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CENTRO AGRONÓMICO TROPICAL DE INVESTIGACIÓN
Y ENSEÑANZA
ESCUELA DE POSGRADO
Comportamiento hidrológico en usos de la tierra, modelación de la erosión, y
percepción de grupos de interés ante el proceso erosivo en la microcuenca del río
Purires, Cartago, Costa Rica
por
Jhon Marcos Panduro Cometivos
Tesis sometida a consideración de la Escuela de Posgrado como requisito para
optar por el grado de
Magister Scientiae en Manejo y gestión integral de cuencas hidrográficas
Turrialba, Costa Rica, 2013
II
III
DIVISIÓN DE EDUCACIÓN
ESCUELA DE POSGRADO
FORMULARIO DE VERIFICACIÓN DE REQUISITO DE LA
ESPECIALIZACIÓN EN PRÁCTICA DEL DESARROLLO
Fecha: ___________________
El estudiante ____Jhon Marcos Panduro Cometivos______________________________
De la promoción ____2011 - 2012_________________
Ha cumplido con el requisito de incorporar en su tesis un capítulo corto de análisis de las
implicaciones de los resultados de su tesis para el desarrollo y para alimentar insumos de políticas
al nivel que corresponda.
_____________________________________________ ______________________________
Coordinador de la Especialización en PD Firma
o funcionario autorizado del Programa Práctica del Desarrollo
IV
DEDICATORIA
A Mati y mis hijas; Abi Stefanía y Alexa Scarlet,
Razón fundamental de mi vida
A mis padres; Norma y Enrique
Por apoyarme siempre en mis emprendimientos académicos
sin ellos esto no habría sido posible
A mi hermano y hermana; Osmar y Dámaris
Por el apoyo y cariño que siempre me han profesado
A la memoria de mi papá César y mis abuelas Lidia y Otilia
Que en vida me dieron todo su cariño y consejo
Ahora en presencia de Dios iluminaran el camino de
toda mi familia
V
AGRADECIMIENTO
Al Programa Internacional de Becas de la Fundación Ford por darme la oportunidad de realizar mis
estudios de Maestría
Al Profesor Jorge Faustino y la Profesora Yamilet Astorga, Co – directores de la presente tesis por
su apoyo y consejo en la ejecución del trabajo de campo y en la elaboración del documento final
A los profesores Christian Brenes y Kess Prins por el asesoramiento en la parte de SIG y del
análisis de percepción respectivamente en el presente estudio
A Tulio Chávez, compañero de maestría y gran amigo, por su valioso apoyo en la parte de
modelación del presente trabajo de investigación
A Natalia Samaniego, compañera de maestría y gran amiga, por su invaluable apoyo como
compañera de tesis en Purires
Al equipo del Programa GAMMA liderado por el Dr. Muhammad Ibrahim por la facilitación de
materiales para la instalación de las parcelas de estudio
A mis profesores y personal de CATIE
A mis compañeros de la generación 2011 – 2012 por todos los momentos compartidos
A mis compañeros de maestría; María Fernanda, Paola, Natalia, Carlos, Edgardo y Tulio; por el
apoyo mutuo y el compañerismo que nos caracterizó durante nuestros estudios
A los finqueros que me permitieron instalar las parcelas de evaluación en sus fincas; Don Juan
Brenes, Don Jorge Brenes, Don Ulises Martínez y Don Danilo Martínez
A la familia Rivas Martínez por darme alojamiento durante la fase de campo del presente estudio,
así como por abrirme las puestas de su casa y por considerarme parte de ella
VI
BIOGRAFÍA
El autor nación en Pucallpa, Ucayali, Amazonía Peruana el 23 de julio de 1974. En 1998, se graduó
como Bachiller en Ciencias Pecuarias de la facultad de Zootecnia de la Universidad Agraria de la
Selva y obtuvo el título de Ingeniero Zootecnista el 2005. En su experiencia laboral transitó en la
docencia a nivel superior medio en el Perú, para luego laborar en el Sistema de Áreas Protegidas
por el Estado – SINANPE, principal estrategia de conservación de la biodiversidad en el Perú;
posteriormente, trabajó en la organización Amazónicos por la Amazonía – AMPA, en temas de
ordenamiento territorial y conservación de la biodiversidad con especial énfasis en el recurso
hídrico. Ingresó a la maestría de gestión y manejo de cuencas hidrográficas del Centro Agronómico
Tropical de Investigación y Enseñanza – CATIE - en enero del 2011, culminando en diciembre de
2012.
VII
CONTENIDO
DEDICATORIA .............................................................................................................................. IV
AGRADECIMIENTO ..................................................................................................................... V
BIOGRAFÍA .................................................................................................................................... VI
CONTENIDO ................................................................................................................................ VII
RESUMEN ........................................................................................................................................ X
SUMMARY ................................................................................................................................... XII
LISTA DE CUADROS ................................................................................................................ XIV
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................... XV
LISTA DE FOTOS ..................................................................................................................... XVII
LISTA DE SIGLAS .................................................................................................................. XVIII
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 1
1. Objetivos del estudio ..................................................................................................................... 3
1.1 Objetivo general ......................................................................................................................... 3
1.2 Objetivos específicos ................................................................................................................. 3
2. Hipótesis y preguntas de investigación ........................................................................................ 3
3. Revisión de literatura ........................................................................................................... 4
3.1 La erosión hídrica en Costa Rica ............................................................................................... 4
3.1.1 La erosión hídrica ................................................................................................................... 4
3.1.2 Factores erosivos ..................................................................................................................... 4
3.1.3 Contexto socio-económico de la erosión ................................................................................ 5
3.1.4 La erosión hídrica en Costa Rica ............................................................................................ 5
3.2 Procesos hidrológicos en la cuenca hidrográfica ....................................................................... 6
3.2.1 El ciclo hidrológico ................................................................................................................. 6
3.2.2 Componentes del ciclo hidrológico ......................................................................................... 7
3.2.3 Balance hídrico ..................................................................................................................... 12
3.3 Medición de los parámetros hidrológicos ................................................................................ 14
3.3.1 Medición de la precipitación ................................................................................................. 14
3.3.2 Medición de la escorrentía .................................................................................................... 14
3.3.3 Medición de la infiltración .................................................................................................... 15
VIII
3.3.4 Medición de la evapotranspiración potencial ........................................................................ 15
3.4 Medición de la erosión ............................................................................................................. 15
3.4.1 Parcelas de erosión ................................................................................................................ 15
3.4.2 Trampas de sedimentos ......................................................................................................... 16
3.4.3 Ecuación universal de la pérdida de suelo ............................................................................ 16
3.4.4 Entrevistas con agricultores .................................................................................................. 16
3.4.5 Talleres participativos .......................................................................................................... 17
3.5 Los usos de la tierra y su efecto sobre los recursos hídricos .................................................... 17
3.5.1 Impactos del uso de la tierra sobre el régimen hidrológico................................................... 17
3.5.2 Impactos del uso de la tierra sobre la calidad del agua ......................................................... 18
3.6 La microcuenca del río Purires ................................................................................................ 19
3.6.1 Morfometría .......................................................................................................................... 19
3.6.2 Hidrología ............................................................................................................................. 20
3.6.3 Clima ..................................................................................................................................... 21
3.6.4 El fenómeno de El Niño y su efecto sobre el clima en la microcuenca del río Purires y el
valle del Guarco en general .................................................................................................. 23
3.6.4 Geología ................................................................................................................................ 25
3.6.5 Suelos .................................................................................................................................... 27
3.6.6 Usos de la tierra .................................................................................................................... 28
3.5 Modelación ........................................................................................................................... 29
3.7.1 Modelo .................................................................................................................................. 29
3.7.2 Modelación en hidrología ..................................................................................................... 29
3.7.3 Soil and Water Assessment Tool – SWAT ........................................................................... 30
3.7.4 Modelación de cambio de uso de la tierra ............................................................................. 31
4 Materiales y métodos ......................................................................................................... 33
4.1 Localización del estudio .......................................................................................................... 33
4.2 Coordinación previa a la ejecución del trabajo de campo del estudio ..................................... 33
4.3 Desarrollo del trabajo de investigación .................................................................................... 34
4.3.1 Parte experimental ................................................................................................................ 34
3.3.2 Parte no experimental ........................................................................................................... 39
4. Resultados y discusión ....................................................................................................... 44
5.1 Comportamiento de los principales parámetros hidrológicos en tres usos del suelo ............... 44
IX
5.1.1 Precipitación ......................................................................................................................... 44
5.1.2 Escorrentía superficial........................................................................................................... 45
5.1.3 Infiltración............................................................................................................................. 46
5.1.4 Balance hídrico ..................................................................................................................... 47
5.1.5 Evaluar la producción de sedimentos en tres usos de suelo .................................................. 49
5.2 Modelar escenarios de cobertura uso y variabilidad climática para estimar erosión
producción de sedimentos en la microcuenca del rio Purires .............................................. 49
5.2.1 Análisis de los datos climáticos utilizados en la modelación de la producción de sedimentos
en la cuenca .......................................................................................................................... 50
5.2.2 Análisis de los escenarios de cobertura de uso utilizados en modelación por SWAT .......... 52
5.2.3 Estimación de la producción de sedimentos en la cuenca del rio Purires mediante la
modelación con SWAT con diferentes escenarios de cobertura de uso ............................... 53
5.3.4 Estimación de la producción de sedimentos en la cuenca del rio Purires mediante la
modelación con SWAT con diferentes escenarios de variabilidad climática ....................... 59
5.4 Determinar la percepción y factores socioeconómicos por grupos de interés frente al
proceso erosivo del suelo en la microcuenca del río Purires ................................................ 61
5.4.1 Factores socioeconómicos que intervienen en el proceso erosivo ........................................ 61
5.4.2 Análisis de percepción del autor con respecto a la actividad hortícola en la microcuenca del
río Purires ............................................................................................................................. 65
5.4.3 Percepción del proceso erosivo como problema ambiental en la microcuenca .................... 66
6 Conclusiones ....................................................................................................................... 68
7 Recomendaciones ............................................................................................................... 70
8. Implicancia en el desarrollo rural .................................................................................... 71
9. Bibliografía .................................................................................................................................. 72
10. ANEXOS .................................................................................................................................... 75
X
Panduro, J. 2012. Comportamiento hidrológico en usos de la tierra, modelación de la erosión, y
percepción de grupos de interés ante el proceso erosivo en la microcuenca del río Purires, Cartago,
Costa Rica" Turrialba, CR. CATIE. 80 p
Palabras claves: variable hidrológica, modelación hidrológica, uso de la tierra, variabilidad
climática, SWAT.
RESUMEN
La microcuenca del río Purires se localiza en la parte alta del río Reventazón, en su extremo oeste.
Desde el punto de vista político administrativo la microcuenca se sitúa dentro de los cantones de El
Guarco y Cartago en la provincia de Cartago, Costa Rica. Por su cercanía a importantes centros
urbanos como son las ciudades de Cartago y San José, se ubica estratégicamente para el desarrollo
de distintas actividades productivas como; la agropecuaria e industrial, así como para la expansión
urbana; sin embargo, estas actividades se han realizado sin tener en cuenta la verdadera vocación
del territorio en la microcuenca. Dentro de las actividades agropecuarias, reviste de especial interés,
el incremento de áreas dedicadas a la producción de hortalizas, en zonas de pendientes elevadas no
propicias para ello, esto aunado al efecto de otras actividades como la ganadería extensiva y la
producción cafetalera; todas ellas incidentes sobre los parámetros hidrológicos (escorrentía,
infiltración y percolación) y en la producción de sedimentos. En el presente estudio se evaluó el
comportamiento hidrológico en tres usos de suelo (bosque secundario, pasto y cultivo), la
modelación de la producción de sedimentos, y la determinación de la percepción de algunos grupos
de interés sobre el proceso erosivo en la microcuenca del río Purires. El comportamiento
hidrológico se evaluó a través de parcelas de escorrentía, en los cuales se instaló pluviómetros, las
variables evaluadas fueron; precipitación, escorrentía e infiltración para los tres usos de suelo. La
precipitación dio como resultado 36 días de lluvia, comparado con el promedio de 81 días de lluvia
en la zona (IMN 2012), lo cual nos señala un año atípico con un periodo muy seco durante la
evaluación. Al análisis estadístico el bosque secundario mostró la menor escorrentía y el pasto tuvo
la mayor infiltración, sin embargo en este último parámetro se encontró una interacción con los
meses evaluados. El balance hídrico presentó una escorrentía bastante baja con respecto a los otros
componentes hidrológicos en los usos evaluados; en tanto en la percolación, el pasto mostró una
mayor proporción con respecto a los otros dos usos. Para estimar la erosión se realizó una
modelación de la producción de sedimentos a nivel de la microcuenca, se utilizó el programa
SWAT, que trabaja como una extensión del ArcGIS, utilizando escenarios de cobertura de usos
XI
correspondientes a los años 1997, 2011 y un proyectado al 2020, este último fue sometió al efecto
del cambio de clima bajo dos pronósticos de cambio, modelos PRECIS y ECHAM5.
La modelación con diferentes mapas de uso dio como resultado un incremento de la producción de
sedimentos en el siguiente orden; 1997, 2011 y 2020, debido al incremento de áreas de cultivos
anuales y de suelo desnudo, siendo estos usos determinantes en la producción de sedimentos. En la
modelación ante efectos en el clima se determinó que la producción de sedimentos es directamente
proporcional al incremento o disminución de la precipitación. En la determinación de la percepción
del proceso erosivo en la microcuenca y sus factores socioeconómicos se conformó dos grupos de
trabajo tomando como plataforma a la Com-Purires, grupo de gestión de la microcuenca del río
Purires, conformado por representes de instituciones públicas y privadas y de la sociedad civil, los
grupos determinados fueron: i) Integrantes de la subcomisión de recursos hídricos y ii)
Representantes de las ASADAS. Se trabajó en dos talleres, uno por grupo, determinándose que los
factores socioeconómicos percibidos e incidentes en el proceso erosivo en la microcuenca son las
actividades agropecuarias y el uso desordenado del territorio y que la erosión es un problema
ambiental en la microcuenca. Así mismo ambos grupos coincidieron que la implementación de un
plan regular (instrumento de gestión del territorio), sería una forma de disminuir la incidencia del
incremento de actividades que provocan mayor erosión en la microcuenca.
XII
Panduro, J. 2012. Hydrological behavior in land use, erosion modeling, and perception of interest
groups in the erosive process in the Purires river micro basin, Cartago, Costa Rica, CR.CATIE. 80p.
Keywords: hydrological variable, hydrological modeling, land use, climate variability, SWAT.
SUMMARY
The Purires river micro basin is located in the higher part of the Reventazon River, on its west side.
From a political and administrative point of view, the micro basin is located in the Cantons of El
Guarco and Cartago, in the Province of Cartago, Costa Rica. Due to its proximity to major urban
areas such as the cities of Cartago and San Jose, the Purires river micro basin is strategically located
for the development of various productive activities such as: agricultural, livestock and industrial
activities, as well as for urban growth; however, these productive activities were made regardless
the micro basin’s vocation. Within the agricultural activities, it is important to highlight the increase
of areas dedicated to the production of vegetables in high slopes unsuitable for the activity plus the
effect of other activities such as extensive livestock and coffee production all of them affecting on
hydrological parameters (runoff, infiltration and percolation) and triggering the sediment
production. In this research, it was evaluated the hydrological behavior in three land uses
(secondary forest, pasture and crop), sediment production modeling, and the determination of the
perception of interest groups about erosive process in the micro basin of the Purires river. The
hydrological behavior was evaluated through runoff plots where rain gauges were installed; the
variables evaluated were: rainfall, runoff and infiltration in three land uses. The rainfall triggered 36
days of rain compared to the 81 days of rain in the area (IMN 2012). That shows an atypical year
with a very dry period during the evaluation. In the statistic analysis, the secondary forest showed
less runoff and the pasture had the most infiltration, however, in this last parameter it was found an
interaction with the months evaluated. The water balance showed a very low runoff in relation to
other hydrological components in the evaluated land uses; in the percolation, the pasture showed a
greater proportion in relation to the other two land uses. To estimate the erosion, a modeling of the
sediment production was performed at the level of the micro basin. It was used the SWAT program
that works as an extension of the ArcGIS, using land use areas corresponding to the years 1997,
2011 and one of them projected to the year 2020, this last area was submitted to the climate change
effect under two prognostics of change, PRECIS and ECHAM5 models. The modeling with
different land uses maps resulted in an increase of sediment production in the following order;
XIII
1997, 2011 and 2020 due to the increase of annual crops and bare soil. These uses become decisive
in the sediment production.
In the modeling of the climate effects it was determined that the sediment production is directly
proportional to increase or decrease of the rainfall. Two workgroups were formed to determine the
perception of the erosive process in the micro basin and its socioeconomic factors. The Com-Purires
was taken as platform. It is a management group of the micro basin of the Purires Rivers formed by
representatives of public and private institutions and members of the civil society. The workgroups
were: i) Members of the water resources subcommittee and ii) Members of ASADAS. There were
formed two workshops, one per group. It was determined that the perceived socioeconomic factors
and the incidents in the erosive process in the micro basin are the agricultural and livestock
activities and the disorganized use of the territory and that the erosion is an environmental problem
in the basin. Both groups coincided that the implementation of a Regulator plan (land management
instrument) would be a form of decreasing the incidence of the increase of activities that produce
most erosion in the micro basin.
XIV
LISTA DE CUADROS
CUADRO 1. DISTRIBUCIÓN DEL USO DEL SUELO EN LA MICROCUENCA DEL RÍO PURIRES – AÑO 2011 ..................................... 28
CUADRO 2. CARACTERÍSTICAS DE LOS USO DE SUELO EVALUADOS .................................................................................. 37
CUADRO 3. DESCRIPCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE LAS COBERTURAS DE USO USADAS EN LA MODELACIÓN CON SWAT ............. 40
CUADRO 4. ESCENARIOS DE VARIABILIDAD CLIMÁTICA UTILIZADOS EN LA MODELACIÓN CON SWAT ........................................ 41
CUADRO 5. INSUMOS NECESARIOS PARA EL TRABAJO DE MODELACIÓN CON SWAT ............................................................ 42
CUADRO 6. BALANCE HÍDRICO PROMEDIO EN LOS TRES USO DE SUELO EVALUADOS ............................................................. 47
CUADRO 7. BALANCE HÍDRICO EXPRESADO EN PORCENTAJE POR USO DE SUELO EVALUADO .................................................. 48
CUADRO 8. PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR USO DE SUELO EVALUADO ........................................................................ 49
CUADRO 9. PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR USO DE LA TIERRA A NIVEL DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ............................. 56
CUADRO 10. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE COBERTURA DE USO EN LAS SUBCUENCA 23 DE
LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ........................................................................................................................... 57
CUADRO 11. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE COBERTURA DE USO EN LA SUBCUENCA 24 DEL
RÍO PURIRES ................................................................................................................................................ 57
CUADRO 12. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE COBERTURA DE USO EN LA SUBCUENCA 27 DE
LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ........................................................................................................................... 58
CUADRO 13. ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS QUE AFECTAN LA EROSIÓN DETERMINADOS POR LOS PARTICIPANTES EN LOS TALLERES,
GRUPOS: SUBCOMISIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS Y ASADAS ................................................................................. 61
CUADRO 14. ESCENARIOS EN DOS TIEMPOS (HACE 5 Y 10 AÑOS) DE LOS ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS DETERMINADOS POR LOS
MIEMBROS DE LA SUBCOMISIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS DE LA COM-PURIRES .......................................................... 63
CUADRO 15. ESCENARIOS EN DOS TIEMPOS (HACE 5 Y 10 AÑOS) DE LOS ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS DETERMINADOS POR LOS
REPRESENTANTES DE LAS ASADAS INTEGRANTES DE LA COM-PURIRES ................................................................... 64
CUADRO 16. MECANISMOS PROPUESTOS POR LOS GRUPOS DE TRABAJO EN CADA UNO DE LOS TALLERES ................................ 66
CUADRO 17. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE USO DE LA TIERRA EN LAS SUBCUENCAS 21 Y
23 DE LA CUENCA PURIRES ............................................................................................................................. 87
CUADRO 18. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE USO DE LA TIERRA EN LAS SUBCUENCAS 3 Y 14
DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ....................................................................................................................... 88
CUADRO 19. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE USO DE LA TIERRA EN LAS SUBCUENCAS 17 Y 24
DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ....................................................................................................................... 89
CUADRO 20. COMPORTAMIENTO DE LA PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS POR TIPO DE USO DE LA TIERRA EN LAS SUBCUENCAS 27 Y 28
DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ....................................................................................................................... 90
XV
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. CICLO HIDROLÓGICO, REPRESENTACIÓN CUALITATIVA ...................................................................................... 7
FIGURA 2. RELACIÓN ENTRE LA PRECIPITACIÓN Y EL ESCURRIMIENTO TOTAL ....................................................................... 9
FIGURA 3. COMPORTAMIENTO DEL AGUA DE LA PRECIPITACIÓN EN LA SUPERFICIE .............................................................. 10
FIGURA 4. PROCESOS INVOLUCRADOS EN EL BALANCE HÍDRICO A NIVEL DE CUENCAS HIDROGRÁFICAS ................................... 13
FIGURA 5. VISTA EN TERCERA DIMENSIÓN DE LA MICROCUENCA DEL RIO PURIRES .............................................................. 19
FIGURA 6. RED HÍDRICA DE LA MICROCUENCA DEL RIO PURIRES Y PRINCIPALES NÚCLEOS POBLACIONALES ............................. 20
FIGURA 7. RED HÍDRICA DE LA MICROCUENCA DEL RIO PURIRES ..................................................................................... 20
FIGURA 8. TEMPERATURAS PROMEDIOS MÁXIMA Y MÍNIMA MENSUAL EN LA MICROCUENCA DEL RIO PURIRES............................ 21
FIGURA 9. PRECIPITACIÓN MENSUAL EN LA MICROCUENCA DEL RÍO PURIRES ..................................................................... 22 FIGURA 10. HUMEDAD RELATIVA Y RADIACIÓN GLOBAL PROMEDIO MENSUAL A LOS LARGO DEL AÑO EN LA MICROCUENCA DEL RÍO
PURIRES ..................................................................................................................................................... 23
FIGURA 11. ANOMALÍA (MM) DE LA PRECIPITACIÓN ANUAL DE LINDA VISTA, EL GUARCO. ..................................................... 23 FIGURA 12. LÍNEA DE TIEMPO DE EVENTOS DE PRESENCIA DEL FENÓMENO DE EL NIÑO PARA COSTA RICA PARA EL PERIODO 1950 –
2010 .......................................................................................................................................................... 24
FIGURA 13. EVOLUCIÓN DEL ÍNDICE MULTIVARIADO DEL ENOS PERIODO 2011 – 2012 (AGOSTO), DE FORMA BIMENSUAL ......... 24
FIGURA 14. UNIDADES GEOLÓGICAS EN LA MICROCUENCA DEL RÍO PURIRES ..................................................................... 26
FIGURA 15. REPRESENTACIÓN DEL USO DEL SUELO EN LA MICROCUENCA DEL RÍO PURIRES ................................................. 29
FIGURA 16. DISTRIBUCIÓN POLÍTICA ADMINISTRATIVA POR DISTRITOS DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES................................... 33
FIGURA 17. ESQUEMA DE UNA PARCELA DE ESCORRENTÍA ............................................................................................. 35
FIGURA 18. PRECIPITACIÓN PROMEDIO POR EVENTO (DÍA) DE PRECIPITACIÓN DURANTE EL TIEMPO DE EVALUACIÓN ................. 44
FIGURA 19. MEDIAS DE ESCORRENTÍA SUPERFICIAL EN CADA USO DE SUELO EVALUADO ....................................................... 45
FIGURA 20. MEDIAS DE INFILTRACIÓN EN INTERACCIÓN CON LOS MESES Y USO DE SUELO EVALUADO ..................................... 46
FIGURA 21. COMPONENTES DEL BALANCE HÍDRICO EN CADA USO DE SUELO EVALUADO ....................................................... 47
FIGURA 22. COMPORTAMIENTO DE LA ESCORRENTÍA POR USO DE SUELO EVALUADO........................................................... 48
FIGURA 23. COMPORTAMIENTO DE LA PERCOLACIÓN POR USO DE SUELO EVALUADO .......................................................... 49
FIGURA 24. SERIES DE DATOS DE TEMPERATURA MÁXIMA Y MÍNIMA EN LA CUENCA DEL RÍO PURIRES UTILIZADA EN LA MODELACIÓN
CON SWAT, A LA QUE SE HA INCREMENTADO LA SERIE DE TEMPERATURA PROMEDIO ................................................. 50
FIGURA 25. SERIE DE DATOS DE PRECIPITACIÓN EN LA CUENCA DEL RÍO PURIRES UTILIZADA PARA MODELAR CON SWAT ........... 51
FIGURA 26. PORCENTAJES DE COBERTURAS DE USO, CORRESPONDIENTES A LOS AÑOS 1997, 2011 Y EL PROYECTADO AL 2020 EN
LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ........................................................................................................................... 52
FIGURA 27. ESCENARIOS DE PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA DEL RÍO PURIRES FRENTE A COBERTURAS DE USO,
CORRESPONDIENTES A LOS AÑOS 1997, 2011 Y EL PROYECTADO AL 2020. ............................................................. 53
FIGURA 28. PRODUCCIÓN PROMEDIO DE SEDIMENTOS A NIVEL DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES EN TRES DIFERENTES ESCENARIOS DE
USO DE LA TIERRA (AÑOS 1997, 2011 Y EL PROYECTADO AL 2020) ....................................................................... 55
FIGURA 29. PRODUCCIÓN PROMEDIO DE SEDIMENTOS A NIVEL DE SUBCUENCAS EN LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ..................... 56
FIGURA 30. ESCENARIOS DE PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS EN LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ANTE EFECTO DE LA VARIABILIDAD
CLIMÁTICA: 1. ESCENARIO AL 2020 SIN VARIABILIDAD CLIMÁTICA; 2. ESCENARIO AL 2020 CON VARIABILIDAD CLIMÁTICA
(CC1), Y 3. ESCENARIO AL 2020 CON VARIABILIDAD CLIMÁTICA (CC2) ................................................................... 59
XVI
FIGURA 31. PRODUCCIÓN PROMEDIO DE SEDIMENTOS A NIVEL DE LA CUENCA DEL RÍO PURIRES EN TRES ESCENARIOS DE
VARIABILIDAD CLIMÁTICA ................................................................................................................................ 60
FIGURA 32. PRODUCCIÓN PROMEDIO DE SEDIMENTOS A NIVEL DE SUBCUENCAS EN LA CUENCA DEL RÍO PURIRES ANTE EL EFECTO
TRES ESCENARIOS DE VARIABILIDAD CLIMÁTICA.................................................................................................... 61
XVII
LISTA DE FOTOS
FOTO 1 PARCELA DE ESCORRENTÍA EN PASTURA ......................................................................................................... 35
FOTO 2. SISTEMA DE DRENAJE Y RECOLECCIÓN EN LAS PARCELAS DE ESCORRENTÍA ......................................................... 36
FOTO 3. PLUVIÓMETRO UTILIZADO EN LA MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN DIARIA, INSTALADO EN CADA PARCELA ...................... 36
FOTO 4. INFILTRÓMETRO TURF TEC UTILIZADO PARA LA MEDICIÓN DE INFILTRACIÓN POR TEXTURA ........................................ 36
XVIII
LISTA DE SIGLAS
ASADA Asociación Administradora del Sistemas de Acueducto y Alcantarillado
Comunal
COMPURIRES Comisión para la Gestión Participativa de la Microcuenca del río
Purires
IDA Instituto de Desarrollo Agropecuario de Costa Rica
IMN Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica
FAO Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y
Alimentación (por sus siglas en inglés)
MAG Ministerio de Agricultura y Ganadería de Costa Rica
MINAE Ministerio de Ambiente y Energía de Costa Rica
ProGAI Programa de Gestión Ambiental Integral de la Universidad de Costa
Rica
PRUGAM Planificación Regional Urbana de la Gran Área Metropolitana del Valle
Central de Costa Rica
SAG Secretaría de Agricultura y Ganadería de Honduras
SENARA Servicio Nacional de Aguas Subterráneas, Riego y Avenamiento
SINAC Sistema Nacional de Áreas de Conservación
UCR Universidad de Costa Rica
1
INTRODUCCIÓN
La gestión de cuencas requiere de información para la toma de decisiones pertinentes por parte de
los actores que forman parte de ella. Teniendo en cuenta que el agua es el recurso integrador en la
cuenca hidrográfica, el conocimiento del comportamiento del ciclo hidrológico, expresada en el
balance hídrico, se convierte en una herramienta esencial para su gestión, es decir, saber cuánto del
agua que entra a la cuenca en forma de lluvia, puede estar disponible, o como se distribuye una vez
que llega a la superficie, o su comportamiento en los diferentes usos de la tierra.
Por otro lado, la calidad del agua es un aspecto a considerar en la gestión de cuencas, y uno de los
parámetros es la producción de sedimentos, que nos permite conocer como, las actividades que se
realizan en el ámbito de la cuenca están afectando a la calidad del recurso.
La producción de sedimentos es el resultado del proceso que empieza con el desprendimiento de las
partículas del suelo por las gotas de lluvia, para luego ser trasportados por el agua que luego escurre
para finalmente depositarlo en otro sitio, este proceso se conoce como “erosión hídrica”.
En Costa Rica, debido a su régimen pluvial y condiciones fisiográficas la principal causa de
degradación del suelo es la erosión hídrica. Por su función, tanto en la producción de alimentos
como en el ciclo del agua, el manejo del suelo es un campo que requiere gran atención (MAG
2008). Es por ello, la importancia en conocer no solo la magnitud, sino también, las tendencias que
se presentan ante diferentes escenarios de uso del suelo y de cambio en el clima futuro, incidiendo
en la toma de decisiones encaminada a un manejo y gestión integral de la cuenca hidrográfica.
La erosión hídrica en los suelos se ve incrementada por la limpieza de los restos vegetales de la
superficie del terreno (Bruijnzeel 1990). Esta característica es muy común en la agricultura
intensiva y de monocultivo. Es de esperar que este evento vaya a modificar el comportamiento
hidrológico (escorrentía superficial, infiltración, balance hídrico en general) en las zonas de cultivo
y en la calidad del agua, por la mayor concentración de sedimentos (Kiersch 2000).
La microcuenca del río Purires, por su cercanía a las ciudades de Cartago y San José posee
condiciones estratégicas, además de contar con suelos adecuados (ándicos principalmente), para el
desarrollo de actividades agrícolas intensivas, debido al mercado que representan estos centros
urbanos, siendo las mismas parte del Gran Área Metropolitana, principal núcleo urbano del país.
2
Según PROGAI (2007), los cultivos representan un 13.58 % del uso de la tierra en este territorio,
destacando las hortalizas como uno de los principales cultivos, sobre todo en la parte medía de la
microcuenca, bajo una modalidad de monocultivos y uso intensivo del suelo y agroquímicos.
También se indica que 62.8 % del territorio se dedica a pasto y 21.8% corresponde a bosques.
La Comisión para la Gestión Participativa de la Microcuenca del río Purires – COMPURIRES –
está conformado por personas tanto de organizaciones públicas, privadas y representantes de la
sociedad civil que, de manera voluntaria quieren contribuir en la gestión integrada de la misma,
para ello han venido generando información, como el documento de diagnóstico, con la
colaboración del Programa de Gestión Ambiental Integral – ProGAI – de la Universidad de Costa
Rica – UCR. En ese sentido se han venido fomentando trabajos de investigación de pre y posgrado
dirigidos a servir de insumos para la planificación de la gestión del microcuenca.
En este contexto, conocer como los usos del suelo en la microcuenca influyen en los componentes
del balance hídrico y en la producción de sedimentos y luego analizar las tendencias de la
producción de sedimentos ante diferentes escenarios de cambio en el clima futuro, permitirá tomar
las medidas precautorias en la gestión.
El presente trabajo de investigación se ha dividido en dos partes, una experimental y otra no
experimental; en la parte experimental se analizó el comportamiento hidrológico en tres usos de
suelo; en la parte no experimental se trabajó dos componentes, uno dedicado a la modelación de la
erosión hídrica ante diferentes escenarios de uso de la tierra y de cambio en el clima, el otro
componentes se dirigió a recoger la percepción de algunos grupos de interés, integrantes de la
Compurires, sobre la erosión y de los factores socioeconómicos que la afectan.
3
1. Objetivos del estudio
1.1 Objetivo general
Evaluar el comportamiento hidrológico en tres uso de suelos, modelar la erosión, y
determinar la percepción y los factores socioeconómicos del proceso erosivo con grupos de
interés en la microcuenca del río Purires
1.2 Objetivos específicos
Estimar el comportamiento de las principales variables hidrológicas en tres usos del suelo
Modelar escenarios de uso de la tierra y variabilidad climática para estimar la producción
de sedimentos a nivel de la microcuenca
Determinar la percepción con grupos de interés frente al proceso erosivo del suelo y sus
factores socioeconómicos en la microcuenca
2. Hipótesis y preguntas de investigación
Objetivo específico Hipótesis o pregunta
1. Estimar el comportamiento de las
principales variables hidrológicas
en tres usos del suelo
Hipótesis:
A mayor cobertura vegetal arbórea se presentará
una mayor infiltración y menor escorrentía
superficial
Pregunta
¿Cuál será el comportamiento de los componentes
del balance hídrico en los tres usos del suelo?
2. Modelar escenarios de cobertura de
uso y variabilidad climática para
estimar la producción de
sedimentos a nivel de la
microcuenca
Pregunta:
¿Cómo se comportará la erosión hídrica ante
diferentes escenarios de cobertura vegetal y
variabilidad climática?
3. Determinar la percepción por
grupos de interés frente al proceso
erosivo del suelo y sus factores
socioeconómicos
Preguntas:
¿Cuáles son los factores socioeconómicos que
prevalen en la zona de estudio que influyen en el
proceso erosivo?
¿Cuál es la apreciación de los integrantes de los
grupos de interés con respecto a la erosión hídrica?
4
3. Revisión de literatura
3.1 La erosión hídrica en Costa Rica
3.1.1 La erosión hídrica
La erosión es un proceso que, incluye el desprendimiento de las partículas del suelo por acción de la
lluvia, su transporte por el flujo de agua y su posterior almacenamiento, también llamado
sedimentación, esto último ocurre cuando hay pérdida de energía en el transporte (Cubero 1996).
Otros autores consideran a la erosión solo en dos fases, el desprendimiento y el transporte, tomando
al proceso de almacenamiento como una fase independiente (Urbano and Urbano 1997); (Porta,
López - Acevedo et al. 1999).
Si se considera a la erosión como un proceso de movimiento de partículas, es necesario considerar
las tres fases antes descrita, debido a que su relación es muy estrecha.
Desde un punto de vista geológico la erosión se define como “la serie de procesos que determinan
el desprendimiento de materiales de los suelos y macizos de rocas, por medio de los agentes
geológicos, climáticos o antrópicos” (Mora et al 2005). En este sentido se hace una diferencia entre
erosión natural y erosión acelerada; en el primero caso, la erosión natural es el proceso erosivo que
se ha venido dando a través de los periodos geológicos y que hace posible la formación de los valles
y los cauces de los ríos, pero todo esto con un balance entre desprendimiento y almacenamiento; en
tanto, la erosión acelerada es el resultado de la acción del hombre, en cuanto al sobre uso del suelo,
con la característica de que se pierde el balance entre desprendimiento y formación de suelo o
también conocido como depositación, (SEG 1998).
3.1.2 Factores erosivos
Urbano et al (1997), menciona que los factores que controlan la erosión son: la agresividad de los
agentes erosivos (erosividad), le erosionabilidad del suelo, la pendiente y la naturaleza de la
cobertura vegetal. A continuación se amplían cada uno de estos factores.
Erosividad
Para el caso de la erosión hídrica, el factor de erosividad es la lluvia, el impacto de la lluvia
está relacionado, en parte por el poder de desprendimiento que provocan las gotas al
golpear el suelo y, en parte, por la contribución de la lluvia a la escorrentía. Esta contribuye
particularmente a la erosión por flujo superficial y en surcos, fenómenos para los que la
intensidad de precipitación se considera, generalmente, la característica más importante.
5
Erosionabilidad del suelo
La erosionabilidad está relacionada con la resistencia del suelo a los procesos de
desprendimiento y transporte. Aunque la resistencia del suelo a la erosión depende, en
parte, de su posición topográfica, pendiente y grado de alteración, como por ejemplo
mediante el laboreo, las propiedades del suelo son los determinantes importantes. La
erosionabilidad varía con la textura del suelo, la estabilidad de los agregados, la resistencia
al esfuerzo cortante, la capacidad de infiltración y los contenidos minerales y orgánicos.
La pendiente
El aumento de la inclinación y la longitud de la pendiente dan como resultado un aumento
de la velocidad y volumen de la escorrentía.
Cobertura vegetal
La vegetación actúa como una capa protectora o amortiguadora entre la atmósfera y el
suelo. Los componentes aéreos, como hojas y tallos, absorben parte de la energía de las
gotas de lluvia y del agua en movimiento, de modo que su efecto es menor que si actuaran
directamente sobre el suelo, mientras que los componentes subterráneos, como los sistemas
radiculares, contribuyen a la resistencia mecánica del suelo.
3.1.3 Contexto socio-económico de la erosión
El problema de la erosión tradicionalmente solo se ha tratado desde el punto de vista físico, sin
embargo existen factores sociales y económicos que tiene tanta importancia de análisis como la
cuantificación de la tasa de erosión y la descripción del proceso; dentro de estos se debe mencionar:
la densidad de población, tamaño y distribución de las fincas, tenencia de la tierra, mercadeo,
aspectos culturales y conocimiento de la erosión y sus efectos por parte de los productores (Cubero
et al 1996).
3.1.4 La erosión hídrica en Costa Rica
En una publicación auspiciada por el Ministerio de Agricultura y Ganadería – MAG – de Costa
Rica (Bronzoni 1989) se indica que, en el país el 50% de las tierras se encuentran en pendientes
mayores a 30% y la erosión hídrica acelerada afecta a la mayoría de estas tierras. Así mismo de
acuerdo a estudios citados por esta misma publicación, con base a la clasificación de tierras por
capacidad de uso, un millón de hectáreas de tierras del país son de clase II y III y necesitan medidas
de manejo conservacionista para mantener altos niveles productivos.
6
En la publicación arriba indicada, también se menciona que, existe medio millón de hectáreas de
tierras de clase IV y un millón de hectáreas de tierras de clase VI aprovechables en forma rentable y
sostenida para producir, tanto cultivos anuales ocasionales o cultivos permanentes, siempre que se
apliquen medidas estrictas de control de erosión.
En 1989 se realizó un estudio de evaluación de la erosión hídrica, en la cual se menciona que de las
34 cuencas hidrográficas del país, cuatro presentan un alto grado de erosión, estas son: las cuencas
del Reventazón – Parismina, Grande de Tárcoles, Parrita y Barranca; estas cuencas concentran la
mayor cantidad de población tanto urbana como rural y donde predominan suelo fértiles por ser de
origen volcánico (Cubero et al 1996).
Se menciona que la erosión considerada como natural no debe pasar de una tonelada métrica por
hectárea (1 TM/ha), las consideraciones de baja a alta debe fluctuar entre 10 y 20 TM/ha, sin
embargo esto depende de los factores de formación del suelo (Núñez 2010).
3.2 Procesos hidrológicos en la cuenca hidrográfica
3.2.1 El ciclo hidrológico
Villón (2004), describe al ciclo hidrológico como el conjunto de cambios que experimenta el agua
en la naturaleza, tanto en su estado (sólido, líquido, gaseoso), como en su forma (agua superficial,
agua subterránea, etc.). Así mismo hace mención que, el ciclo hidrológico es completamente
irregular, y es precisamente contra estas irregularidades que lucha el ser humano. Una muestra de
ello son los periodos de satisfacción con los requerimientos del agua para las diferentes actividades,
otros periodos de sequías y otros de inundaciones.
El mismo autor menciona que, como todo ciclo, el hidrológico no tiene principio ni fin; su
descripción puede comenzar en cualquier punto. El agua que se encuentra sobre la superficie
terrestre, ríos, lagos y mares, se evapora bajo el efecto de la radiación solar y el viento. El vapor
resultante es transportado por las masas de aire en movimiento; en determinadas condiciones, el
vapor se condensa y forma las nubes que, a su vez, pueden ocasionar precipitaciones que caen a
tierra; durante su trayecto hacia la superficie de la tierra, el agua precipitada puede volver a
evaporarse, o ser interceptada por las plantas o las construcciones, luego fluye por la superficie
hasta las corrientes, o se infiltra. El agua interceptada y una parte de la infiltrada y de la que corre
por la superficie se evapora nuevamente. De la precipitación que llega a las corrientes, una parte se
infiltra y otra llega a los océanos y otras formas grandes de masa de agua como los lagos. El agua
7
que se infiltra satisface la humedad del suelo y abastece los depósitos subterráneos, de donde puede
fluir hacia las corrientes de los ríos, o bien descargar en los océanos; la que queda detenida en la
capa vegetal del suelo regresa a la atmósfera por transpiración (ver figura 1).
Figura 1. Ciclo hidrológico, representación cualitativa Fuente: Villón (2004)
3.2.2 Componentes del ciclo hidrológico
a) Precipitación
Desde el punto de vista hidrológico, la precipitación es la fuente primaria del agua de la superficie
terrestre; sus mediciones y análisis forman el punto de partida de los estudios concernientes al uso y
control del agua (Villón 2004).
No toda el agua precipitada llega a la superficie de forma directa, hay una parte de ella que es
interceptada en su trayecto; esta intercepción la realizan las plantas, por lo que se puede diferenciar
dos términos, la precipitación incidente y la precipitación neta (Tobón et al 2009).
La precipitación incidente es la cantidad total de lluvia que es medida por encima de la copa de los
árboles o en un terreno abierto adyacente al bosque (De Paula Lima 2008). Mientras que la
precipitación neta está compuesta por las gotas de agua que caen o drenan al suelo desde el follaje y
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las ramas o que se escurren a través de los troncos. La diferencia entre la precipitación neta con la
incidente es conocida como intercepción de la precipitación (Tobón et al 2009).
b) Evapotranspiración
Es el resultado del proceso en donde el agua cambia de estado líquido a gaseoso directamente
(evaporación) y a través de la actividad metabólica de las plantas y animales (transpiración). Esta
humedad es transferida de regreso a la atmósfera en forma de vapor. Es pues la suma de la
evaporación y de la transpiración y es mayor cuanto más densa sea la cobertura de vegetación por
unidad de área (Mora y Valverde 2005).
c) Infiltración y la percolación
La infiltración es el paso del agua a través de la superficie del suelo hacia el interior de la tierra;
mientras que la percolación es el movimiento del agua dentro del suelo, ambos fenómenos, están
íntimamente ligados puesto que, la primera no puede continuar sino cuando tiene lugar la segunda
(Chereque 1996).
d) Escurrimiento o escorrentía
El escurrimiento se define como el agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la
superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la
cuenca (Villón 2004)
De acuerdo a lo mencionado por Mora y Valverde (2005), se reconocen los siguientes tipos de
escorrentía:
Escorrentía directa. Generada cuando la lluvia cae directamente sobre los cursos de
agua. Representa un volumen muy por debajo en relación con el total de agua que fluye
por las corrientes (ríos), a menos que se presente en una cuenca cerrada (lagos, charcos,
zonas pantanosas)
Escorrentía superficial. Se produce el agua que se mueve sobre la superficie se encauza
en ríos y quebradas bajo la forma de un flujo laminar superficial o por medio de un flujo
de canal (concentrado)
Escorrentía hipodérmica o subsuperficial. Para el caso del agua que se infiltra
localmente y después de un pequeño desplazamiento, retorna a la superficie. El proceso
9
que alimenta la corriente subsuperficial es el interflujo y normalmente su velocidad es
baja.
e) Relación de la precipitación con el escurrimiento total
Villón (2004), menciona que, el agua de la precipitación cuando llega a la superficie, se comporta
de la siguiente manera:
1. Una parte de la precipitación se infiltra; parte de esta, satisface la humedad del suelo, de las
capas que se encuentran sobre el nivel freático del agua; una vez que estas capas se han
saturado, el agua subterránea es recargada, por la parte restante del agua que se infiltra
2. Otra parte de la precipitación tiende a escurrir sobre la superficie terrestre; a la precipitación
que ocasiona este escurrimiento, se llama altura de precipitación en exceso (hp)
3. Una pequeña proporción se pierde
Este compartimiento da origen a los diferentes tipos de escurrimiento, ya mencionados en el ítem
anterior. En la Figura 2 se muestra el comportamiento del agua de la precipitación que se ha
mencionado, los caminos que toma para obtener el escurrimiento total.
Figura 2. Relación entre la precipitación y el escurrimiento total Fuente: Villón (2004)
De acuerdo a lo anterior se puede mencionar que el agua del río, en general, puede así estar formada
de dos partes. Una parte de escorrentía (superficial y subsuperficial) que recibe el nombre de
10
escorrentía directa y otra parte de agua subterránea que recibe el nombre de flujo o escurrimiento
base, ver Figura 3, (Chereque 1996).
Figura 3. Comportamiento del agua de la precipitación en la superficie Fuente: (Chereque 1996)
f) Procesos de almacenamiento
Mora et al (2005), describen los diferentes procesos de acumulación del agua en los medios
hidrológicos típicos, como en los casos de la atmósfera, la cobertura vegetal, la superficie del suelo,
la zona radicular y los medios porosos y fisurales acuíferos del subsuelo. Estos se citan a
continuación:
Almacenamiento en la atmósfera. Bajo ciertas condiciones de humedad y presión
barométrica se forman nubes, en cuyo seno continúa el proceso de condensación. Al
adquirir suficiente peso y como producto de los cambios adiabáticos de presión y
temperatura las gotas de agua caen en forma de precipitación.
Almacenamiento de intercepción. El agua proveniente de la precipitación es interceptada
por el follaje de las plantas, edificios y otros objetos; esta puede evaporarse nuevamente
hacia la atmósfera o puede llegar a la tierra o de ahí, lentamente, puede llegar al suelo
(efecto esponja). Según las condiciones, en lluvias tipo promedio, la intercepción puede
alcanzar hasta el 25% del total de la precipitación. En Costa Rica, varía entre el 5 y el 10%.
11
Almacenamiento en las depresiones. El agua proveniente de las lluvias se deposita en
pequeñas depresiones, de las que se desplaza por evaporación, infiltración o escorrentía
lenta.
Almacenamiento por detención superficial. Recibe este nombre el agua proveniente de la
lluvia que, al acumularse en la superficie del suelo, la cubre en un instante dado como una
lámina y que luego genera escurrimiento según la pendiente del terreno. La escorrentía
superficial a su vez está sujeta a procesos de infiltración y evaporación. No obstante que en
la detención superficial y en los cauces el agua está en movimiento, se considera estos
estados como un almacenamiento durante un pequeño intervalo.
Almacenamiento en los cauces. La lámina que circula por la superficie puede escurrir
sobre un cauce, al igual que los flujos subsuperficial y de base, a partir del momento en que
se convierten en escorrentía. El almacenamiento en estas condiciones es temporalmente
muy corto y depende de las condiciones topográficas y de la forma y gradiente de los
cauces.
Almacenamiento en lagos y embalses. Los lagos y embalses constituyen almacenamiento
natural y artificial a los que llega el agua proveniente de la precipitación, los flujos
superficiales, subsuperficiales y subterráneos.
Humedad del suelo. La humedad propia del suelo es la parte del agua infiltrada que queda
en la zona radicular, en forma no saturada y sujeta a los procesos de evapotranspiración,
flujo superficial y percolación. Es retenida en los horizontes respectivos por los efectos
combinados de la capilaridad y de las fuerzas de tensión superficial, es decir, por la
interacción electroquímica entre las partículas entre las partículas del suelo y las moléculas
bipolares del agua. Actualmente se conoce como zona no saturada.
Depósitos de agua subterránea. Es el agua contenida dentro del horizonte de suelo
saturado, denominado acuífero. Están subyacidos por un estrato impermeable o
semipermeable y se alimentan de agua proveniente de la infiltración y percolación. Está
sujeta a las pérdidas por evapotranspiración en el caso de acuíferos libres, al igual por la
ascensión capilar y a las fugas por infiltración, si el sustrato es semipermeable (acuitardo).
Si el acuífero está limitado por capas impermeables arriba y abajo se le llama confinado y
en ocasiones puede tener alguna presión interna (artesiano) como es el caso del acuífero de
Angostura en Turrialba.
12
3.2.3 Balance hídrico
El balance hidrológico es la cuantificación de los componentes del ciclo hidrológico en las cuencas
hidrográficas o de cuerpos de agua subterráneas. Su propósito es determinar los principales flujos
hídricos en las cuencas (Jimenez 2011).
Díaz et al (2005), menciona que el balance hídrico es la aplicación del principio de la igualdad de
las masas con respecto al flujo de agua, en un sistema determinado, es decir, en un espacio
geográfico en el cual se examina el ciclo hidrológico, dado que el agua no puede ser creada ni
destruida en dicho espacio; este balance puede ser expresado en términos de:
Flujo de entrada – Flujo de Salida = Relación de cambio de agua almacenada
Lo anterior es un balance de volúmenes, pero como el agua es incomprensible, es también un
balance de masas. Así pues, para establecer un balance hídrico es imprescindible establecer las
condiciones de contorno (entradas y salidas mediante flujos superficiales o subterráneos), las
características del medio (almacenamiento y volumen) y el tiempo, este factor es de singular
importancia pues influye sobre la exactitud con que tienen que ser valorados los parámetros
anteriores.
El balance hídrico puede aplicarse a unidades muy diversas y de diferentes escalas (a un acuífero de
extensión variada, un embalse, un lago, etc.). También puede aplicarse a sistemas complejos que
incluyan varias de las unidades anteriores (Díaz et al 2005).
De Paula Lima (2008) hace mención que, el balance hídrico se puede hacer en varios niveles; a
nivel global, a nivel de los continentes y a nivel de las cuencas hidrográficas. En la Figura 4, se
presenta los procesos involucrados en el balance hídrico a nivel de la cuenca hidrográfica.
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Figura 4. Procesos involucrados en el balance hídrico a nivel de cuencas hidrográficas Fuente: (De Paula Lima 2008)
Dónde:
P: Precipitación total
T: Transpiración
Ic: Intercepción por la cobertura vegetal
Ip: Intercepción por la superficie
Eo: Evaporación del suelo y de las superficies líquidas
Et: Evapotranspiración (pérdida total por evaporación)
Q: Caudal de salida
ΔS: Variación de almacenamiento de agua en el suelo
L: Flujo freático
Pp: Percolación profunda (fuga por falla en la roca)
Rs: Escurrimiento superficial
Rss: Escurrimiento subsuperficial
Rb: Escurrimiento base (agua subterránea)
f: Infiltración
Pc: Precipitación directa sobre el cauce
U: Agua que fluye fuera del cauce
De forma simplificada, para un periodo de tiempo dado la ecuación del balance hídrico será:
P = (T + Ic + Ip + Eo) + Q + ΔS ± L + U
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Considerando una cuenca hidrográfica ideal, esto es, donde todos los flujos positivos y negativos
pueden estar bajo control experimental, donde las fugas no ocurren (L o U), ni pérdidas por
percolación profunda (Pp), para un periodo dado la ecuación completa puede ser simplificada de
acuerdo como con el siguiente modelo:
P – ET – Q ± ΔS = 0
Estas condiciones ideales son esenciales para que se pueda utilizar en una cuenca cualquiera como
área experimental para estudios de hidrología forestal.
El balance hídrico, aparte de tratar de cuantificar los recursos disponibles y los flujos de agua
puestos en juego en el ciclo hidrológico o en una fase del mismo, son útiles porque permiten
establecer relaciones entre las diferentes variables hidrológicas. La credibilidad y validez de los
resultados obtenidos en los balances hídricos es un tema controvertido, pero se ha mostrado como
una herramienta útil. No obstante, hay que tener en cuenta que se trata de acotaciones de un
fenómeno natural complejo y poco conocido en muchos aspectos (Díaz et al. 2005).
3.3 Medición de los parámetros hidrológicos
3.3.1 Medición de la precipitación
La precipitación se mide en términos de la altura de lámina de agua y se expresa comúnmente en
milímetros. Esta altura de lámina de agua indica la altura del agua que se acumularía en una
superficie horizontal, si la precipitación permaneciera donde cayó. Los aparatos de medición se
basan en la exposición a la intemperie de un recipiente cilíndrico abierto en su parte superior, en el
cual se recoge el agua producto de la lluvia u otro tipo de precipitación, y se registra la altura. Los
aparatos de medición se clasifican, de acuerdo con el registro de las precipitaciones, en
pluviómetros y pluviógrafos (Villón 2005).
3.3.2 Medición de la escorrentía
La medición de la escorrentía en una cuenca es menos compleja, pues no se presenta los problemas
de imprecisión e incertidumbre que se dan en la medición de otros elementos del ciclo hidrológico
(precipitación, evapotranspiración). Su medición se realiza en términos de caudal, es decir, de un
volumen dado de agua en un tiempo conocido. Las unidades usuales son pues: m3/día, litros/s, m
3/s,
Hm3/año, entre otros (Mora et al 2005).
15
Uno de los métodos para la medición de caudales (aforo), es el vertedero o vertedor (Figura 5), los
cuales son estructuras rígidas de sección rectangular o triangular, calibradas y que se colocan en el
cauce. Son de elevada precisión a condición de que el flujo sea laminar. Sirve como sección de
aforo permanente y de fácil medición. No debe presentar desbordes que superen la sección
transversal definida (Mora et al 2005).
3.3.3 Medición de la infiltración
Uno de los métodos para medir y cuantificar los procesos de infiltración, es el uso de infiltrómetros,
los cuales consisten en un par de anillos metálicos de diámetros grandes pero diferentes, que se
introducen concéntricamente dentro del suelo. Estos anillos son anegados de agua hasta una altura
prefijada que se mantiene durante la medición. El gasto en el tubo es el que se mide, el tubo exterior
sirve para eliminar el efecto sobre la precisión de la lectura de las infiltraciones provenientes del
borde del aparato (Mora et al 2005).
3.3.4 Medición de la evapotranspiración potencial
Villón (2005), menciona que el método para calcular la evapotranspiración potencial con relativa
confianza para Costa Rica, es el método de Thorthwainte, el cual fue desarrollado en los Estados
Unidos. Para su cálculo se requieren datos de temperaturas medias mensuales.
3.4 Medición de la erosión
Dentro de los métodos para evaluar la erosión tenemos: el método de clavos y rondanas, parcelas de
erosión, trampas de sedimentos y la entrevista con agricultores.
3.4.1 Parcelas de erosión
Las parcelas de erosión son espacios delimitados con la finalidad de medir la producción de
sedimentos generada por la escorrentía ocurrida dentro de ellas. En las parcelas se conoce sus
dimensiones, la pendiente, la longitud de la pendiente y tipo de suelo. El número de parcelas
depende del propósito del experimento, recomendándose como mínimo dos repeticiones. En la parte
inferior de las parcelas se coloca un colector que conduce la escorrentía y los sedimentos hacia un
envase colector donde se hace las mediciones, cuando los volúmenes de escorrentía son muy
grandes se coloca un tanque adicional como aliviadero, antes del tanque colector donde se realiza
las mediciones. Las parcelas pueden tener distintos grados de automatización (Urbano et al 1997).
16
3.4.2 Trampas de sedimentos
La cuantificación de pérdidas de suelo por erosión hídrica permite identificar de forma objetiva la
eficiencia de diferentes usos y manejos de suelos. El método de trampas de sedimentos es una
modificación de las parcelas de escorrentía que permite medir la erosión hídrica en un área
determinada bajo condiciones específicas (Rivas 2005).
3.4.3 Ecuación universal de la pérdida de suelo
Uno de los métodos usados en la estimación de la erosión es la ecuación universal de pérdida de
suelo – USLE, por sus siglas en inglés, el mismo que fue modificada por Wischmeier y Smith
(1978), el cual se conoce como la como la ecuación modificada MUSLE. La ecuación se presenta a
continuación.
Donde:
E: Pérdida media anual de suelo
R: Índice de erosividad pluvial
K: Factor de erosionabilidad del suelo
L: Factor de longitud de la pendiente
S: Factor de grado de pendiente
C: Factor de manejo de cultivo
P: Factor de prácticas de control de la erosión
3.4.4 Entrevistas con agricultores
La entrevista con agricultores sobre erosión no es un método de medición directa. Se trata de
obtener datos sobre la apreciación1 que el agricultor tiene respecto a la erosión. En este sentido es
un método complementario a los métodos de medición directa. Las entrevistas se pueden clasificar
según su carácter formal o informal, más útil es la clasificación según la temática que se quiere
indagar o según la fase en la cual se encuentra el trabajo de medición de erosión (Maitre 2005).
1 Apreciación. Acto y efecto de apreciar (Percibir debidamente la magnitud, intensidad o grado de las
cosas y sus cualidades) RAE 2011.
17
Asimismo las entrevista pueden servir para conocer, además del grado de conocimiento de la
erosión por parte de los productores, los factores socio – económicos de la erosión en la zona, es
decir, conocer; el tamaño y distribución de las fincas, la tenencia de la tierra, el mercadeo y aspectos
culturales relacionados, como menciona Cubero et al (1996).
3.4.5 Talleres participativos
Los talleres participativos implican la participación de un número de personas con el fin de
desarrollar unas preguntas y respuestas entre los facilitadores y los participantes. El facilitador
dirige las acciones, pero al mismo tiempo se alimenta de las realidades concretas del o los temas del
taller, para ello no solo se debe compartir conocimientos, sino que, el facilitador debe prestar su
aporte profesional en el logro de los objetivos del tema del taller y de la metodología del taller como
tal, que es la de armar conocimiento y la reflexión sobre la misma (CEO, 2012).
3.5 Los usos de la tierra y su efecto sobre los recursos hídricos
De acuerdo al documento titulado “impactos del uso de la tierra sobre los recursos hídricos: revisión
bibliográfica” elaborada por Kiersch (2000) de la Dirección de fomento de tierras y agua de la
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO), afirma que, es
difícil formular declaraciones universales con validez sobre los impactos del uso de la tierra sobre
los recursos hídricos, debido a que los mismos dependen de un conjunto de factores naturales y
socioeconómicos. Los factores naturales incluyen el clima, la topografía y la estructura del suelo.
Los factores socioeconómicos incluyen la capacidad económica y la sensibilización de los
agricultores, las prácticas de manejo y el desarrollo de infraestructura.
3.5.1 Impactos del uso de la tierra sobre el régimen hidrológico
Al respecto se puede distinguir entre los impactos sobre las aguas superficiales y las subterráneas.
Los impactos de las prácticas del uso de la tierra sobre las aguas superficiales en: i) impactos sobre
la disponibilidad de agua en general, o sobre la escorrentía media anual, e ii) impactos sobre la
distribución estacional del agua. Con respecto a esta última, son de importancia los impactos de los
caudales punta y de los caudales de la estación seca; en cuanto a las aguas subterráneas, se debe
examinar el efecto del uso de la tierra en la recarga de acuíferos.
El impacto del uso de la tierra sobre la escorrentía superficial media es una función que depende de
numerosas variables, siendo las más importantes el régimen hídrico de la cubierta vegetal en lo
referente a la evapotranspiración (ET), la capacidad de infiltración, la capacidad del suelo para
18
retener agua y la capacidad de la cubierta vegetal para captar humedad. Un cambio en la cubierta
del suelo de especies de menor a mayor ET conducirá a un descenso en el caudal anual.
Contrariamente, un cambio de una cubierta vegetal de mayor a menor ET incrementará la
escorrentía superficial media: una reducción de la cubierta forestal incrementa el aporte de agua. El
impacto, sin embargo, depende mucho de las prácticas de manejo y de los usos de la tierra
alternativos. El caudal después del desarrollo de la nueva cubierta vegetal podría ser más alto, el
mismo o inferior al caudal original, dependiendo del tipo de vegetación. Una excepción a esta regla
son los bosques de “niebla”, que pueden interceptar más humedad de la que consumen por la ET, y
los bosques muy maduros, que dependiendo de las especies podrían consumir menos agua que la
vegetación que se establece en ellos mismos después de la tala (Kiersch 2000).
3.5.2 Impactos del uso de la tierra sobre la calidad del agua
Uno de los impactos más importantes del uso de la tierra sobre la calidad del agua es el cambio en
la carga de sedimentos. El cambio de la cubierta vegetal tiene una relación directa con la erosión de
los suelos, esto se debe principalmente en el efecto estabilizador de la red de raíces. En fuertes
pendientes el efecto estabilizador neto de los árboles es generalmente positivo. La erosión por el
impacto de la gota de lluvia se podría incrementar notablemente cuando se realiza la limpieza de los
restos vegetales de la superficie del terreno. La pérdida real del suelo, sin embargo, depende en
buena medida del uso que se le da a la tierra después que los árboles han sido talados. La erosión
superficial en praderas bien conservadas, en bosques sin una carga excesiva y en zonas con
agricultura de conservación es de baja a moderada (Kiersch 2000).
Los efectos de las medidas de control de la erosión sobre la carga de sedimentos serán percibidas
más fácilmente allí donde se aplican. Existe una relación inversa entre el tamaño de la cuenca y la
tasa de sedimentación. En cuencas de varios cientos de kilómetros cuadrados, las mejoras solo se
podrían apreciar después de un periodo considerable (décadas), debido a los efectos de almacenaje
(Kiersch 2000).
Los sedimentos pueden representar una sustancia contaminante tanto desde el punto de vista físico
como químico. La contaminación física lo representa la turbidez y la sedimentación, mientras que la
contaminación química incluye la adsorción de metales y el fósforo, así como las sustancias
químicas orgánicas hidrofóbicas (Kiersch 2000).
19
3.6 La microcuenca del río Purires
3.6.1 Morfometría
De acuerdo a la delimitación realizada con el programa Soil and Water Assesment Tool – SWAT, la
microcuenca del río Purires posee un área de 75.17 km2 y un perímetro de 52.8 km. Solis et al
(1993) menciona que la microcuenca posee un índice de forma (F) igual a 0.73 y un índice de
compacidad (K) igual a 1.13 esto implica que la microcuenca es ligeramente alargada, lo que
aunado al índice de forma existe la posibilidad de tener una tormenta intensa simultánea sobre toda
la extensión de la microcuenca.
Así mismo con la ayuda del programa SWAT, se determinó que la elevación máxima en la
microcuenca es de 2100 msnm y la mínima es de 1370 msnm con una media de 1594.21m; estos
datos fueron calculados por el programa a partir de un modelo de elevación digital que fue obtenido
a partir de curvas de nivel cada 10 metros obtenido del PRUGAM (2010).
La parte alta de la microcuenca se caracteriza por ser origen volcánico, con fuerte pendientes. En la
parte baja se encuentra el valle de El Guarco rodeado por las montañas, presentando muy bajas
pendientes (Solís, Oreamuno et al. 1993).
En la fig. 5, se muestra una imagen en tres dimensiones en la cual se aprecia la variación en el
relieve.
Figura 5. Vista en tercera dimensión de la microcuenca del rio Purires Fuente: PROGAI 2007
20
3.6.2 Hidrología
La microcuenca del río Purires pertenece a la cuenca del río Reventazón, con un orden de cuenca de
4, una densidad de drenaje de 0.87 y un alejamiento medio de 1.64. Asimismo el río Purires tiene
una longitud de 14.4 km y una pendiente media de 0.050. En la Fig. 6, se aprecia la red hídrica de la
microcuenca y las principales poblaciones que se encuentran dentro de ella y con las que se
relaciona.
Figura 6. Red hídrica de la microcuenca del rio Purires y principales núcleos poblacionales Fuente: Jean Beatiste, Com-Purires 2012
En la Fig. 7, se aprecia la red de drenaje de la microcuenca del río Purires.
Figura 7. Red hídrica de la microcuenca del rio Purires Fuente. Solís et al 1991.
21
El río Purires nace en los cerros de patio de agua, cerca de la ciudad de El Tejar del Guarco
confluye con el río Reventado y da origen al río Aguacaliente, que a su vez desemboca en el
Reventazón. Los principales afluentes del Purires son el río Coris, y las quebradas Barahona, Lajas,
Víbora, Cucaracha, Molejones y Cascajal (Arce, Birkel et al. 2006).
El principal afluente del río Purires, es el río Coris, el cual tiene problemas de drenaje cuando el río
Purires sube de nivel (PROGAI 2007).
La calidad del agua de la microcuenca en su parte alta, va entre buena a regular. El principal aporte
de contaminantes son los sedimentos, provenientes del efecto del proceso de erosión hídrica sobre
los suelos (PROGAI 2007).
3.6.3 Clima
En la microcuenca del río Purires la temperatura mínima oscila entre 12.9 °C (febrero) y 14.45 °C
(junio) y la máxima fluctúa de 22.73°C (enero) y 25.67 °C (mayo); la temperatura promedio anual
es de 18.2 °C. La precipitación anual promedio es de 1452.07 mm. Estos datos fueron obtenidos a
través del procesamiento de datos de la estación meteorológica Linda Vista del Instituto
Meteorológico Nacional de Costa Rica; estación ubicada en el valle de El Guarco, dentro de la
microcuenca, para un periodo de 58 años (1952 – 2009). En las figura 8 y 9, se muestra el
comportamiento de la temperatura y la precipitación respectivamente, a lo largo del año en la
microcuenca del río Purires.
Figura 8. Temperaturas promedios máxima y mínima mensual en la microcuenca del rio Purires Fuente: Elaboración propia con datos del periodo 1952 – 2009 de la estación meteorológica Linda Vista
12
14
16
18
20
22
24
26
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Tem
pe
ratu
ra °
C
Meses
Tem Max Tem Min Tem prom
22
Figura 9. Precipitación mensual en la microcuenca del río Purires Fuente: Elaboración propia con datos del periodo 1952 – 2009 de la estación meteorológica Linda Vista
Como se aprecia en la Figura 9 y afirmada por el IMN (2012), existe un periodo seco que va entre
enero a marzo, siendo marzo el mes más seco. Abril es un mes en transición. Entre mayo y junio se
presenta el primer máximo de lluvia, para luego ir descendiendo desde julio hasta agosto en un
periodo de disminución de la precipitación conocido como veranillo. Setiembre y octubre son los
meses más lluviosos. En noviembre pueden presentarse lluvias importantes y diciembre es un mes
de transición.
La humedad relativa oscila entre 83% en agosto y 93% en noviembre y diciembre. La radiación
global presenta valores entre los 491004 W/m2 (octubre) y los 647990 W/m
2 (abril) (PROGAI
2007). En la figura 10, se muestra el comportamiento de la humedad relativa y la radiación global a
lo largo del año en la microcuenca del río Purires.
0
50
100
150
200
250
300
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Pre
cip
itac
ión
mm
Meses
23
Figura 10. Humedad relativa y radiación global promedio mensual a los largo del año en la microcuenca del río
Purires Fuente: PROGAI 2007
3.6.4 El fenómeno de El Niño y su efecto sobre el clima en la microcuenca del río Purires y el
valle del Guarco en general
Figura 11. Anomalía (mm) de la precipitación anual de Linda Vista, El Guarco. Fuente: Retana et al 2012
24
En la Figura 11. Se presenta las anomalías de precipitación para el periodo 1952 al 2000,
observándose que en los años sesenta predominan anomalías positivas (más lluvia), en los setentas,
ochentas y principios de los noventas, es dominada por las anomalías negativas (menos lluvia), a
partir de 1995 se vuelven a presentar las anomalías positivas con mayor intensidad (Retana et al
2012)
Figura 12. Línea de tiempo de eventos de presencia del fenómeno de El Niño para Costa Rica para el periodo 1950 – 2010 Fuente: Elaboración propia con datos del IMN
La figura 12, nos muestra los años en las que se ha presentado el fenómeno del Niño para Costa
Rica en el periodo comprendido entre los años 1950 al 2010.
En el periodo comprendido entre el 1952 al 2000, en el valle del Guarco se han presentado 16 años
secos, de estos, 10 han coincidido con el fenómeno del Niño, desprendiéndose que un fenómeno de
El Niño tiene una alta probabilidad de producir un año seco (48%) (Retana et al 2012)
Figura 13. Evolución del Índice Multivariado del ENOS periodo 2011 – 2012 (agosto), de forma bimensual Fuente IMN 2012
1951
1953
1957 1963
1965
1968
1969
1972 1976
1977 1982 1986
1991
1994
1997 2002
2004
2006
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Eventos de El Niño para Costa Rica
25
La figura 13, muestra un fenómeno del niño moderado de abril a mayo del presente año, además se
aprecia que gran parte del año 2011 se ha visto envuelto dentro del fenómeno de La Niña.
3.6.4 Geología
Según el documento de diagnóstico de la microcuenca del río Purires elaborado por la PROGAI de
la Universidad de Costa Rica (2007), afloran las siguientes formaciones hidrogeológicas (en orden
cronológico):
Formación Coris: está constituida por ortocuarcitas o areniscas cuarzosas que afloran en
bancos masivos de varios metros de espesor, siendo esta la litología más típica. Con mayor
distribución y abundancia se encuentran intercalaciones de vulcaneritas, conglomerados, tobas,
lutitas carbonosas y lignino. En términos generales, se extiende irregularmente sobre un área de
30 km2; se considera que alcanza un espesor cercano a los 500m. el contacto superior es con la
Formación Cruz. Los contactos superior e inferior con la formación San Miguel son
transicionales, con un espesor de transmisión no mayor a 15m. se considera que el contacto con
la formación Peña Negra es transicional.
Intrusivos y Cornubianitas de Escazú: corresponden con monzonitas, granodioritas,
manzograbos, monzodioritas, grabos y sienitas. Las corneanas son metamorfosis de la
Formación Peña Negra y de la Formación Coris, pudiéndose determinar generalmente la roca
original. Su color varía de negro a gris claro, a menudo con bandeamiento centrimétrico
irregular. Se encuentran los siguientes minerales de alteración: cuarzo, epidota, carbonatos,
clorita, hematina, moscovita, biotita, serecita, pirita. Estas rocas incluyen generalmente a las
formaciones Peña Negra y Coris y levemente a la formación La Cruz. Las cornubianitas se
encuentran en posición lateral como superior.
Formación La Cruz: está constituida principalmente por coladas de basalto y leucobasalto,
con espesores promedio entre 20 y 30m. es frecuente encontrar amígdalas de ceolita y menos
frecuente de calcitas. Tiene forma bastante tabular, a veces algo acuñada, con espesores que
alcanzan hasta 1500 m. Sobreyace en concordancia angular a las formaciones Peña Negra,
Coris y Turrúcares. Está sobreyacida con discordancia angular por la Formación Grifo Alto,
Depósitos lacustres, las Tobitas Ococa, la Formación Depósitos de Avalancha Ardiente y
Aluviones.
Formación Grifo Alto: se designa con este nombre a una serie de rocas volcánicas
anderesíticas y piroclásticas que cubrieron las secuencias sedimentarias y volcánicas post-
vasculamiento. Las lavas son de composición andesítica y de color gris, aunque también se
encuentran colores rojizos. Los flujos piroclásticos a veces son gruesos, conteniendo bloques
26
lávicos y escoriáceos decimétricos, normalmente angulares y raras veces redondeados; su
matriz es lodosa y se encuentra “cocinada”, dando evidencia de una deposicitación en caliente.
Las rocas de esta formación tienen una edad no superior a los 4 millones de años,
correspondiendo con el Piloceno – Pleistoceno. Sobreyace discordantemente a las formaciones
La Cruz y Coris. Es sobreyacida por las lavas Intracañón y los Depósitos de Avalancha
Ardiente.
Unidad Lahares y Cenizas: corresponden con depósitos de avalanchas de lodo, los cuales se
intercalan con cenizas que cayeron por las erupciones violentas de los volcanes. Los lahares
tienen un espesor de 60 m, son muy heterogéneos con fragmentos volcánicos subangulares de
más de 1 m de diámetro. Estos depósitos rellenaron las depresiones que quedaron entre los
cerros ubicados al Sur.
Depósitos aluviales recientes: corresponden con depósitos de abanico coluvio – aluviales en la
base de los sectores montañosos que bordean las zonas de baja pendiente en las que se ubican
las localidades de Tobosi, Tejar, Taras y el centro de la ciudad de Cartago.
La distribución espacial de estas unidades geológicas se muestra en la figura 14.
Figura 14. Unidades geológicas en la microcuenca del río Purires Fuente: PROGAI 2007
27
3.6.5 Suelos
En la parte alta de la microcuenca los suelos predominantes son de tipo Dystrandept y Humytropet
de la fase fuertemente ondulada con bajo índice de infiltración, alto riesgo de erosión, textura franca
y baja capacidad de intercambio catiónico (PROGAI 2007)
De acuerdo al mapa de uso potencial del Ministerio de Agricultura y Ganadería – MAG (1970)
citado por la PROGAI (2007), esta región está clasificada como tipo III – D. Estas áreas, por su
topografía y suelos, no tienen capacidad para ser dedicadas a una actividad agropecuaria de mayor
productividad, son aptas para conservar el bosque natural, con una explotación y manejo
controlados que incluyan prácticas de conservación y protección.
Aunado a ello, el sistema de clasificación de la capacidad de uso de la tierra del Servicio de
Conservación de Suelos, los mapas del MAG citado por la PROGAI (2007), en escala 1: 200 000
del año 1990, indican que la cuenca alta del río Purires, corresponde a la clase VIe.
La clase VI incluye terrenos con severas limitaciones para cultivos agronómicos, pero que son
posibles de aprovechar en pastos y bosques. En esta clase se incluyen algunos suelos que pueden ser
usados para ciertos cultivos (café, frutales), siempre y cuando se apliquen prácticas de manejo poco
comunes, o para cultivos que se adaptan o demandan condiciones diferentes a los cultivos comunes.
Las limitaciones más usuales de esta clase son: pendientes muy fuertes, alta susceptibilidad a la
erosión o ya muy erosionados, alta pedregosidad, suelos superficiales, excesiva humedad, factores
climáticos adversos, etc. Se considera que en los terrenos de esta clase se practica su mejoramiento
para su uso en pastos o bosques, a través de la introducción de pastos mejorados, fertilizantes,
control de agua, etc.
La subclase comprende todas aquellas tierras con diferente grado de erosión ocasionados tanto por
el mal manejo (erosión actual) o riesgo de erosión ocasionados por limitaciones topográficas.
La parte baja de la microcuenca, según el mapa de uso potencial mencionado anteriormente, se
clasifica como I-A, caracterizada como zona de uso intensivo, teniendo más del 75% de su
superficie, recursos físicos con capacidad para dar altos rendimientos por hectárea. Son áreas muy
planas, de origen aluvial, con suelos livianos de textura franca a franco arenosa que responden bien
a la aplicación de fertilizantes; aptos tanto para cultivos anuales, como flores y follajes, como para
cultivos permanentes y ganadería extensiva; requieren el empleo de métodos sencillos de
conservación.
28
3.6.6 Usos de la tierra
En la parte alta de la cuenca la ganadería extensiva es el uso dominante de la tierra. El proceso de
deforestación fue muy extenso en el pasado, lo que provocó cambios inadecuados en el uso de la
tierra (Solís et al 1993)
En la parte baja de la microcuenca encontramos al valle de El Guarco, con poca pendiente y
explotación agrícola. Se caracteriza como zona de uso intensivo, teniendo más del 75% de su
superficie en uso, recursos físicos con capacidad para dar altos rendimientos por hectárea. Además,
esta parte de la microcuenca, ha sido invadida por la expansión urbana, una zona franca industrial y
la ubicación de viveros de flores y follaje (Solís et al 1993)
En el cuadro 1, se muestra el área de los usos de la tierra y en la Figura 15 se presenta de manera
gráfica.
Cuadro 1. Distribución del uso del suelo en la microcuenca del río Purires – Año 2011
Categoría Área (has) %
Pastizales 2,683.25 35.18
Bosque secundario 2,202.34 28.88
Cultivos perennes 584.76 7.67
Zona urbanizadas 535.31 7.02
Cultivos anuales 510.26 6.69
Charral y tacotales 435.78 5.71
Plantaciones forestales 294.79 3.87
Invernaderos 175.21 2.30
Suelo desnudo 113.75 1.49
Unidades agrícolas heterogéneas 77.80 1.02
Cuerpo de agua 13.54 0.18
Fuente: Samaniego 2012
29
Figura 15. Representación del uso del suelo en la microcuenca del río Purires Fuente: Elaboración propia
3.5 Modelación
3.7.1 Modelo
Se define como un sistema matemático o físico que obedece a ciertas condiciones específicas y
cuyo comportamiento es utilizado para entender un sistema físico, biológico o social al que es
análogo en cierto sentido (Arguello 1992)
3.7.2 Modelación en hidrología
En hidrología el modelamiento permite encontrar la descripción matemática como respuesta de una
cuenca ante la ocurrencia de diferentes eventos de precipitación, así como analizar la conducta
hidráulica de un río, en condiciones de funcionamiento normal y extremo (Solis et al 1995)
30
3.7.3 Soil and Water Assessment Tool – SWAT
SWAT es la herramienta de evaluación de suelo y agua (por sus siglas en inglés) para cuencas
hidrográficas. Fue desarrollado para predecir el impacto de las prácticas de manejo del suelo sobre
el agua, sedimentos y compuestos químicos agrícolas en grandes y complejas cuencas hidrográficas,
con variabilidad de suelos, usos de la tierra y condiciones de manejo durante largos periodos de
tiempo (Nietsch et al 2009)
Para el proceso de simulación hidrológica, SWAT divide la cuenca en subcuencas y estos en
Unidades de Respuesta Hidrológica – HRU, por sus siglas en inglés, estas HRU son combinaciones
únicas de tipo de suelo, uso de suelos y pendiente. Para el cálculo del balance hídrico el programa
utiliza la siguiente ecuación:
SWt = SWo + ∑(Rday – Qsurf – Ea – Wseeo – Qgw)
Donde:
SWt : Contenido final de agua en el suelo (mm H2O)
SWo: Contenido inicial de agua del suelo en un día i (mm H2O)
t : es el tiempo (días)
Rday: Cantidad de precipitación en un día i (mm H2O)
Qsurf: Cantidad de escorrentía de la superficie en un día i (mm H2O)
Ea: Cantidad de evapotranspiración en día i (Mm H2O)
Wseep: Cantidad de agua que entra a la zona de vadosa del perfil del suelo en un día i (mm H2O)
Qgw: Cantidad de flujo de retorno en un día i (mm H2O)
Para el caso de la estimación de producción de sedimentos SWAT utiliza la ecuación modificada de
pérdida universal de suelo – MUSLE (Willian 1975, citado por Nietsch et al 2009), para ello hace
uso de los cálculos del volumen de escorrentía y una tasa máxima de escorrentía a nivel de
subcuenca para calcular la energía variable erosiva de escorrentía, el factor de manejo de cosecha se
calcula por cada día de escorrentía que ocurre. La función de biomasa en la superficie, del residuo
del suelo en la superficie, y el factor C mínimo para las plantas. Otros factores de la ecuación son
evaluados de acuerdo a lo propuesto por Wischmeier y Smith (1978). La ecuación de MUSLE
utilizada por SWAT se presenta a continuación:
31
Sed = 11.8 * (Qsuf * qpeak* areahru) 0.56 * Kusle * Cusle * Pusle * CFRG
Donde:
Sed: Producción de sedimento en un día dado (toneladas métricas)
Qsuf: Volumen de superficie de escorrentías (mm H2O/ha)
qpeak: Escorrentía máxima (m3/s)
areahru: Área del HRU (ha)
Kusle: Factor de erosibilidad del suelo (0.013 tonelada métrica m2 hr/(m3-ton métrica cm)
Cusle: Factor de cobertura y gestión de USLE
Pusle: Factor de la práctica de apoyo de USLE
LSusle: es el USLE factor topográfico
CPFRG: Factor fragmento macro
3.7.4 Modelación de cambio de uso de la tierra
La modelación del cambio de uso de la tierra consiste en predecir cómo se comportará la dinámica
de los diferentes usos o aptitudes de un determinado territorio en un futuro cercano, teniendo como
base los cambios de uso entre dos años representativos (Camacho et al 2010).
Una de las herramientas utilizadas para la modelación del cambio de uso de la tierra es el módulo
“Land Change Modeler” (LCM), el cual integra el análisis de los datos, especialmente la noción de
cambios de ocupación / usos de la tierra, la modelización propiamente dicha y las aplicaciones
anexas en materia de ecología del paisaje y biodiversidad, así como implicaciones de la ordenación
y gestión territorial. La modelización espacio-temporal prospectiva está dividida en dos fases: la de
la elaboración de los modelos de potencial de transición y la de la puesta en práctica de la
predicción y/o obtención de escenarios. El modelo se basa en el conocimiento del comportamiento
pasado de las variables en estudio, usos de la tierra, para ello se incorpora al procedimiento
información del uso de la tierra reciente o representativa del área en estudio. El cálculo de
transiciones temporales se basa en las cadenas de Markov. LCM describe, caracteriza y modeliza
las transiciones entre las categorías. Para ello, establece relaciones entre variables explicativas de
32
distinta naturaleza (drivers) y las categorías de uso de la tierra o las transiciones utilizando redes
neuronales. El modelo aborda la simulación prospectiva teniendo en cuenta, no las categorías sino
el potencial de transición entre ellas. Se selecciona primero las transiciones a incluir en la
modelización a partir de todas las transiciones reales. Esta probabilidad puede adquirir diversos
significados: hipótesis de la continuidad de probabilidades observadas en el pasado, aceleración de
cambios, cambio de hipótesis de partida para calcular diversos escenarios, etc. La hipótesis de
partida es que, aquellas áreas que han cambiado presentan un mayor potencial de cambio en el
futuro (Camacho et al 2010).
Asimismo Camacho et al (2010), también manifiesta que, la cantidad de cambio estimado es
obtenida a partir de una matriz markoviana, que calcula las áreas (número de pixeles) y las
probabilidades de transición entre dos mapas de ocupación / usos del suelo. Estos mapas (t0 y t1),
son el punto de partida para proyectar los cambios estimados en una fecha posterior (T). Una vez
modelizado el potencial de transición, la predicción se basa, por defecto, en la matriz markoviana
antes mencionada. El modelo permite, además, la conversión de la simulación en un proceso
dinámico, al recalcular en cada paso temporal (simulación discreta) ciertas condiciones como la
modificación de la red viaria, las distancias de unas categorías respecto a otras, o incluso la
inserción en la simulación de eventos futuros planificados o previstos (zonas de protección, figuras
de planeamiento). En consecuencia el modelo, no sólo incluye variables dinámicas sino que,
además, permite explicitar los cambios que van a producirse en ciertas variables.
33
4 Materiales y métodos
4.1 Localización del estudio
El presente estudio se realizó en el ámbito de la microcuenca del río Purires, la misma que se
localiza en la parte alta de la cuenca del río Reventazón, en su extremo oeste. Desde el punto de
vista político – administrativo, la microcuenca del río Purires corresponde al cantón de El Guarco
(distritos de El Tejar, San Isidro, Tobosi, Patio de Agua y Agua Caliente) y los distritos de
Quebradilla, Guadalupe y San Nicolás del Cantón Central en la provincia de Cartago, Costa Rica
(ver figura 16).
Figura 16. Distribución política administrativa por distritos de la cuenca del río Purires Fuente: PROGAI 2007
Geográficamente la microcuenca del río Purires se sitúa entre los 83°55´ a 84°02´ de longitud oeste
y de 9°48´a 9°54´de latitud norte (PROGAI 2007).
4.2 Coordinación previa a la ejecución del trabajo de campo del estudio
El presente trabajo de investigación requirió en primer lugar, la selección de los lugares en los
cuales se planeaba instalar la parte experimental del estudio, es decir, las parcelas de evaluación
hidrológica y de erosión. Para ello se tuvo la facilitación en primera instancia de los miembros de la
COMPURIRES, en especial de los representantes de las ASADA (Asociaciones de Acueductos
Rurales), el PROGAI y el representante del MAG; por intermedio de ellos se pudo identificar los
34
sitios potenciales (criterios: tipo y uso de suelo y pendiente), para luego hacer la selección final, de
acuerdo a criterios de accesibilidad y disposición de colaboración por parte de los finqueros.
Un aspecto fundamental para llevar adelante la instalación de las unidades experimentales fue la
interacción estrecha con los propietarios de las fincas seleccionados, logrado gracias al periodo de
permanencia que se tuvo en la microcuenca, lugar donde se vivió por todo el espacio de tiempo que
llevó la fase experimental del estudio.
4.3 Desarrollo del trabajo de investigación
El estudio se divide en dos partes, una parte experimental y otra no experimental. La fase
experimental se realizó desde el mes de marzo a agosto del presente año. La parte no experimental
lo constituyen dos componentes; la modelación de la producción de sedimentos, y la determinación
de la percepción y los factores socioeconómicos involucrados en el proceso erosivo de grupos de
interés. La modelación se realizó en gabinete por espacio de cinco semanas entre los meses de
octubre y noviembre; mientras que, la determinación de la percepción y los factores
socioeconómicos se realizó en dos talleres en el mes de agosto.
4.3.1 Parte experimental
Esta parte del estudio fue diseñado con la finalidad de dar respuesta a las preguntas e hipótesis
planteadas en los objetivos específicos 1 y 2 destinados a evaluar el comportamiento hidrológico y
erosivo en tres usos de suelo. La evaluación fue de 110 días teniendo 36 días con lluvia, cada día de
lluvia se ha considerado como un evento de precipitación.
a. Medición de la escorrentía, precipitación y producción de sedimentos
Para la medición de estas variables se procedió a lo recomendado por Ríos (2006),
instalando parcelas de evaluación de escorrentía a los cuales se les incluyo pluviómetros. Se
instalaron 9 parcelas de precipitación, tres por cada uso de suelo en evaluación. Las
parcelas se instalaron en un rango de 75 – 100%.
Las parcelas tuvieron 5 m de ancho y 10 m de largo, para la instalación se usó láminas de
aluminio galvanizadas N° 24, de 15 cm de alto, se hizo un doblez de un cm en la parte
superior de la lámina para no ocasionar lesiones tanto en la manipulación como al ganado;
5 cm de altura de las láminas fueron introducidas en el suelo, teniendo que hacer algunos
parches, incrementando láminas adicionales de acuerdo al relieve del suelo. Para la
35
recolección del agua de escorrentía se habilitó un drenaje de 5.08 cm (2 pulgadas) en la
parte inferior de la parcela, este drenaje condujo el agua de escorrentía a dos envases de
recolección, de forma intercalada, uno después de otro, con capacidades de recolección de
18 y 200 litros respectivamente. El primero se utilizó como aliviadero, al que se le adicionó
cinco salidas de agua, pero solo una dirigida al segundo envase (cilindro). Esta instalación
se hizo debido a las altas precipitaciones que se presentaron en los últimos años en la zona
de estudio, sin embargo en el presente estudio, ello no ocurrió.
La escorrentía se midió en litros en el envase de recolección final. La precipitación se midió
haciendo las lecturas diarias en los pluviómetros. En el caso de la producción de sedimentos
se tomó una muestra de 200 ml luego de la medición de la escorrentía. Esta muestra fue
enviada al laboratorio para la evaluación de los sólidos totales disueltos (STD. En la figura
17 y las fotos 1, 2 y 3 se ilustran lo concerniente a las parcelas de evaluación que se hacen
mención en el presente estudio.
Figura 17. Esquema de una parcela de escorrentía
Foto 1 Parcela de escorrentía en pastura
36
Foto 2. Sistema de drenaje y recolección en las parcelas de escorrentía
Foto 3. Pluviómetro utilizado en la medición de la precipitación diaria, instalado en cada parcela
b. Medición de la infiltración
De acuerdo al método propuesto por Schokistky (2006), la estimación de esta variable tiene
tres componentes, la infiltración por textura, por pendiente y por cobertura, la parte de
campo de este método corresponde a la infiltración por textura o también conocida como
“infiltración básica”. El instrumento utilizado para hacer las estimaciones fue el
infiltrómetro marca Turf Tec (Foto 4), es un instrumento se basa en el sistema de anillos
concéntricos, 6.03 cm de diámetro el anillo interior y 10.79 cm el exterior, además
incorpora un sistema de medición en milímetros y pulgadas. En cada una de las parcelas se
hicieron tres mediciones, todas ellas realizadas en el mes de agosto, teniendo en
consideración condiciones climáticas similares en cada una de las mediciones.
Foto 4. Infiltrómetro Turf Tec utilizado para la medición de infiltración por textura
37
El cálculo de la infiltración mensual se obtuvo siguiendo el procedimiento propuesto por
Schokistky (2006) el mismo que se detalla en el anexo 1.
c. Tratamientos evaluados
Los tratamientos evaluados o variables de clasificación o independientes fueron los usos de suelo;
en un número de tres: Uso agrícola, Pasturas y Bosques secundarios. Las características de los
mismos de detallan en el cuadro 2.
Cuadro 2. Características de los uso de suelo evaluados
Uso de suelo Características
Bosque
Secundario
(BS)
Áreas con masa boscosa relictas, es
decir, dejadas en pie, para abastecer de
leña o no tener características
deseables para la producción
agropecuarias, o para proteger
manantiales. Sotobosque con
predominio de árboles, arbustos y
hierba. Pendientes entre 70 a 90%.
Suelos andisol e inceptisol con texturas
Francas, Franco – Arenoso y Franco
Arcilloso
Pastos
(PA)
Dos potreros, una de 14 has y otra de
10 has, en el primero pastoreado por 14
animales y el segundo por 8 novillos,
durante todo el periodo del
experimento. Las pasturas presentan
una degradación botánica, es decir, se
estimó un 60% de cobertura forrajera,
con árboles aislados y cercas vivas. El
rango de pendiente va de 75 a 100%.
Suelos inceptisoles y andisoles, con
texturas entre Franco a Franco –
arcilloso
Cultivos
(CU)
Suelos destinados a la producción de
hortalizas, durante todo el año. El tipo
de hortalizas cultivadas tenemos,
culantro, vainica, maíz para elote,
coliflor, brócoli, entre otros. Estos son
suelos profundos, con textura franca a
franco – arcillosos. La pendiente va de
75 – 95%
38
d. Modelo estadístico utilizado
Se hizo un análisis de varianza bifactorial, analizando uso y el efecto de los meses evaluados, bajo
un diseño completamente aleatorizado (DCA), para comparar el comportamiento de la escorrentía y
la infiltración. En el análisis se usó un modelo mixto, para poder manejar la heteroscedasticidad en
las variables, en especial en la escorrentía. El modelo trabajado se presenta y describe a
continuación.
Yijk = µ + Ui+Mj + UiMj +ԑ ijk
Dónde:
Yijk = variable respuesta
µ = media general
U = efecto del i – ésimo uso del suelo
M = efecto del j – ésimo mes
UiMj = efecto de la interacción Uso:Mes
ԑijk = término de error
Para cada tratamiento se aplicaron tres repeticiones (parcela = repetición), es decir, se
evaluó en total 9 parcelas en las cuales se realizó las mediciones de los parámetros de
escorrentía superficial, infiltración y precipitación.
e. Balance hídrico
Otro de los análisis realizados fue el balance hídrico para cada una de las parcelas evaluadas, el
mismo que se realizó para los primeros 15 cm de profundidad del suelo. La ecuación utilizada fue la
propuesta por Jiménez (2003) con los siguientes componentes:
PCP = ETR + ESC + P ± ∆S
Donde:
PCP = Precipitación (mm)
ETR = Evapotranspiración real (mm)
ESC = Escorrentía (mm)
P = Percolación (mm)
∆S = Variación de la reserva de agua en el suelo (mm))
La ecuación en mención se planteó en una hoja de cálculo, para luego ingresar los datos estimados,
en este caso, los datos de precipitación y escorrentía. Luego se ingresaron los datos de
evapotranspiración real, calculados por el método de Thornthwaite con la ayuda del software
Hidroesta (Anexo 2); con datos de temperaturas promedios mensuales del año 2010, obtenidas de
39
los boletines de información del Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica; se escogió dicho
año, por ser el más próximo y con la data completa. Todos los datos ingresados fueron realizados de
manera diaria.
Asimismo se asumió que la reserva máxima de agua en el suelo (lámina de agua), estaba en función
a la humedad gravimétrica a 0.33 bares (capacidad de campo), los cálculos se presentan en el Anexo
3. Para estos cálculos se tomaron muestras de suelos enviando al laboratorio de suelos del Centro
Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza – CATIE - para obtener datos de densidad
aparente y retención de humedad a 0.33 para cada una de las parcelas en evaluación. En el Anexo 4,
se da un ejemplo de cálculo de balance hídrico.
3.3.2 Parte no experimental
a. Modelación de la producción de sedimentos en diferentes escenarios de coberturas
de uso y de clima
Para el presente objetivo se trabajó con el programa Soil and Water Assesment Tool (SWAT), el
cual es una extensión de ArcGIS. El SWAT es un software desarrollado para estimar el balance
hídrico de una cuenca, la producción de sedimentos y la dispersión de fertilizantes y pesticidas.
Para efectuar los cálculos, el programa trabaja dividiendo la cuenca en estudio en subcuencas y
estas subcuencas en Unidades de Respuesta Hidrológicas (HRU, por sus siglas en inglés), las HRU
son combinaciones únicas de uso de suelo, tipo de suelo y pendiente.
Con respecto al uso de suelo, se han trabajado con los mapas de uso de los años 1997, 2011 y uno
proyectado al 2020, las mismas que fueron facilitadas por Natalia Samaniego Rojas, en
comunicación personal, trabajó que ha venido realizando como para de su de tesis de graduación en
la Maestría en Manejo y Gestión de Cuencas Hidrográficas del CATIE.
El mapa de uso correspondientes al año 1997 la autora lo trabajó a partir de la digitalización de
fotografías áreas, escala 1:40 000 del proyecto Terra, y el mapa del 2011 se elaboró sobre la base de
imágenes satelitales “rapid eye”, con resolución del pixel cinco metros (5m). Para la obtención del
mapa de uso de la tierra tendencial al 2020 utilizó el módulo “Land Change Modeler” – LCM – del
software Idrisi, tomando como insumos los mapas de uso de la tierra de los años 1997 y 2011. El
modelo se basa en la transición espacial, utilizando cadenas de Markov, con este tipo de modelo se
asume que las áreas vecinas influyen en la probabilidad de transición del área o celda central.
40
Las coberturas de uso de la tierra están agrupadas en 11 categorías, las cuales se presentan en el
Cuadro 3.
Cuadro 3. Descripción de las categorías de las coberturas de uso usadas en la modelación con SWAT
Categorías Descripción
Plantaciones
forestales
Corresponde a plantaciones de coníferas (ciprés, pino, eucaliptos,
casuarinas).
Bosque
secundario
Es la vegetación que se caracteriza por la presencia dominante de árboles
disetáneos y otra vegetación leñosa, de porte variado, cuyo ciclo
vegetativo individual es mayor a 10 años. Corresponden a superficies de
tierra compuesta por vegetación leñosa de carácter sucesional que se
desarrolló una vez que la vegetación original ha sido eliminada por
actividades humanas y/o fenómenos naturales) .
Charrales /
tacotales
Conformados por vegetación arbustiva, árboles de altura de hasta 5 m y
con poca o casi nada de plantas espinosas (regeneración natural),
generalmente se desarrollan en zonas donde existió algún tipo de
actividad productiva.
Cultivos
anuales
Son aquellas plantas que exigen, durante su ciclo vegetativo (un año o
menos), la preparación periódica del terreno a través de su laboreo o
mecanización, en estos procesos se ocasiona una gran alteración del
suelo.
Cultivos
perennes
Es la vegetación que se caracteriza por ser de tipo arbustivo y/o arbóreo y
de ciclo vegetativo superior a cinco años
Pastizales
Poseen una composición florística dominada por gramíneas y
leguminosas herbácea, arbustiva y arbórea, así como especies leñosas de
valor forrajero. Dentro de esta subcategoría se incluyen sistemas de
pastos en asociación con árboles dispersos o con arreglos silvopastoriles,
tales como cercas vivas, pasturas en callejones y otros.
Invernaderos Infraestructura para producción agrícola.
Unidades
agrícolas
heterogéneas
Corresponden a usos mixtos, dentro de esta subcategoría se incluyen
sistemas productivos donde no se ha podido diferenciar entre cultivos,
pastizales y plantaciones forestales.
Suelo
desnudo
Zonas donde se ha eliminado completamente la cubierta vegetal, se
incluyen tajos mineros.
Zonas
Urbanizadas
Se incluyen áreas de concentración urbana y zonas de desarrollo
industrial.
Cuerpos de
agua
artificiales
Constituidos por espejos de agua artificiales tales como plantas de
tratamiento de aguas residuales, lagunas de oxidación, lagunas de
depósito de material y otras.
Fuente: Samaniego 2012
41
Con respecto a los escenarios de clima se ha trabajo con datos climáticos de la estación
meteorológica “Linda Vista” que se encuentra dentro de la microcuenca, con un rango de 58 años
de datos diarios de precipitación y de temperaturas máxima y mínima; información facilitada por el
Instituto Meteorológico Nacional de Costa Rica. Esta fue la información base con la cual se
realizaron la modelación de los tres escenarios de cobertura de suelos ya mencionados.
En cuanto a la modelación del clima, se aplicaron dos escenarios adicionales de cambio climático al
2020, usando la cobertura de uso proyectado al año 2020, para correr los modelos. Los escenarios
de cambio de clima se detallan en el cuadro 4.
Cuadro 4. Escenarios de variabilidad climática utilizados en la modelación con SWAT
Escenarios Fuente
Escenario de variabilidad climática 1,
bajo escenario de emisiones A2 al año 2020
Temperatura máxima: aumento en
0.55 °C
Temperatura mínima: aumento en
1.38 °C
Precipitación: disminución en 15%
Escenarios de cambio climático regionalizados
para Costa Rica, MINAE (2012), modelo
trabajado tomando como base el modelo de
cambio climático regional PRECIS
Escenario de variabilidad climática 1,
bajo escenario de emisiones A2, al año 2020
Temperatura aumento en 0.6 °C
Precipitación: aumento en 2.6%
Economía del cambio climático en
Centroamérica – Reporte Técnico (2011)
Se utilizó el modelo de circulación global
ECHAM5
La información necesaria y la fuente de las mismas que se necesitan para trabajar con SWAT se
describen en el Cuadro 5.
42
Cuadro 5. Insumos necesarios para el trabajo de modelación con SWAT
Insumo Fuente
Cartografía: archivos shapes de curvas de nivel y suelos PRUGAM (2010), formato digital
Cartografía: archivos shapes de coberturas de uso de
suelo años 1997, 2011 y 2020
Natalia Samaniego Rojas, comunicación
personal: 15 de octubre de 2012
Información climática de 58 años con datos diarios de
precipitación y temperaturas máximas y mínimas de la
estación Linda Vista del Guarco
Instituto Meteorológico Nacional
(2012), entrega en formato digital
Información de suelos: textura, densidad aparente,
contenido de carbono orgánico, profundidad de capa
Estudio detallado de suelos de la cuenca
Plantón Pacayas (2004)
Andisoles, inceptisoles y entisoles de la
subcuenca del río Pirrís (2011)
Información de suelos: Conductividad hidráulica,
capacidad de disponibilidad de agua.
Calculado con la ayuda del Programa
SPAW/Soil Water Characteristics
(USDA), a partir de los porcentajes
texturales y la materia orgánica (2012)
Información de suelos: Factor USLE de erodabilidad Monograma de Wischmeir et al (1978)
Información de condición hidrológica de coberturas de
uso de la tierra
Hidrología, Máximo Villón (2004)
b. Determinación de la percepción y de los factores socioeconómicos por parte de los
diferentes grupos de interés frente al proceso erosivo en la microcuenca
La primera acción que se realizó fue identificar los grupos de actores con los cuales trabajar, en ese
sentido la Compurires fue el espacio que sirvió como plataforma en la definición de los grupos, para
ello se hizo la presentación del trabajo de investigación y en ella se definió con los miembros de la
mencionada organización los siguientes grupos a trabajar el tema:
Subcomisión de recursos hídricos de la Com-Purires, conformada por los miembros
representantes de la instituciones públicas ligadas de forma estrecha con la gestión del agua,
entre ellas; el Sistema Nacional de Áreas de Conservación – SINAC, Servicio Nacional de
Aguas subterráneas, Riego y Avenamiento – SENARA, Ministerio de Salud – Dirección de
Área Rectora de Salud del Guarco, Acueductos y Alcantarillados – AyA
43
Miembros de la sociedad civil de la Com-Purires, en especial los miembros de las
Asociaciones Administrativas de los Sistemas de Acueductos y Alcantarillados2 – ASADA.
Adicionalmente se identificó a los productores agropecuarios como otro grupo importante, debido
al impacto catalizador que generan sus actividades al proceso erosivo, sin embargo, este grupo no
está representado en la Com-Purires por lo que había que trabajar con ellos sin tenerlos en este
espacio como plataforma. En resumen se determinó a los siguientes grupos de trabajo:
Profesionales que forman parte de la subcomisión de recursos hídricos
Miembros de las Asadas
Productores agropecuarios
Se realizaron talleres con los dos primeros grupos identificados, con el tercer grupo no se tuvo éxito
en realizar un taller, optándose hacer encuestas, sin embargo tampoco fue posible coincidir con los
tiempos de los productores, además de no encontrar interés por parte de ellos con respecto al tema
de la erosión hídrica.
En los Anexos 5 y 6, se presentan la metodología en cada uno de los talleres realizados en la
memoria respectiva.
2 También conocidas como “organizaciones comunales de abastecimiento de agua y saneamiento”, o “acueductos
comunales”. El término ‘ASADAS’ es el oficialmente usado, e implica la existencia de una personería jurídica
44
4. Resultados y discusión
5.1 Comportamiento de los principales parámetros hidrológicos en tres usos del suelo
5.1.1 Precipitación
Figura 18. Precipitación promedio por evento (día) de precipitación durante el tiempo de evaluación
En la Figura 18, se puede apreciar un total de 36 días de precipitación, correspondientes a los meses
de mayo, junio, julio y agosto, cantidad bastante baja a la que publica el IMN (2012), para ese
periodo de tiempo se tiene 81 días con precipitación, en un promedio de 14 años de evaluación
hasta el 2011. Esto implica un año atípico en la zona de estudio que sin duda redundó en los
resultados de las otras variables evaluadas; escorrentía superficial, infiltración y producción de
sedimentos.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
Eventos (días) de precipitación
0
14
29
43
58
72
86
101
115
Pre
cip
ita
ció
n (
mm
)
45
5.1.2 Escorrentía superficial
Figura 19. Medias de escorrentía superficial en cada uso de suelo evaluado
La escorrentía superficial en interacción con los meses de evaluación al proceso estadístico con el
modelo mixto, ya descrito en la metodología, no muestra diferencia significativa (p = 0.05),
mostrando solo diferencia significativa para los usos de suelos evaluados. En la Figura 19, se
aprecia que la media de la escorrentía en Pasto fue superior en cinco veces a la media del bosque
secundario y en doble a la media en el caso de los cultivos. Asimismo se evidencia que la prueba de
medias DGC para los usos de suelo, arroja como diferencia significativa solo en el caso del bosque
secundario y un comportamiento estadístico igual para el pasto y el cultivo.
Esto demuestra que en bosques con mayor cobertura vegetal la escorrentía es menor, esto está
ligado a una mayor intercepción por parte de mayor cobertura vegetal (Tobón et al 2009)
Pasto Cultivo Bosque secundario0.04
0.58
1.12
1.67
2.21E
sco
rre
ntía
(m
m)
A
A
B
A
A
B
46
5.1.3 Infiltración
Figura 20. Medias de infiltración en interacción con los meses y uso de suelo evaluado
Al aplicar el proceso estadístico con el modelo mixto para el caso de la infiltración, se obtiene
diferencia significativa (p = 0.05), para la interacción con los meses de evaluación. La Figura 20,
nos muestra una marcada diferencia del bosque secundario con respecto a los pastos en todos los
meses evaluados, teniendo un comportamiento estadísticamente igual con los cultivos en los meses
de mayo y julio. En el caso de los pastos y los cultivos, el comportamiento es igual para los meses
de mayo y junio, y diferente para los meses julio y agosto. De modo general el bosque secundario
tiene la menor infiltración en todos los meses evaluados.
Bosque Secundario
Cultivos
Pastos
Mayo Junio Julio Agosto40
64
89
113
137
161
186
210In
filtra
ció
n (
mm
)
B
C
B
C
A
B
B
A
A
B
A
B
B
C
B
C
A
B
B
A
A
B
A
B
Bosque Secundario
Cultivos
Pastos
47
5.1.4 Balance hídrico
Cuadro 6. Balance hídrico promedio en los tres uso de suelo evaluados
Uso de suelo PCP
(mm)
ET
(mm)
ESC
(mm)
PERC
(mm)
∆ H
(mm)
Bosque secundario 484.9 286.9 1.1 214.2 -13.0
Pastura 593.2 286.9 5.1 305.4 -4.2
Cultivo 522.0 286.9 4.4 238.1 -7.5
PCP: Precipitación; ET: Evapotranspiración; ESC: Escorrentía; PERC: Percolación
El Cuadro 6, muestra el comportamiento de las variables hidrológicas, de acuerdo al balance
realizado en cada una de los usos de suelo evaluados; un aspecto importante a destacar es el poco
volumen de escorrentía superficial; la Figura 21, muestra de manera más ilustrativa este aspecto.
Este comportamiento está ligado a la poca cantidad de lluvia que se ha precipitado durante el
tiempo de evaluación, siendo la misma muy atípico, casi comparable con la sequía en el año de
1983, como se muestra en el figura 15, a ello hay que agregar la alta capacidad de infiltración de los
suelos en los cuales se instaló las parcelas, como lo demuestra los altos niveles de percolación en el
balance, por ende las precipitaciones ocurridas en el tiempo de evaluación en muy pocas ocasiones
alcanzaron a suplir la reserva máxima de agua de los suelos, por lo tanto se tradujo en una menor
escorrentía como lo menciona Villón (2004).
PCP: Precipitación; ET: Evapotranspiración; ESC: Escorrentía; PERC: Percolación
Figura 21. Componentes del balance hídrico en cada uso de suelo evaluado
0
100
200
300
400
500
600
PCP ET ESC PERC
mm
Bosque secundario
Pastura
Cultivo
48
Cuadro 7. Balance hídrico expresado en porcentaje por uso de suelo evaluado
Parcelas PCP ET ESC PERC
Bosque secundario 100.0 58.7 0.2 43.8
Pastura 100.0 48.4 0.9 51.5
Cultivo 100.0 55.0 0.8 45.6
PCP: Precipitación; ET: Evapotranspiración; ESC: Escorrentía; PERC: Percolación
El cuadro 7, presenta el balance hídrico en cada uso de suelo evaluado en porcentajes, la
precipitación se considera el 100% debido a que es la única entrada de agua al sistema y partir de
ella se distribuye en la superficie en los demás componentes del balance. Mostrado de esta forma
nos permite hacer una evaluación comparativa del comportamiento de las variables hidrológicas con
respecto a los usos evaluados. En cuanto a la evapotranspiración no es una variable medida en
campo y siendo único en todos los usos no será efecto de análisis en presente ítem. Con respecto a
la escorrentía (Figura 22) si bien los valores son muy bajos, sin embargo, se muestra una diferencia
entre la escorrentía generada por el bosque con respecto a las pasturas y los cultivos. En la Figura
23, se aprecia que la mayor percolación se presenta en el pasto, mientras que bosque secundario y el
cultivo, si bien son distintos, la diferencia porcentual no es grande.
Figura 22. Comportamiento de la escorrentía por uso de suelo evaluado
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Bosque secundario Pastura Cultivo
Esco
rre
ntí
a (%
)
49
Figura 23. Comportamiento de la percolación por uso de suelo evaluado
5.1.5 Evaluar la producción de sedimentos en tres usos de suelo
Cuadro 8. Producción de sedimentos por uso de suelo evaluado
Uso de suelo Producción de
sedimentos (kg/ha)
Producción de
sedimentos (TM/ha)
Bosque 0.254 0.000254
Pasto 1.659 0.001659
Cultivo 1.082 0.001082
En el cuadro 8, se muestran los datos de producción de sedimentos en cada uno de los usos de suelo
evaluados, y como se aprecian son extremadamente bajos, menor a una tonelada por hectárea, por
lo cual se los puede catalogar como de orden natural (UNAL 2012), asimismo si analizamos los
pocos eventos de precipitación de alta densidad durante el tiempo evaluado (Figura 15), aunado a
los pocos eventos de lluvia, han sido factores determinantes para una baja producción de
sedimentos (Porta et al 1999; Urbano et al 1997), pese a que los suelos evaluados se caracterizan
por un alto nivel de erosionabilidad (PROGAI 2007).
En ese sentido el análisis de la producción de sedimentos en la cuenca con mayor detalle se presenta
en la modelación con SWAT, en la siguiente sección de los resultados.
5.2 Modelar escenarios de cobertura uso y variabilidad climática para estimar erosión
producción de sedimentos en la microcuenca del rio Purires
El programa SWAT al realizar la modelación divide la cuenca en subcuencas, por lo que en esta
sección del documento se hará mención del término “cuenca” cuando se hace referencia a la
microcuenca del río Purires.
43.8
51.5
45.6
38.0
40.0
42.0
44.0
46.0
48.0
50.0
52.0
54.0
Bosque secundario Pastura Cultivo
Pe
rco
laci
ón
(%
)
50
5.2.1 Análisis de los datos climáticos utilizados en la modelación de la producción de
sedimentos en la cuenca
Figura 24. Series de datos de temperatura máxima y mínima en la cuenca del río Purires utilizada en la
modelación con SWAT, a la que se ha incrementado la serie de temperatura promedio
En la Figura 24, se observa que la tendencia para la temperatura máxima en la cuenca es a decrecer
durante el tiempo de 58 años de datos, lo contrario se observa con la temperatura mínima tiene un
tendencia al alza. Seguir la tendencia de estos datos históricos se podría argumentar que a lo largo
del periodo en la zona hace menor menos calor y también menos frio, sin embargo al analizar la
serie de precipitación promedio se puede apreciar que la tendencia no ha cambiado en cuanto a este
parámetro, ello concordaría con el análisis con cuatro modelos globales que menciona que la
temperatura no tiene un cambio substancial hasta el año 2020 (Alvarado et al 2012)
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28Te
mp
era
tura
(°C
) Temp max
Temp min
Temp prom
Lineal (Temp max)
Lineal (Temp min)
Lineal (Temp prom)
51
Figura 25. Serie de datos de precipitación en la cuenca del río Purires utilizada para modelar con SWAT
La Figura 25. Se observa la tendencia de la serie de precipitación con un ligero incremento, pero a
diferencia de la temperatura, los extremos en la precipitación a lo largo del periodo hace que no se
pueda apreciar un cambio con mayor uniformidad, como por ejemplo el año 1983 se presenta un
volumen de precipitación de 510.6 mm, y no se tiene registro de que eso se hay vuelto a presentar,
tal es el caso que, en la evaluación de los pluviómetros de las parcelas de escorrentía se tiene un
valor estimado de 592.3 mm en pasturas, al 31 de agosto del presente año, lo que demuestra que si
bien es un año muy seco, pero que no se acerca a lo ocurrido en el año 1983, asimismo en el caso
del año 1999 se registra un volumen de 2189 mm y del 2007 de 2105 mm, es decir, año tras año el
comportamiento de la precipitación es variable. Es importante hacer mención que si bien los años
con sequías tienen una alta probabilidad - 48% - de ser ocasionados por el fenómeno de El Niño
(IMN 2012), y como lo indica la probabilidad no es una regla general, como en el caso del presente
año, que está caracterizado como una Niña moderada y que presenta un año seco, al menos durante
en el periodo que se realizó la fase experimental del estudio.
En la Figura 26, se muestra el comportamiento de los usos en los escenarios correspondientes a los
años 1997, 2011 y el proyectado al 2020, se aprecia una pérdida de bosques secundarios, charrales y
pastos, por el contrario hay un aumento de áreas de cultivos anuales (hortalizas), cultivos perennes,
plantaciones forestales, suelo desnudo y zonas urbanas.
500
700
900
1100
1300
1500
1700
1900
2100
2300
pre
cip
itac
ión
(m
m)
52
5.2.2 Análisis de los escenarios de cobertura de uso utilizados en modelación por SWAT
Figura 26. Porcentajes de coberturas de uso, correspondientes a los años 1997, 2011 y el proyectado al 2020 en la cuenca del río Purires
BS: Bosque secundario, CT: Charrales y Tacotales, CAG: Cuerpos de agua, CA: Cultivos anuales, CP: Cultivos
perennes, IN: Invernaderos, PA: Pastos, PL: Plantaciones forestales, SD: Suelo desnudo, UAH: Unidades agrícolas
heterogéneas, ZU: Zonas urbanas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
BS CT CAG CA CP IN PA PL SD UAH ZU
Po
rce
nta
je
1997
2011
2020
53
5.2.3 Estimación de la producción de sedimentos en la cuenca del rio Purires mediante la
modelación con SWAT con diferentes escenarios de cobertura de uso
Figura 27. Escenarios de producción de sedimentos en la cuenca del río Purires frente a coberturas de uso, correspondientes a los años 1997, 2011 y el proyectado al 2020.
54
La Figura 27, muestra el comportamiento de la erosión en los diferentes escenarios de uso de la
tierra, se puede apreciar que las áreas de color de mayor intensidad, van incrementando de un
escenario a otros, del 2009 al 2011 y luego al proyecto al 2020, esto significa un incremento en el
nivel de producción de sedimentos. De manera cuantitativa la Figura 28, muestra el promedio de
producción de sedimentos en los tres escenarios de uso, presentando el mismo comportamiento, es
decir, la producción de sedimentos se incrementa de un escenario a otro. El cuadro 9, nos permite
visualizar el promedio de producción de sedimentos por cada uso de suelo y los cambios en los
porcentajes de las coberturas de los usos en los tres escenarios modelados; apreciándose que el
“suelo desnudo” presenta la mayor producción de sedimentos; sin embargo, es importante hacer
mención que el suelo desnudo es una cobertura muy variable en su dinámica a lo largo del año, ya
que, es muy común tener suelo desnudo en algún momento de los ciclos de siembra de hortalizas.
En ese sentido el programa SWAT no toma en cuenta esta característica y corre esta cobertura para
todo el año; en consecuencia, es necesario tomar este dato de producción de sedimentos por suelo
desnudo como referencia y no de forma concluyente; por lo que, los usos con mayor producción de
sedimentos son las unidades agrícolas heterogéneas y los cultivos anuales. Por otro lado, no todo el
suelo desnudo está relacionado con los cultivos anuales, parte de la cobertura la conforma un tajo
minero, ubicada en la localidad de Coris, este suelo desnudo si se encuentra como tal a lo largo del
tiempo y tiende a incrementarse con el paso de los años; bajo estas condiciones el programa SWAT
no puede hacer una diferenciación entre estos dos casos, para lo cual tuviera que separarse estos dos
tipos de suelo desnudo, para efecto del presente estudio eso no fue posible, debido a que se corrió el
uso proyectado con los datos obtenidos de los usos identificados de los años 1997 y 2011, los cuales
no hacen esta diferencia; no obstante a ello es relevante recalcar que existe la tendencia de aumento
en la producción de sedimentos, cuando aumenta el suelo desnudo y ello es aplicable con mayor
precisión con los tajos mineros.
Otro aspecto a recalcar es que, los datos de producción de sedimentos son el promedio de los HRU
con el respectivo uso de suelo por lo que los cultivos anuales son coberturas que van en aumento en
cada escenario, por cuanto los convierten en principales causantes de erosión y en consecuencia de
la producción de sedimentos a nivel de la cuenca.
La Figura 29, presenta la producción de sedimentos por subcuenca y se tiene un comportamiento
similar en la mayoría de las subcuencas, es decir, hay mayo erosión los del año 2011 con respecto al
año 1997, y en el año 2020 con respecto al 2011.
55
En el Anexo 7, se hace un análisis de los cambio de uso de un escenario a otro, para las subcuencas
que presentan un mayor aporte a la producción de sedimentos en la cuenca, de ello se desprende,
que al pasar de una categoría de media a alta, o de alta a muy alta, implica un incremento de área en
la cobertura de cultivos anuales o de suelo desnudo y en otros casos de la combinación de ambos y
tomando en cuenta lo mencionado en el caso del suelo desnudo, son los cultivos anuales el uso
determinante en la producción de sedimentos. En el caso de los cultivos anuales, que en la
microcuenca está dominada por el cultivo de hortalizas, la cobertura vegetal no cubre de forma total
el suelo, dejando un porcentaje del mismo expuesto a la incidencia directa de la precipitación y
conllevando a mayor volumen de sedimentos, como lo indica Núñez (2010); en el caso de suelo
desnudo el efecto es todavía más severo, debido a que la exposición del suelo al efecto de
erosividad de la precipitación es del 100 % del área.
Figura 28. Producción promedio de sedimentos a nivel de la cuenca del río Purires en tres diferentes escenarios de uso de la tierra (años 1997, 2011 y el proyectado al 2020)
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Prod. sedimentos
TM/ha
Promedios a nivel de cuenca
1997
2011
2020
56
Cuadro 9. Producción de sedimentos por uso de la tierra a nivel de la cuenca del río Purires
Usos Producción de sedimentos (TM/d) Cobertura en la microcuenca (%)
1997 2011 2020 1997 2011 2020
SD 85.65 96.79 110.90 1.00 1.49 1.50
UAH 54.97 47.27 50.92 2.46 1.02 0.92
CA 28.92 38.08 38.82 4.63 6.69 7.00
PA 0.63 0.56 0.63 35.44 35.18 34.48
CT 0.39 0.36 0.40 6.37 5.71 5.53
BS 0.10 0.09 0.10 32.02 28.88 27.37
CP 0.07 0.09 0.09 6.49 7.67 7.95
PL 0.06 0.06 0.07 2.55 3.87 4.39
BS: Bosque secundario, CT: Charrales y Tacotales, CA: Cultivos anuales, CP: Cultivos perennes, PA: Pastos, PL:
Plantaciones forestales, SD: Suelo desnudo, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas
Figura 29. Producción promedio de sedimentos a nivel de subcuencas en la cuenca del río Purires
La subcuenca 23 es la que muestra una mayor producción de sedimentos en la cuenca del río
Purires, en el cuadro 10, se presenta la producción de sedimentos de esta subcuenca por cobertura
de uso en cada escenario (1997, 2011 y 2020), se observar como los cultivos anuales son las que
inciden en una mayor producción de sedimentos pasando de una condición de producción de
sedimentos de “alta” en 1997 a “muy alta” en el 2011 y el proyectado al 2020.
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Pro
d. s
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Subcuencas
1997 2011 2020
57
Cuadro 10. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de cobertura de uso en las subcuenca 23 de la cuenca del río Purires
Cobertura
de uso
1997 2011 2020
SED TM/d AREA has SED TM/d AREA has SED TM/d AREA has
Subcuenca
23 Condición de SED: Alta Condición de SED: Muy Alta Condición de SED: Muy Alta
CA 59.22 9.33 70.52 18.13 72.17 21.91
UAH 54.64 3.56
BS 0.09 30.26 0.10 10.25 0.10 9.3
CP 0.09 13.96 0.12 30.21 0.13 26.05
PA 0.77 46.62 0.79 43.24 0.79 42.92
PF 0.07 2.53 0.07 3.17
CT 0.22 0.48 0.05 0.11 0.09 0.21
SD 22.25 0.82
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo; SED:
Producción de sedimentos, d: día.
En el cuadro 11, se muestra el comportamiento de la producción de sedimentos en la subcuenca 24,
la misma que muestra una condición de producción de sedimentos de “media” a “alta” y tiene el
mismo origen que el subcuenca anterior, es decir, el incremento de áreas dedicadas a cultivos
anuales incrementa la producción de sedimentos.
Cuadro 11. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de cobertura de uso en la subcuenca 24 del río Purires
Cobertura
de uso
1997 2011 2020
SED TM/d AREA has SED TM/d AREA Has SED TM/d AREA Has
Subcuenca
24 Condición de SED: Media Condición de SED: Alta Condición de SED: Alta
CA 8.67 1.88 56.68 8.39 56.49 6.56
UAH 32.76 2.64 10.09 0.14 2.59 0.1
BS 0.08 25.10 0.08 27.17 0.08 27.55
CP 0.04 1.96 0.01 1.98
PA 0.40 6.92 0.27 3.96 0.33 1.55
PF 0.03 0.95 0.00 0.02
CT 0.18 0.14 0.12 0.44 0.09 0.26
SD 102.51 1.16 60.26 0.50 60.35 0.63
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo; SED:
Producción de sedimentos, d: día.
58
La subcuenca 27 tiene un comportamiento inverso a la de las otras dos analizadas anteriormente, ya
que pasa de una condición de producción de sedimentos de “alta” en 1997 a “media” para el 2011 y
el proyectado del 2020 (Cuadro 12), en este caso la cobertura que incide en mayor magnitud es el
de “suelo desnudo”, el cual tiene una disminución al 2011 y una total desaparición al proyectado del
2020, lo cual hace que la producción total de sedimentos disminuya drásticamente. Sin embargo el
patrón de aumento de los cultivos tiene la misma tendencia de incremento, sin embargo el alto
grado de producción de sedimentos por suelo desnudo hace que el impacto de los cultivos no sea en
este caso, relevante, por consiguiente la disminución áreas de suelo desnudo es determinante para
disminuir la producción de sedimentos, para el caso de esta subcuenca.
Cuadro 12. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de cobertura de uso en la subcuenca 27 de la cuenca del río Purires
Cobertura
de uso
1997 2011 2020
SED TM/d AREA has SED TM/d AREA has SED TM/d AREA has
Subcuenca
27 Condición de SED: Alta Condición de SED: Media Condición de SED: Media
CA 29.38 0.83 61.46 3.73 54.61 4.41
UAH 73.05 4.65 78.59 6.72 79.04 6.84
BS 0.10 114.30 0.11 137.20 0.11 135.6
CP 0.06 0.43
PA 0.70 53.04 0.62 47.26 0.62 48.85
PF 0.02 1.47 0.05 1.91 0.06 2.03
CT 0.50 36.81 0.43 14.00 0.43 13.43
SD 163.81 8.47 158.46 6.13
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo; SED:
Producción de sedimentos, d: día.
59
5.3.4 Estimación de la producción de sedimentos en la cuenca del rio Purires mediante la
modelación con SWAT con diferentes escenarios de variabilidad climática
Figura 30. Escenarios de producción de sedimentos en la cuenca del río Purires ante efecto de la variabilidad climática: 1. Escenario al 2020 sin variabilidad climática; 2. Escenario al 2020 con variabilidad climática (CC1), y 3. Escenario al 2020 con variabilidad climática (CC2)
60
En la Figura 30, se muestra el comportamiento de la producción de sedimentos con el escenario de
cobertura de uso proyectado al 2020, el mismo que al aplicar el escenario de variabilidad climática
CC1 (-15% de precipitación) baja la producción de sedimentos, mientras que al aplicar el segundo
escenario de variabilidad climática (+2.6% de precipitación) la producción de sedimentos aumenta
de forma considerable, y ello es de esperar dado a que al bajar o aumentar los porcentaje de
precipitación, indirectamente también se hace lo mismo con la intensidad de la lluvia, siendo la
intensidad un factor de erosividad bastante fuerte y por ende en la producción de sedimentos como
lo menciona Urbano et al (1997). Las Figuras 31 y 32 ilustran de manera cuantitativa los cambios
en la producción de la sedimentación tanto a nivel de la cuenca, como a nivel de las subcuencas de
la misma.
Figura 31. Producción promedio de sedimentos a nivel de la cuenca del río Purires en tres escenarios de
variabilidad climática
3.00
3.20
3.40
3.60
3.80
Prod. sedimentos
TM/ha
Promedios a nivel de cuenca
2020
2020_CC1
2020_CC2
61
Figura 32. Producción promedio de sedimentos a nivel de subcuencas en la cuenca del río Purires ante el efecto
tres escenarios de variabilidad climática
5.4 Determinar la percepción y factores socioeconómicos por grupos de interés frente al
proceso erosivo del suelo en la microcuenca del río Purires
5.4.1 Factores socioeconómicos que intervienen en el proceso erosivo
Cuadro 13. Aspectos socioeconómicos que afectan la erosión determinados por los participantes en los talleres, grupos: Subcomisión de recursos hídricos y ASADAS
Aspectos socioeconómicos subcomisión de
recursos hídricos de la Com-Purires
Aspectos socioeconómicos miembros de las
Asadas integrantes de la Com-Purires
Actividades agropecuarias
Cambio de actividades productivas
Ubicación de zonas urbanas
Actividades agropecuarias
Actividad forestal
Contaminación por basura
Uso desordenado del territorio
En el Cuadro 13, se puede observar los factores determinados, tanto por el grupo conformado por
los miembros de la subcomisión de recursos hídricos, como del grupo integrado por los representes
de las ASADAS; un factor socioeconómico común en el proceso erosivo de la microcuenca en
ambos casos son las actividades agropecuarias, otro aspecto destacable es cuando se hace mención
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Subcuencas
2020
2020_CC1
2020_CC2
62
del cambio de actividades productivas y el uso inapropiado del territorio, que desde un enfoque
territorial, se pudiera asumir como equivalentes.
Sin embargo, hay factores determinados que si son diferentes en ambos grupos, como la ubicación
de las zonas urbanas en el grupo de recursos hídricos y la contaminación y la actividad forestal
para el grupo de representantes de ASADAS.
En los Cuadros 14 y 15, se presenta desde la perspectiva de los participantes como fue el estado de
los factores socioeconómicos determinados hace 5 y 10 años atrás, es importante destacar en cuanto
al proceso de cambios que se dio los relacionados a las actividades agropecuarias, en especial al
incremento de áreas dedicadas a cultivos anuales (hortalizas) en detrimento de áreas de pasturas y
cultivos perennes (café), este hecho relacionándolo con la modelación realizada, se comprueba que,
el incremento de cultivos anuales incrementa la producción de sedimentos, reafirmando de este
modo la percepción de los participantes. Asimismo se puede apreciar el vínculo de este factor con
los otros factores determinados por los participantes, cuando mencionan que no hay un uso
apropiado del territorio, e indican en los escenarios de años atrás que se han llevado a cabo acciones
de promoción de la horticultura impulsada por el MAG, parcelaciones con este fin promovida por el
IDA con la conformación de grupos de agricultores (cuadro 14) y que estos se han establecido
tanto en la parte media y alta de microcuenca, con la consecuente pérdida de bosques.
Por otro lado el grupo de recursos hídricos hace mención del aumento de la urbanización de la parte
baja y de su expansión hacia la parte media y alta, a lo largo de los últimos 10 años (Cuadro 14). Si
bien el proceso de urbanización no tiene influencia directa en el proceso erosivo, la
impermeabilización del suelo provoca una mayor escorrentía superficial, la misma que al avenar en
áreas de cultivos anuales y de suelo desnudo provocaran una mayor erosión en la microcuenca.
En cuanto a la actividad forestal determinada por el grupo de las ASADAS como factor
socioeconómico (Cuadro 15), ellos mismo afirman que en la actualidad no es una actividad
importante y hasta se puede catalogar como inexistente, pero en épocas pasadas fue una actividad
de relativa importancia y que puede haber contribuido al proceso erosivo en la microcuenca.
63
Cuadro 14. Escenarios en dos tiempos (hace 5 y 10 años) de los aspectos socioeconómicos determinados por los miembros de la subcomisión de recursos hídricos de la Com-Purires
Aspectos
socioeconómicos Hace 5 años Hace 10 años
Actividades
agropecuarias
Mayor uso del suelo por la
agricultura (hortalizas)
Los fenómenos naturales han
influenciado en un cambio de
actitud en el manejo del suelo
por parte de los agricultores
Mayor ganadería en la parte alta
Parcelamiento agrícola en la parte
alta de la microcuenca por parte del
Instituto de Desarrollo
Agropecuario.
Cambio de actividades
productivas
Pérdida de área boscosa en la
parte alta por actividades
agropecuarias
Parte media de la cuenca impactada
por las actividades agropecuarias
Promoción de la horticultura y de
las ferias de productores por parte
del MAG
Conformación de grupos de
agricultores
Ubicación de zonas
urbanas e industrial
Mayor crecimiento urbano en los
poblados de Tobosi y Barrancas
(parte baja de la microcuenca) y
en menor medida en Quebradilla
y Tablón (parte media y alta
respetivamente)
Poca población
Menor urbanización en la parte baja
de la microcuenca
Mayor impacto por la actividad
industrial
64
Cuadro 15. Escenarios en dos tiempos (hace 5 y 10 años) de los aspectos socioeconómicos determinados por los representantes de las ASADAS integrantes de la Com-Purires
Aspectos
socioeconómicos Hace 5 años Hace 10 años
Actividades
agropecuarias
Intensificación de la actividad
Elevado uso de agroquímicos
Más horticultura
Aumento de área de café
Menos áreas de ganadería y de
ganado
Arado a bueyes
Menos uso de agroquímicos
Menos horticultura
Más jardinería
Más café y ganadería
Actividad forestal Poca actividad Más tala de árboles
Más bosque
Uso de motosierra
Contaminación por
basura
Continúa en el mismo grado Acumulación excesiva de
basura
Uso desordenado del
territorio
Continúa cualquier actividad
productiva tanto en la parte
media y alta de la cuenca
En la parte media y alta de la
cuenca
Uso inapropiado de
los suelos
idem En la parte media y alta de la
cuenca
En líneas generales se pude resumir que los participantes a los talleres afirman como factores
socioeconómicos a: i) La densidad de la población, en aumento drástico en la microcuenca
(observación en campo), ii) Tamaño y distribución de las finca (mayor parcelación de las finca) y
tenencia de la tierra (se incorporó nuevos propietarios, adjudicación de fincas pequeñas por el IDA),
las mismas que menciona Núñez (2010) como factores socioeconómicos que inciden en el proceso
de erosión hídrica; sin embargo este mismo autor hace mención que el mercado es un factor
socioeconómico muy relevante, el mismo que no fue identificado de manera explícita por los
participantes a los talleres; el autor menciona que, de haber productos con mercados seguros y
precios altos o aceptables, frente a otros productos, los productores se inclinarán por realizar dicha
actividad, y al parecer esto es lo que ocurre en la microcuenca del río Purires; el contar con centros
urbanos cercanos a la microcuenca como Cartago y San José, hace que la horticultura sea una
actividad muy atractiva, y por la historia y la percepción de los participantes es una actividad
65
causante de mayor erosión, pero no se puede dejar de acotar que es una alternativa productiva para
los pobladores rurales, debido además que la ganadería pasó a tener crisis por precios como en la
década de los ochenta por la baja del precio a nivel internacional (Morales 2012) principalmente y
en la actualidad también se encuentra inmersa en una crisis de precios pero a nivel interno (MAG
2012), lo cual no estimula seguir con esa actividad y por el contrario invita hacer el cambio a otra
que sea más lucrativa.
5.4.2 Análisis de percepción del autor con respecto a la actividad hortícola en la microcuenca
del río Purires
Como se hizo mención, uno de los grupos de interés para trabajar la percepción de la erosión hídrica
en la microcuenca del río Purires ha sido la conformada por los productores agropecuarios, en
especial los productores hortícolas, no pudiendo contar con ellos para poder llevar a cabo un taller,
se realizó un análisis de acuerdo a la interacción que el autor del presente estudio tuvo con algunos
de ellos y sus apreciaciones personales durante el tiempo de permanencia en la zona al transitar
entre sus diferentes parcelas de evaluación en el periodo experimental.
No cabe duda que, la horticultura es una de las actividades productivas de mayor importancia en
diferentes zonas de la microcuenca, como Higuito, Tobosi, Barrancas, Quebradilla y Tablón,
generadora de ingresos y sustento de muchas familias; actividad caracterizada por el uso de una
tecnología intensiva (uso del suelo durante casi todo el año, con alto grado de manejo de
agroquímicos) con las implicancias ambientales que ello genera. No obstante, muchos de los
horticultores llevan a cabo la actividad con fuertes préstamos, hipotecando incluso sus viviendas así
como las propiedades donde realizan la actividad productiva, expuestos además a los riesgos que la
actividad agrícola presenta, como por ejemplo la pérdida de cosechas por plagas y enfermedades y
enfrentar además una alta volatilidad de los precios a lo largo del año.
La profundidad de mucho de los suelos, derivados ándicos, en los cuales se hace horticultura, hace
imperceptible la pérdida de suelo, por lo que no se ven afectados por el proceso erosivo, dedicando
sus esfuerzos a la mayor producción de sus cultivos y por ende tener una mayor rentabilidad y
cumplir con sus compromisos familiares y prestatarios.
Como se hizo mención, el uso de prácticas de conservación de suelos no es una actividad en agenda
por parte de los horticultores, por las características de suelo y la presión hacia el pago de
préstamos, aunado a la poca promoción de este tipo de prácticas conservacionistas.
66
Un aspecto que se puede pasar por alto, es el gran individualismo que existe entre los horticultores,
no tiene una organización que concentré al menos a una parte de ellos, cada uno vela por su propio
interés, lo cual es legítimo, pero que en forma asociada podrían enfrentar de mejor manera los
riesgos inherentes a la actividad, como la pérdida de las cosechas, o aprovechar compras conjuntas
de insumos, incluso la promoción de prácticas de conservación de suelos que, en este estudio es de
interés.
5.4.3 Percepción del proceso erosivo como problema ambiental en la microcuenca
Todos los participantes a los talleres respondieron que la erosión hídrica es un problema ambiental
en la microcuenca.
Sin embargo, se quiso indagar planteamientos de alternativas o mecanismos para hacer frente a este
problema por parte de los propios participantes; en el cuadro 16 se presentan las alternativas
propuestas.
Cuadro 16. Mecanismos propuestos por los grupos de trabajo en cada uno de los talleres
Grupo: Integrantes de la Subcomisión de recursos hídricos de la Com-Purires
Fortalecer la educación ambiental en el tema de recursos hídricos a todo nivel, en especial en
las comunidades
Cambio institucional, dado a que la erosión es un proceso amplio, necesita de la acción
conjunta de varias instituciones
Implementación del Plan Regulador Cantonal
Organización de los actores locales
Combate a la corrupción
Aplicación de la legislación
Grupo: Representantes de las ASADAS
Promover la certificación de fincas con mayor protección del suelo y agua y libre de
contaminantes. Esto puede ser viabilizado por la Com-Purires, UCR, SINAC
Se debe de capacitar con mayor dinamismo sobre este tema a los productores, asimismo debe
de haber mayor investigación para generar mayor conocimiento científico
Demostrar el impacto de las actividades agropecuarias, con investigación; y fomentar mejores
prácticas agronómicas para reducir el impacto en el suelo
Cumplimiento de las leyes
Sensibilización; educación ambiental a las ASADAS, Asociaciones de Desarrollo y demás
grupos organizados
Implementar el Plan Regulador Cantonal
67
Dentro de las alternativas, las coincidencias en ambos grupos son las referidas a la implementación
del Plan Regulador Cantonal, el cumplimiento de las leyes y la sensibilización y educación. Lo cual
es importante que ambos grupos sean coincidentes en estos planteamientos, dado a que una gestión
del territorio encaminada al desarrollo sostenible de la cuenca es muy relevante toda vez que debe
de cumplir con un equilibrio entre los aspectos económico, social y ambiental. Adicionalmente es
importante hacer mención de la posible implementación de un sistema de certificación de buenas
prácticas agrícolas a los productores agropecuarios en especial a los horticultores, el mismo que
podría ser implementado por la Com-Purires a través de alguno de sus miembros calificados para
esta labor.
68
6 Conclusiones
Bajo las condiciones que se realizó el estudio y de acuerdo al análisis de los resultados se concluye
en lo siguiente:
La precipitación durante el tiempo de evaluación se ha comportado como una año muy
atípico, con bajo número de eventos de lluvias, asemejándose al año 1983 que presentó un
volumen de precipitación de 510.6 mm, es una época de evaluación durante un periodo de
fenómeno de El Niño con baja intensidad.
La escorrentía presentó una diferencia estadística, siendo los bosques el uso que presentó un
menor volumen.
La interacción de uso de la tierra y mes ha tenido una diferencia significativa en el caso de
la infiltración, siendo el bosque secundario el que presentó una menor infiltración en todos
los meses evaluados.
Del balance hídrico realizado en los usos evaluados se desprende que, la escorrentía es
menor en bosque secundario y se comporta de modo similar en pastos y cultivos
En cuanto a la percolación en el balance hídrico, el pasto presenta una mayor proporción y
se comporta de manera similar en el bosque secundario y cultivo
La producción de sedimentos en los usos evaluados ha mostrado un comportamiento
catalogada como normal, ello influenciada por un año atípico en la zona de evaluación con
baja cantidad de días de lluvias e intensidades muy leves.
Las coberturas de cultivos anuales (hortalizas) y de suelo desnudo son factores
determinantes en la producción de sedimentos en la modelación con SWAT ante diferentes
escenarios de cobertura de uso (1997, 2011 y 2020 proyectado).
La producción de sedimentos es directamente proporcional al cambio en la precipitación,
demostrado en la modelación con SWAT ante escenarios de variabilidad climática.
La actividad agropecuaria y el uso desordenado del territorio son los factores
socioeconómicos ligados a la erosión hídrica en la microcuenca del río Purires en los cuales
coinciden los dos grupos de trabajo.
El mercado es un factor importante al momento de que el productor defina qué tipo de
producción dedicar a sus tierras, este factor muchas veces no es tomado en cuenta al
momento de analizar la cadena de factores del proceso erosivo.
Existe la percepción de que la erosión hídrica es un problema ambiental en la microcuenca
por parte de los grupos de trabajo
69
La implementación de un plan regulador cantonal, el cumplimiento de las leyes y la
educación ambiental son alternativas propuestas, por los grupos participantes en el estudio,
que ayudarán a disminuir la producción de sedimentos en la microcuenca, además,
redundará en el desarrollo sostenible en el ámbito de la misma.
70
7 Recomendaciones
Es necesario incrementar el tiempo del estudio en la parte experimental para evaluar el
comportamiento hidrológico en usos del suelo, tomando como mínimo un año hidrológico.
Es necesario hacer la medición de la evapotranspiración con la finalidad de tener una mayor
precisión en el balance hídrico.
Es preciso hacer un estudio de suelo detallado, incrementando en el mismo variables
necesarios en la modelación con SWAT, como conductividad hidráulica y agua disponible,
a fin de incrementar otros trabajos con SWAT, como balance hídrico, dispersión de
pesticidas, fertilizantes, entre otros.
La instalación de una estación de aforo y la colecta de datos diarios es de suma importancia
para la calibración del modelo.
Es importante hacer estudios de los efectos adversos de la producción de sedimentos en los
aspectos económicos, sociales y ambientales en la microcuenca y generar propuestas para
hacerles frente.
Es necesario buscar los medios o estrategias para poder integrar a los productores
agropecuarios en la Com-Purires, debido a que son las personas que más inciden en el
manejo del territorio de la microcuenca en general y en la producción de sedimentos en
particular.
La Com-Purires debe de impulsar la implementación de los Planes Reguladores Cantonales
por parte de los gobiernos locales para de esta manera dirigir mejores esfuerzos en la
gestión de conservación de la microcuenca.
71
8. Implicancia en el desarrollo rural
La Com-Purires es una plataforma de apoyo a la gestión participativa de la microcuenca del río
Purires, integrada por representantes institucionales, públicos y privados, y de la sociedad civil;
ellos han venido impulsando la integración de las actividades bajo el enfoque de la gestión de
cuencas (enfoque sistémico) en la microcuenca, en ese sentido el conocer el comportamiento de
las variables hidrológicas y de la producción de sedimentos como consecuencia de las
actividades productivas permitirá tomar decisiones informadas que coadyuven a tener reducir
los impactos y mejoren la salud ambiental del territorio. Las recomendaciones en este sentido
están destinadas a tomar medidas que permitan conducir trabajos con un mayor respaldo de
información propia de la microcuenca y que sigan redundando en un mejor conocimiento
científico del territorio.
Aunado al conocimiento físico, el presente estudio también contribuye en mostrar, cual es la
percepción de dos grupos diferenciados en la misma Com-Purires, mostrando sus coincidencias
en cuanto al proceso erosivo y los factores socioeconómicos que la provocan, brindando
además recomendaciones, generadas por los mismos participantes, a tomar en cuenta en la
gestión de la microcuenca. La fortaleza de la Com-Purires radica, en que incorpora a actores
locales, líderes y representantes de la sociedad civil, que ven fortalecidas su capacidades al
formar parte de los trabajos de investigación, como este, llevados a cabo en el ámbito de la
microcuenca, ellos se convierten a la vez en los dispersores de este conocimiento en sus
poblaciones de influencia, lo cual debe redundar en la creación de un cambio en el estilo de
vida a fin de hacerlo más armoniosa con el ambiente que los rodea.
Por otro lado la información vertida en el presente estudio, también puede servir como insumo
en la elaboración y/o inclusión en los Planes Reguladores Cantonales de los gobiernos locales,
así como en instrumentos de planificación de otras instituciones públicas como el SINAC,
MINAE, SENARA y la UCR a través del ProGAI.
72
9. Bibliografía
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regionalizados para Costa Rica. IMN - MINAET. San José. CR. 1060p.
Arce, R; C. Birkel. (2006). Metodologías fotogramétricas e hidrológicas para estimar la amenaza y
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75
10. ANEXOS
Anexo 1. Cálculo de la infiltración mensual, de acuerdo al procedimiento seguido por
Schosinsky (2006)
La fórmula utilizó para el cálculo de la infiltración mensual es:
Pi = (Ci)(P-Ret)……………..(1)
Donde:
Pi = Precipitación mensual que infiltra (mm)
Ci = Coeficiente de infiltración (adimensional)
P = Precipitación mensual (mm)
Ret = Retención de lluvia mensual por follaje (mm)
Para obtener el coeficiente de infiltración se usó la siguiente fórmula:
Ci = kp + kv + kfc ………….(2); si Ci > 1, Ci = 1
Donde:
kp = fracción que infiltra por efecto de la pendiente [adimensional], (cuadro 1)
kv = fracción que infiltra por efecto de la cobertura vegetal [adimensional] (cuadro 1.)
kfc = fracción que infiltra por textura del suelo [adimensional].
Cuadro 1. Componentes del coeficiente de infiltración
Por pendiente Pendiente kp
Muy plano
Plano
Algo plana
Promedio
Fuerte
0.02% - 0.06%
0.3% - 0.4%
1% - 2%
2% - 7%
Mayor que 7%
0.30
0.20
0.15
0.10
0.06
Por cobertura vegetal kv
Cobertura con zacate menos del 50%
Terrenos cultivados
Cobertura con pastizal
Bosque
Cobertura con zacate más del 75%
0.09
0.10
0.18
0.20
0.21
La fracción que infiltra por textura (kfc) se obtuvo utilizando la siguiente ecuación:
Kfc = 0.267ln(fc) – 0.000154fc – 0.723………(3)
Donde:
Kfc = coeficiente de infiltración por textura
fc = infiltración básica del suelo (mm/día), dato que se obtiene con medición en campo.
La fórmula aplica para un rango de fc de 16 – 1568 mm/día. Valores menor de 16 kfc =
0.0148fc/16. Para valores mayores de 1568, kfc es igual a uno (1).
76
Anexo 2. Salida de Hidrostat para el cálculo de la evapotranspiración real diaria por el método de
Thornthwaite
Serie de datos de temperaturas mensuales
----------------------------------------
Mes Temperatura
----------------------------------------
Enero 20.2
Febrero 20.3
Marzo 20.3
Abril 20.3
Mayo 20.4
Junio 20.3
Julio 20.2
Agosto 20.3
Setiembre 20.3
Octubre 20.3
Noviembre 20.3
Diciembre 20.3
----------------------------------------
Resultado del cálculo de la evapotranspiración potencial, método de Thornthwaite:
Índice térmico anual (I) = 100.0508
Exponente (a) = 2.18965
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Mes Temperatura Índice ETo Factor f ETr mensual ETr diaria (mm)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ene 20.2 8.281 74.516 0.98 73.025 2.36
Feb 20.3 8.343 75.326 0.91 68.547 2.45
Mar 20.3 8.343 75.326 1.03 77.586 2.5
Abr 20.3 8.343 75.326 1.03 77.586 2.59
May 20.4 8.405 76.141 1.08 82.232 2.65
Jun 20.3 8.343 75.326 1.06 79.845 2.66
Jul 20.2 8.281 74.516 1.08 80.477 2.6
Ago 20.3 8.343 75.326 1.07 80.599 2.6
Set 20.3 8.343 75.326 1.02 76.832 2.56
Oct 20.3 8.343 75.326 1.02 76.832 2.48
Nov 20.3 8.343 75.326 0.98 73.819 2.46
Dic 20.3 8.343 75.326 0.99 74.573 2.41
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Los datos tomados para el cálculo del balance hídrico fueron la Evapotranspiración real diaria para
los meses de mayo, junio, julio y agosto, se encuentran en negrita y subrayados
77
Anexo 3. Cálculo de la reserva máxima de agua (Lámina de agua).
Se utiliza la siguiente formula:
Lámina de Agua = Hv x Ps/100……… (1)
Donde:
Hv = porcentaje de humedad volumétrica (%)
Ps = profundidad del suelo (cm o mm)
Para el cálculo de la humedad volumétrica se usa la siguiente fórmula:
% Hv = %Hg x da…………….... (2)
Donde:
Hv = humedad volumétrica (%)
Hg = humedad gravimétrica (%)
da = densidad aparente g/cc
Ejemplo de cálculo de lámina de agua para una parcela de bosque secundario.
Datos:
Hg = 53 (capacidad de retención de agua a 0,33 bares).
da = 1,26 g /cc
1. Humedad Volumétrica
Usando la fórmula (2) tendremos lo siguiente:
% Hv = 53 x 1,26
% Hv = 66,78
2. Cálculo de la lámina de Agua
Usando la fórmula (1) tuvimos lo siguiente:
Lámina de Agua = 0,6678 x 150 mm
Lámina de Agua = 100.17 mm
78
Anexo 4. Calculo del balance hídrico en las parcelas de evaluación
La siguiente tabla muestra los componentes del balance hídrico
Día PCP(mm) ETR(mm) ESC(mm) P(mm) ∆H(mm) RMA
1 15.2 2.7 0 0.0 100.2
2 78.74 2.7 0 76.0 0.0 100.2
3 0 2.7 0 0 -2.7 97.5
4 0 2.7 0 0 -2.7 94.8
5 0 2.7 0 0 -2.7 92.1
PCP = Precipitación, ETR = Evapotranspiración real, ESC = Escorrentía superficial, P = Percolación,
∆ H = diferencial de humedad, RMA = Reserva máxima de agua
79
Anexo 5
Memoria del Taller de determinación de los aspectos socioeconómicos de la erosión
hídrica en la microcuenca del rio Purires y recojo de la percepción ante este evento
por parte de los miembros de la Subcomisión de recursos hídricos de la
Compurires
El presente taller se trabajó con los profesionales que forman parte del grupo de trabajo en recursos
hídricos dentro de la Com-Purires, la misma que está conformado de la siguiente manera.
Nombres y apellidos Institución a la que representa
Sonia Loayza Rojas Ministerio de Salud, Área de Salud del Guarco
Adrián Valerín Dirección de recursos hídricos del Corredor de Conservación
Volcánica Central – Oficina Cartago
Pilar Boza Mendoza Acueductos y Alcantarillados del Guarco
Alejandro Sánchez Castillo Servicio Nacional de Aguas Subterráneas, Riego y
Avenamiento - SENARA
Natalia Samaniego Tesista ProGAI/CATIE
Objetivo
El objetivo del presente taller fue el determinar los aspectos socioeconómicos de la erosión hídrica
en el ámbito de la cuenca del rio Purires y recoger su percepción sobre el proceso de erosión en le
microcuenca.
Metodología
El taller se trabajó en dos partes, una primera dedicada a la disertación de los conceptos con
respecto al proceso de erosión y los aspectos que caracterizan al entorno organizativos de la
sociedad humana. Esta parte fue expositiva con la ayuda de medios audiovisuales y hojas impresas
que se entregó a los participantes, teniendo una interacción ardua con los participantes en torno a
sus preguntas e inquietudes.
La segunda parte del evento consistió en la taller mismo, es decir, la construcción y determinación
de los aspectos socioeconómicos y el recojo de la percepción de los participantes ante el evento
erosivo.
80
Para la determinación de los aspectos socioeconómicos, se instó a una lluvia de ideas, para ello se
entregó a cada participante dos tarjetas, la cual tenía que escribir un aspecto socioeconómico que
creía que incide en el proceso de erosión hídrica local. Luego las tarjetas se pegaron en una pared y
se agruparon por similitud, para luego en plenaria conversar porque esos aspectos son relevantes y
otros no, y hacer los descartes de ser pertinentes. Asimismo era importante conocer la historia de los
cambios en los factores identificados, para ello se usó papelotes, en los cuales se colocó las tarjetas
con los factores socioeconómicos identificados y se escribirá los eventos importantes para 5 y 10
años; eventos que incidieron el proceso de erosión en la microcuenca.
Para la determinación de la percepción de los participantes con respecto al evento erosivo en la
microcuenca, se presentó la siguiente pregunta a los participantes y se les solicitó sus opiniones.
¿Cree usted que la erosión hídrica es un problema en la comunidad? Y ¿Por qué? Se propició una
discusión, y como hubo una respuesta afirmativa, se pasó a preguntar lo siguiente;
¿Cuáles son los mecanismos para combatirlo? Las respuestas se recogieron en un papelote.
Resultados obtenidos
Con respecto a la determinación de los aspectos socioeconómicos que mencionaron los
participantes fueron los siguientes.
Lluvia de ideas Agrupación por similitud Aspectos determinados luego de
la discusión en plenaria
Agricultura
Ganadería
Actividades pecuarias
Manejo inadecuado del suelo
Cambio de actividades productivas
Pérdida de productividad de suelos
agrícolas
Asentamientos humanos
Ubicación de zonas urbanizables
Contaminación
Agricultura
Ganadería
Actividades pecuarias
Manejo inadecuado del suelo
Pérdida de productividad de
suelos agrícolas
Actividades agropecuarias
Cambio de actividades
productivas Cambio de actividades productivas
Asentamientos humanos
Ubicación de zonas urbanizables Ubicación de zonas urbanas
Contaminación Se determinó que no es un aspecto
que interviene en el proceso de
erosión en sí
81
En la misma plenaria se definió por qué esos aspectos eran determinantes en la erosión hídrica en la
microcuenca.
Aspectos determinados luego de la
discusión en plenaria Porque
Actividades agropecuarias
Por el manejo inadecuado del suelo
Intensificación de la actividad agrícola
Malas prácticas agrícolas
Manejo de riego
Uso de agroquímicos
Cambio de actividades productivas Cambio de una actividad de menor impacto a una de mayor impacto con
respecto al suelo
Mayor área de uso al cambio de una actividad a otra
Ubicación de zonas urbanas Incremento del área de urbanización en la microcuenca
Pérdida de cobertura vegetal
Posteriormente se pasó determinar eventos y características importantes en dos escenarios pasados,
5 y 10 años, recogiéndose lo siguiente.
Aspectos socioeconómicos Hace 5 años Hace 10 años
Actividades agropecuarias
Mayor uso del suelo por la
agricultura (hortalizas)
Los fenómenos naturales han
influenciado en un cambio de
actitud en el manejo del suelo por
parte de los agricultores
Mayor ganadería en la parte alta
Parcelamiento agrícola en la parte alta
de la microcuenca por parte del Instituto
de Desarrollo Agropecuario.
Cambio de actividades
productivas
Pérdida de área boscosa en la
parte alta por uso por actividades
agropecuarias
Parte media de la cuenca impactada por
las actividades agropecuarias
Promoción de la horticultura y de las
ferias de productores por parte del MAG
Conformación de grupos de agricultores
Ubicación de zonas urbanas
e industrial
Mayor crecimiento urbano en los
poblados de Tobosí y Barrancas
(parte baja de la microcuenca) y
en menor medida en Quebradilla
y Tablón (parte media y alta
respetivamente)
Poca población
Menor urbanización en la parte baja de
la microcuenca
Mayor impacto por la actividad industrial
82
Para determinar la percepción se hizo la siguiente pregunta al pleno.
¿Cree usted, que la erosión hídrica es un problema para la microcuenca del río Purires?
La respuesta unánime fue que “SI”. El comentario adicional es que el proceso erosivo se agudiza
por la no existencia de un Plan Regulador (Instrumento de gestión del territorio).
Luego se pasó a preguntar lo siguiente.
¿Cuáles serían los mecanismos para combatir la erosión hídrica en la microcuenca?
Fortalecer la educación ambiental en el tema de recursos hídricos a todo nivel, en especial a
las comunidades.
Cambio institucional, dado a que la erosión es un proceso amplio, necesita de la acción
conjunta de varias instituciones
Implementación del Plan regulador
Organización de los actores locales
Combate a la corrupción
Aplicación de la legislación
Promover la certificación de fincas con mayor protección del suelo y agua y libre de
contaminantes. Esto puede ser viabilizado por la Com-Purires, UCR, SINAC
Se debe de capacitar con mayor dinamismo del tema a los productores, asimismo debe de
haber mayor investigación para generar mayor conocimiento científico
83
Anexo 6
Memoria del Taller de determinación de los aspectos socioeconómicos de la erosión hídrica en
la microcuenca del rio Purires y recojo de la percepción ante este evento por parte de los
líderes comunales de la Compurires
El presente taller se trabajó con los líderes comunales pertenecientes a las Asadas, miembros
activos en la Compurires. A continuación se mencionan los asistentes
Nombres y apellidos Institución a la que representa
Edgar Zamora Asada San Isidro
José Francisco Tobosí
Katherine Hidalgo Cordero Asada Higuito
Isaac Rojas Calderón Asada Higuito
Porfirio Montoya Zúñiga Asada Guatuso
Marta Monge Céspedes Asada Higuito
Alicia Solano Monge Asada Higuito
José Brenes Brenes Asada Higuito
Objetivo
El objetivo del presente taller fue el determinar los aspectos socioeconómicos de la erosión hídrica
en el ámbito de la cuenca del rio Purires y recoger su percepción sobre el proceso de erosión en la
cuenca.
Metodología
El taller se trabajó en dos partes, una primera dedicada a la disertación de los conceptos con
respecto al proceso de erosión y los aspectos que caracterizan al entorno organizativos de la
sociedad humana. Esta parte fue expositiva con la ayuda de medios audiovisuales y hojas impresas
que se entregó a los participantes, teniendo una interacción ardua con los participantes en torno a
sus preguntas e inquietudes.
84
La segunda parte del evento consistió en la taller mismo, es decir, la construcción y determinación
de los aspectos socioeconómicos y el recojo de la percepción de los participantes ante el evento
erosivo.
Para la determinación de los aspectos socioeconómicos, se instó a una lluvia de ideas, para ello se
entregó a cada participante dos tarjetas, la cual tenía que escribir un aspecto socioeconómico que
creía que incide en el proceso de erosión hídrica local. Luego las tarjetas se pegaron en una pared y
se agruparon por similitud, para luego en plenaria conversar porque esos aspectos son relevantes y
otros no, y hacer los descartes de ser pertinentes. Asimismo era importante conocer la historia de los
cambios en los factores identificados, para ello se usó papelotes, en los cuales se colocó las tarjetas
con los factores socioeconómicos identificados y se escribirá los eventos importantes para 5 y 10
años; eventos que incidieron el proceso de erosión en la microcuenca.
Para la determinación de la percepción de los participantes con respecto al evento erosivo en la
microcuenca, se presentó la siguiente pregunta a los participantes y se les solicitó sus opiniones.
¿Cree usted que la erosión hídrica es un problema en la comunidad? Y ¿Por qué?
Se propició una discusión, y como hubo una respuesta afirmativa, se pasó a preguntar lo siguiente;
¿Cuáles son los mecanismos para combatirlo? Las respuestas se recogieron en un papelote.
Resultados obtenidos
Con respecto a la determinación de los aspectos socioeconómicos que mencionaron los
participantes fueron los siguientes.
Lluvia de ideas Agrupación por similitud Aspectos determinados luego de la discusión en plenaria
Agricultura
Ganadería
Tala de árboles
Jardineras
Trabajo en las nacientes por las asadas
Manejo del acueducto
Instalación de plantas de tratamientos
Contaminación por basura
Conciencia de los agricultores
Falta de plan regulador
Artesanía
Tanques sépticos
Agricultura
Ganadería
Jardineras
Actividad agropecuaria
Tala de árboles Actividad forestal
Contaminación por basura Contaminación por basura
Falta de plan regulador Uso desordenado del territorio
Inconciencia de los agricultores Uso inapropiado de los suelos
Trabajo en las nacientes por las asadas
Manejo del acueducto
Instalación de plantas de tratamientos
Artesanía
Tanques sépticos
Se determinó que estas
actividades no inciden en el
proceso erosivo en la cuenca
85
En la misma plenaria se definió por qué esos aspectos eran determinantes en la erosión hídrica
en la microcuenca.
Aspectos determinados luego
de la discusión en plenaria Porque
Actividades agropecuarias
Malas prácticas de uso del suelo
malas prácticas agronómica en general
producción de intensiva de hortalizas
Actividad forestal Tala de árboles para madera, afectando los suelos y la recarga de
acuíferos
Contaminación por basura Por la acumulación provocando estancamiento y desbordamientos en los
ríos y curso de agua en general
Uso desordenado del territorio Falta de plan regulador
Uso inapropiado de los suelos Inconciencia del agricultor
Posteriormente se pasó determinar eventos y características importantes en dos escenarios
pasados, 5 y 10 años, recogiéndose lo siguiente:
Aspectos
socioeconómicos Hace 5 años Hace 10 años
Actividades agropecuarias
Intensificación de la actividad
Elevado uso de agroquímicos
Más horticultura
Aumento de área de café
Menos áreas de ganadería y de
ganado
Arado a bueyes
Menos uso de agroquímicos
Menos horticultura
Más jardinería
Más café y ganadería
Actividad forestal Poca actividad Más tala de árboles
Más bosque
Uso de motosierra
Contaminación por basura Continúa en el mismo grado Acumulación excesiva de basura
Uso desordenado del
territorio
Continúa cualquier actividad
productiva tanto en la parte media y
alta de la cuenca
En la parte media y alta de la cuenca
Uso inapropiado de los
suelos
ídem En la parte media y alta de la cuenca
86
Para determinar la percepción se hizo la siguiente pregunta al pleno.
¿Cree usted, que la erosión hídrica es un problema para la microcuenca del río Purires?
La respuesta unánime fue que “SI”. Nuevamente si hizo mención la no existencia de un Plan
Regulador (Instrumento de gestión del territorio).
Luego se pasó a preguntar lo siguiente.
¿Cuáles serían los mecanismos para combatir la erosión hídrica en la microcuenca?
Demostrar el impacto de las actividades agropecuarias, con investigación; y fomentar
mejores prácticas agronómicas para reducir el impacto en el suelo
Cumplimiento de las leyes
Sensibilización; educación ambiental a las ASADAS, Asociaciones de Desarrollo y demás
grupos organizados
Implementar el Plan Regulador
87
Anexo 7
Cuadro 17. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de uso de la tierra en las subcuencas 21 y 23 de la cuenca Purires
Cobertura de uso
1997 2011 2020
SED TM/ha
AREA (HAS)
SED TM/ha AREA (Has)
SED TM/ha AREA (Has)
Subcuenca 21 Condición de SED: Muy
alta Condición de SED: Muy
alta Condición de SED: Muy
alta
CA 26.09 8.72 23.46 21.02 26.27 23.81
UAH 47.64 11.00 25.51 3.19 53.24 5.2
BS 0.08 45.45 0.08 37.57 0.07 36.15
CP 0.02 3.29 0.09 6.72 0.08 7.8
PA 0.49 55.19 0.39 41.63 0.38 42.36
PF 0.01 2.62
CT 0.37 9.54 0.35 4.80 0.34 4.22
SD 157.95 9.15 162.35 13.76 165.66 11.86
Subcuenca 23 Condición de SED: Alta Condición de SED: Muy
alta Condición de SED: Muy
alta
CA 59.22 9.33 70.52 18.13 72.17 21.91
UAH 54.64 3.56
BS 0.09 30.26 0.10 10.25 0.10 9.3
CP 0.09 13.96 0.12 30.21 0.13 26.05
PA 0.77 46.62 0.79 43.24 0.79 42.92
PF 0.07 2.53 0.07 3.17
CT 0.22 0.48 0.05 0.11 0.09 0.21
SD 22.25 0.82
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo;
SED: Producción de sedimentos.
88
Cuadro 18. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de uso de la tierra en las subcuencas 3 y 14 de la cuenca del río Purires
Cobertura de uso
1997 2011 2020
SED TM/ha
AREA (HAS)
SED TM/ha
AREA Has SED TM/ha
AREA Has
Subcuenca 3 Condición de SED: Alta Condición de SED: Alta Condición de SED: Alta
CA 14.67 0.92 28.47 2.78 42.52 2.68
UAH 75.53 19.66 59.01 3.08 53.88 2.12
BS 0.16 102.47 0.16 81.60 0.13 77.36
CP 0.09 2.88 0.14 16.68 0.16 20.86
PA 0.89 144.90 0.85 113.50 0.84 105.2
PF 0.14 17.84 0.14 27.59 0.18 29.95
CT 0.55 15.87 0.64 44.74 0.63 44.47
SD 114.28 4.26 130.82 11.02 131.61 11.66
Subcuenca 14 Condición de SED: Media
Condición de SED: Media Condición de SED: Alta
CA 38.41 37.61 46.99 41.24 47.91 39.34
UAH 61.74 2.92 47.67 2.96 45.24 1.95
BS 0.08 31.11 0.07 28.60 0.07 27.63
CP 0.09 26.10 0.00 0.60 0.06 0.48
PA 0.48 34.32 0.37 20.93 0.43 19.41
PF 0.07 8.30 0.07 11.67 0.07 12.23
CT 0.32 5.55 0.40 15.87 0.40 15.66
SD 38.93 0.14 100.63 2.39 104.70 3.13
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo;
SED: Producción de sedimentos
89
Cuadro 19. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de uso de la tierra en las subcuencas 17 y 24 de la cuenca del río Purires
Cobertura de uso 1997 2011 2020
SED TM/ha AREA (HAS)
SED TM/ha AREA Has SED TM/ha
AREA Has
Subcuenca 17 Condición de SED: Alta Condición de SED: Alta Condición de SED: Muy alta
CA 44.93 33.47 62.71 51.47 66.97 66.98
UAH 55.14 37.82 61.70 3.65 62.90 2.55
BS 0.10 60.04 0.09 39.16 0.09 35.28
CP 0.09 46.94 0.13 143.49 0.11 124.63
PA 0.70 198.84 0.65 114.05 0.72 111
PF 0.10 2.42 0.17 22.09 0.11 26.48
CT 0.54 36.19 0.53 28.42 0.49 23.72
SD 43.83 7.61 39.08 0.66 39.71 0.27
Subcuenca 24 Condición de SED: Media
Condición de SED: Alta Condición de SED: Alta
CA 8.67 1.88 56.68 8.39 56.49 6.56
UAH 32.76 2.64 10.09 0.14 2.59 0.1
BS 0.08 25.10 0.08 27.17 0.08 27.55
CP 0.04 1.96 0.01 1.98
PA 0.40 6.92 0.27 3.96 0.33 1.55
PF 0.03 0.95 0.00 0.02
CT 0.18 0.14 0.12 0.44 0.09 0.26
SD 102.51 1.16 60.26 0.50 60.35 0.63
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo;
SED: Producción de sedimentos
90
Cuadro 20. Comportamiento de la producción de sedimentos por tipo de uso de la tierra en las subcuencas 27 y 28 de la cuenca del río Purires
Cobertura de uso
1997 2011 2020
SED TM/ha AREA (HAS)
SED TM/ha AREA Has SED TM/ha
AREA Has
Subcuenca 27 Condición de SED: Alta Condición de SED: Media Condición de SED: Media
CA 29.38 0.83 61.46 3.73 54.61 4.41
UAH 73.05 4.65 78.59 6.72 79.04 6.84
BS 0.10 114.30 0.11 137.20 0.11 135.6
CP 0.06 0.43
PA 0.70 53.04 0.62 47.26 0.62 48.85
PF 0.02 1.47 0.05 1.91 0.06 2.03
CT 0.50 36.81 0.43 14.00 0.43 13.43
SD 163.81 8.47 158.46 6.13
Subcuenca 28 Condición de SED: Alta Condición de SED: Media Condición de SED: Media
CA 53.54 0.91 56.70 1.25
UAH 48.62 1.46 34.32 1.11 26.78 0.54
BS 0.11 160.20 0.11 196.00 0.11 195.7
PA 0.71 36.01 0.76 49.27 0.76 47.49
PF 0.07 7.92 0.08 7.35 0.08 7.87
CT 0.50 57.98 0.42 14.73 0.43 15.24
SD 163.09 9.74 154.32 2.90 155.08 3.68
CA: Cultivos anuales, UAH: Unidades agrícolas heterogéneas; BS: Bosque secundario; CP: Cultivos
Perennes; PA: Pastos; PF: Plantaciones forestales; CT: Charrales y tacotales; SD: Suelo desnudo;
SED: Producción de sedimentos