógamas y residuos de plantas. El tamaño mínimo requerido de material para ser tomado en cuenta como residuo de la superficie, es que sea de tamaño lo suficientemente grande para no ser removido por la escorrentía. La RUSLE toma en cuenta la rugosidad de la superficie en el cálculo del valor C. La rugosidad del suelo retiene el agua en las depresiones y reduce la erosividad del impacto de las gotas y del flujo de agua. Si la deposición es lo suficientemente profunda, ocurre mucha deposición en ellos. Con el tiempo, la rugosidad desaparece conforme las depresiones se llenan con sedimento. La rugosidad se reduce en la USLE en función de la lluvia acumulada después de una operación de cultivo. La rugosidad también indica el grado de obstrucción y la probabilidad que la superficie se sellará, aumentando la escorrentía y la erodabilidad del suelo. Ya que se toma en cuenta la rugosidad en los sistemas de siembra, es una de las razones por las que el factor C son menores en la RUSLE. Si un factor C de 0.15 representa el sistema de manejo de un determinado cultivo, esto significa que la erosión será reducida a 15% de la cantidad que hubiera



ocurrido bajo condiciones de barbecho contínuo. A continuación se presentan los valores de C para diferentes cultivos y prácticas.

Otra tabla citada por Jung et al (sf) donde se da una combinación entre el factor C y P, se da a continuación:

Tipo de cobertura Factor C Factor P Area urbana 0.1 1 Suelo desnudo 0.35 1 Bosque denso 0.001 1




Tipo de cobertura Factor C Factor P Bosque ralo 0.01 1 Bosque mezclado con cultivos (Agroforestería)

0.1 0.8

Cultivos 0.5 0.5 Cultivos de inundación 0.1 0.5 Pastura densa 0.08 1 Pastura rala 0.2 1 Pasturas con cultivos 0.25 0.8 Humedales 0.05 1 Cuerpos de agua 0.01 1

El factor P P es el factor de prácticas de control de erosión. El factor P de la RUSLE refleja el impacto que las prácticas de control tienen sobre la tasa de erosión. Se conceptualiza como al razón entre la pérdida de suelo de un cultivo en contornos y siembra en fajas en comparación con cultivos con surcos rectos pendiente arriba o abajo. Como en el caso de otros factores, el factor P diferencia entre cultivos y pasturas permanentes. Ambas opciones permiten el terraceo o la siembra en contornos, pero los cultivos contienen la opción de la siembra en franjas, mientras que las pasturas permanentes contienen otro tipo de alteración mecánica. Para los propósitos de este factor, la opción de pastura permanente se basa en que las operaciones de control se hacen con poca frecuencia, mientras que en los cultivos son parte de las prácticas anuales de manejo. A continuación se lista una tabla con los valores de P promedio más utilizados.



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Objetivos del ejercicio Espacializar los factores componenentes de la ERPUS. Elaborar el mapa de pérdida de suelo por erosión calculado a través de la

ERPUS.

Contexto del Ejercicio Los datos de este ejercicio corresponden a la cuenca del Río Turrialba, Provincia de Cartago, Costa Rica. El set de datos comprende las siguientes capas:

• Estaciones meteorológicas con datos de precipitación media mensual, precipitación total promedio anual, índice de Fournier y factor R.

• Lugares poblados • Caminos • Curvas a nivel (10 metros) • Subcuencas • Tipos de suelo • Cobertura/uso del suelo 2003 • Fotos aéreas de 1998 (Foto1, Foto2 y Foto3)

Abrir el programa ArcGISArcMap y cargar el ejercicio

1. Buscar en el Desktop el icono y hacer doble click. Si no aparece el icono de ArcMap en el Desktop puedes encontrarlo en: Start | Programs | ArcGIS | ArcMap.

2. Cargar el documento de mapa llamado ejercicio_2.mxd que se encuentra

en el directorio c:\topico_2008_gis\ejercicio_2\datos. Se abre un mapa que contiene las capas descritas anteriormente. Elaboración del mapa del factor R (erosividad de las lluvias) Para la elaboración del mapa del factor R se hará una interpolación de los valores de R calculados para cada una de las estaciones existentes en y alrededor del área de estudio.



3. Cerciórese de que la extensión Spatial Analyst está activa y que el menú correspondiente también está visible en la barra de menús del programa.

4. Escoja en el menú la opción Spatial Analyst|Interpolate to raster|Spline2.

5. Cuando se abra la caja de diálogo llénela de la siguiente manera:

Escoja como el Output raster: c:\topico_2008_gis\ejercicio_2\datos\factor_R

2 Si desea profundizar en los métodos de interpolación puede consultar la página: http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?TopicName=An_overview_of_the_Interpolation_tools


6. Haga click en OK. El grid interpolado corresponde entonces al factor R de la RUSLE.

Elaboración del mapa del factor K (erodabilidad del suelo) Ahora se elaborará el mapa del factor de erodabilidad del suelo tomando en cuenta los siguientes factores:

• Textura del suelo (fracciones) • Permeabilidad • Estructura

7. Haga click derecho sobre la capa Tipo de suelos y escoja la opción

Properties.

8. Haga click en la lengüeta Fields y quite el chequeo de todas las columnas a excepción de las columnas de Area, Textura, Drenaje, Arcilla_, Arena_gr, Arena_fin y Limo.



9. Haga clic en Aceptar.

Ahora exportaremos la tabla de suelos para trabajarla en Excel y así poder hacer el cálculo del factor K.

10. Haga click derecho sobre el nombre de la capa Tipo de Suelo y abra la tabla haciendo click en la opción Open Attribute Table.

11. Cuando se abra la tabla haga click en el botón Options y luego en la opción Export.



12. Guarde la tabla con el nombre factor_K.txt (text file).

13. Haga click en Save y luego en OK. No agregue la tabla al mapa todavía.

14. Abra Excel, navegue al directorio de trabajo y cargue el archivo factor_k.txt. Recuerde que el Tipo de archivo es Text Files.



15. En la siguiente ventana haga clic en Next.

16. En la siguiente ventana escoja Semicolon (punto y coma) como el separador de columnas.



17. Haga clic en Finish.

18. Ahora calcule en una columna aparte la suma de las columnas Arena_fin + Limo_.

19. Cree una columna para el % de Materia Orgánica (MO), el código de

estructura y el de permeabilidad.

20. Llene la tabla con los siguientes datos (asumiremos 3% de MO y estructura 3 para todos los datos).

21. Haciendo uso del nomograma provisto calcule el valor de K (para ganar

tiempo ya se le proveen en la tabla anterior). Recuerde que estos valores son proveidos en unidades del sistema Inglés y por lo tanto deberá convertirlos a valores del SI multiplicando por el factor 0.1317 (FACT_K_(SI)).



Ahora transferiremos los datos a la tabla del shape de Tipos de suelo.

22. Abra la tabla del shape Tipos de suelo.

23. Haga click en el botón Options y seleccione la opción Add Field para agregar una nueva columna a la tabla.

24. Llame a la nueva columna factor_k y escriba una Precision de 8 (número de dígitos máximo que puede tener el número) y una Scale de 6 (el número de dígitos a la derecha del punto decimal). Luego haga click en OK.



25. En el menú Editor haga click en Start Editing.

26. Si aparece esta caja de diálogo, seleccione como el directorio para editar el resaltado en la siguiente figura y luego haga clic en OK.

27. Copie los valores de K a la tabla como se muestra abajo.



28. Haga click de nuevo en el menú Editor y luego haga click en Stop Editing y guarde los cambios hechos en la tabla. Luego cierre la tabla.

Ahora vamos a crear el grid que tendrá el mapa del factor K.

29. Haga click en OK.

30. Abra el ArcToolBox si no lo tiene abierto y seleccione la opción Conversion Tools|To Raster|Feature to Raster

31. Llene la caja de diálogo que se abre, de la siguiente manera:



32. Haga click en OK. Ahora podemos observar el resultado de la elaboración del mapa del factor K.

Elaboración del mapa del factor LS (Longitud de la Pendiente) El primer paso será elaborar la red irregular de triángulos (TIN) de la subcuenca del Río Turrialba

33. Active la extensión 3D (Tools|Extensions) y asegúrese de activar el



respectivo menú (View|Toolbars).

34. Haga click en la opción del menú 3D|Create/Modify TIN|Create TIN From Features

35. Chequee las capas Curvas a nivel (10 m), Ríos, Ríos polígono y Subcuencas.

36. Haga clic en el nombre Curvas a nivel (10m) y escoja las opciones que se

indican en la siguiente caja de diálogo.

37. Haga clic ahora en el nombre Ríos y escoja las siguientes opciones:



38. Haga clic en el nombre Ríos polígono y escoja las siguientes opciones:

39. Por último, haga clic en el nombre Subcuencas y escoja las siguientes

opciones:



40. Escoja como nombre de la capa de datos C:\topico_2008_gis\ejercicio_2\datos\tin_turri.

41. Haga clic en OK.

Ahora convertiremos el TIN en un modelo digital de terreno en formato raster o grid.



42. Escoja la opción de menú 3D|Convert|TIN to Raster

43. Llene la caja de diálogo con los siguientes datos:

44. Nombre la capa de salida como med_turri y guárdela en el directorio de trabajo.

45. Haga click en OK.

Se observará la capa del modelo de elevación digital agregada a la TOC del mapa. Ahora calcularemos la pendiente en % y en grados a partir del MED.



46. Escoja la opción del menú Spatial Analysis|Surface Analysis|Slope.


48. Llame a la capa de datos resultante slope_porc y guárdela en el directorio de trabajo.

49. Escoja la opción del menú Spatial Analysis|Surface Analysis|Slope.




51. Llame a la capa de datos resultante slope_gra y guárdela en el directorio de trabajo.

Utilizando las herramientas de hidrología del Arc Toolbox calcularemos ahora el grid de acumulación de flujo.

52. Abra el Arc Toolbox y escoja la opción Spatial Analyst Tools|Hydrology|Fill. Esta herramienta permite llenar todos los mínimos o depresiones locales que pueda tener el modelo de elevación digital.


54. Llame al archivo de salida Fill_med y guárdelo en el directorio de trabajo.




56. Escoja la opción de Arc Toolbox Spatial Analyst Tools|Hydrology|Flow

Direction. Esta herramienta crea un grid de dirección de flujo.


58. Llame al archivo de salida FlowDir y guárdelo en el directorio de trabajo.


60. Escoja la opción de Arc Toolbox Spatial Analyst Tools|Hydrology|Flow Acumulation. Esta herramienta crea un grid de acumulación de flujo.


62. Llame al archivo de salida FlowAcc y guárdelo en el directorio de trabajo.

63. Haga clic en OK. Ahora procederemos a calcular el valor de “F” en la fórmula para calcular el factor



L:

64. Escoja la opción de menúSpatial Analyst|Raster Calculator.

65. Ingrese la fórmula siguiente, haciendo uso click en las teclas del Calculador de raster (no use las teclas del teclado) y luego haga clic en Evaluate.

Se agregará un grid llamado Calculation a la tabla de contenidos.

66. Haga clic derecho sobre el nombre de la capa Calculation y escoja la opción



Save As Layer File|Make Permanent… Esto hará que la capa se guarde de manera permanente.

67. Guarde el grid con el nombre F y luego haga clic en Save.

68. Haga dos clics lentos el nombre de la capa Calculation en la tabla de

contenidos y cámbiele el nombre a F (para hacerlo coincidir con el nombre que le puso al archivo).

69. Abra de nuevo el Raster Calculator e introduzca la fórmula para calcular el exponente m de la fórmula, luego haga clic en Evaluate.



70. Haga clic derecho sobre el nombre de la capa Calculation y escoja la opción Save As Layer File|Make Permanent… Esto hará que la capa se guarde de manera permanente.

71. Guarde el grid con el nombre m y luego haga clic en Save.

72. Haga dos clics lentos el nombre de la capa Calculation en la tabla de

contenidos y cámbiele el nombre a m (para hacerlo coincidir con el nombre que le puso al archivo).

73. Abra de nuevo el Raster Calculator e introduzca la fórmula para calcular el valor de L de la fórmula, luego haga clic en Evaluate.

En esta fórmula se utiliza el grid de acumulación de flujo ([flowacc]), la dimensión del pixel (25m x 25 m) y el exponente m. Si le costara hacer que la fórmula funcione sin que le envíe errores de sintaxis pueda calcularla por partes.



74. Guarde el grid con el nombre Factor_L y luego haga clic en Save.

75. Haga dos clics lentos el nombre de la capa Calculation en la tabla de contenidos y cámbiele el nombre a Factor_L (para hacerlo coincidir con el nombre que le puso al archivo).

Ahora se calculará el valor del factor S. Ya que la fórmula varía de acuerdo a dos condiciones, se utilizará el comando CON que es la función Condicional de ArcGIS (puede consultar la ayuda del programa si desea profundizar en la sintaxis del comando). La sintaxis simplificada del comando es la siguiente:

• Con(<condición>, <expresión_verdadera>, <expresión_falsa>)

76. Abra de nuevo el Raster Calculator e introduzca la fórmula para calcular el valor de S de la fórmula, luego haga clic en Evaluate.



77. Guarde el grid con el nombre Factor_S y luego haga clic en Save.

78. Haga dos clics lentos el nombre de la capa Calculation en la tabla de contenidos y cámbiele el nombre a Factor_S (para hacerlo coincidir con el nombre que le puso al archivo).

Finalmente calcularemos el factor LS combinado

79. Abra de nuevo el Raster Calculator e introduzca la fórmula para calcular el

factor de LS de la fórmula, luego haga clic en Evaluate.



80. Guarde el grid con el nombre Factor_LS y luego haga clic en Save.

81. Haga dos clics lentos el nombre de la capa Calculation en la tabla de contenidos y cámbiele el nombre a Factor_LS (para hacerlo coincidir con el nombre que le puso al archivo).

Puede cambiar la paleta de colores con los que se despliega el grid para poder observar mejor la ubicación de los valores de este factor.

Elaboración del mapa del factor C (Cobertura del suelo) El mapa del factor C se hará basado en el mapa de cobertura actual del suelo. Para tal efecto se agregará una columna a la tabla del shape respectivo y se digitará el valor de C para cada categoría de cobertura.

82. Haga clic derecho sobre la capa de datos llamada Cobertura/Uso suelo 2003 y escoja la opción Open Attribute Table.

83. Haga click en el botón Options y seleccione la opción Add Field para

agregar una nueva columna a la tabla.



84. Llame a la nueva columna factor_c y escriba una Precision de 5 (número de dígitos máximo que puede tener el número) y una Scale de 3 (el número de dígitos a la derecha del punto decimal). Luego haga click en OK.

85. En el menú Editor haga click en Start Editing.



86. Haga clic sobre la vía de acceso que señala hacia el directorio de trabajo, pero que tiene como tipo Shapefiles.


88. Introduzca los valores de C de acuerdo a las tablas proveídas anteriormente..

89. Haga click de nuevo en el menú Editor y luego haga click en Stop Editing

y guarde los cambios hechos en la tabla. Luego cierre la tabla.



Ahora vamos a crear el grid que tendrá el mapa del factor C.

90. Abra el ArcToolBox si no lo tiene abierto y seleccione la opción Conversion Tools|To Raster|Feature to Raster

91. Llene la caja de diálogo que se abre, de la siguiente manera:

92. Haga click en OK. Ahora podemos observar el resultado de la elaboración del mapa del factor C.



Elaboración del mapa del factor P (Prácticas de cultivo) Debido a que el mapa de uso del suelo no hace diferencias entre los cultivos, se asumirá que el valor de P es 1 para todas las coberturas y por lo tanto no se elaborará una capa para este factor.. Elaboración del mapa de Erosión Ahora se elaborará el mapa de Erosión haciendo uso de la fórmula RUSLE.

93. Abra de nuevo el Raster Calculator e introduzca la fórmula para calcular el valor de la Erosión de la fórmula de la RUSLE, luego haga clic en Evaluate.



94. Guarde el grid con el nombre Erosion y luego haga clic en Save.

95. Haga dos clics lentos el nombre de la capa Calculation en la tabla de contenidos y cámbiele el nombre a Erosión RUSLE.

Para efectos de despliegue clasificaremos el mapa de erosión en 7 categorías

96. Haga clic derecho sobre el nombre de la capa Erosión RUSLE y escoja la opción Properties.

97. Haga clic sobre la lengüeta Symbology y escoja en la caja Show: Classified. 98. Escoja en la caja Classes: 6.

99. Haga clic en el botón Classify…



100. En la parte derecha de la caja de diálogo de la clasificación escriba los valores que se muestran en Break Values. Deje el último valor sin tocar.


102. Haga clic derecho en la barra de color gris a la derecha de Color Ramp: y



haga clic en Graphic View para deschequear esa opción y permitir que las paletas se muestren por su nombre.

103. Haga clic en la flecha para descolgar las opciones de paleta y escoja la paleta Slope.

104. Haga clic en Aplicar.

105. Haga clic derecho en la parte de la columna Label en la leyenda de la capa de datos y selecciones la opción Format Labels.

106. Escoja la opción Category: Numeric y luego seleccione la opción Number of decimal places y seleccione 0. Haga clic en OK.



107. Haga clic en Aceptar. Este es el mapa de erosión de suelos de la cuenca del Río Turrialba.



Cálculo de estadísticas por subcuenca Una vez hecho el análisis se hará un cuadro resumen por subcuenca.

108. Escoja la opción del menú Spatial Analyst|Zonal Statistics.

109. Llene la caja de diálogo con los siguientes datos: Shape que define las zonas: Subcuencas; campo de la base de datos que define las zonas: NOMBRE; raster sobre el cual se quiere obtener las estadísticas: Erosión RUSLEl. Deschequee la opción para que se grafique alguna de las estadísticas (Chart statistics). Guarde el nombre de la tabla como erosion_x_subcuenca (formato DBF).





La tabla se presenta a continuación:

¿ Qué concluye acerca de la erosión promedio por subcuenca? ¿Cuáles son sus críticas acerca del método de la RUSLE para estimar la erosión en el contexto de este ejercicio? ¿Qué otros modelos conoce que pueden estimar la erosión del suelo? ACA TERMINA EL EJERCICIO….

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Ejercicio 2 Erosion Suelos

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