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La erosividad de la lluvia como factor condicionante de la erosi�n h�drica en Manab�

 

The erosivity of rain as a conditioning factor of water erosion in Manab�

 

A erosividade da chuva como condicionante da eros�o h�drica em Manab�

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: emunoz0760@utm.edu.ec

 

 

Ciencias Naturales ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de diciembre de 2022 *Aceptado: 12 de enero de 2023 * Publicado: 1 de febrero de 2023

 

1. Estudiante Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.
2. Estudiante Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.
3. Docente Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Red de Desarrollo Urbano Sostenible de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

Resumen

La erosi�n del suelo generada por la lluvia constituye uno de los problemas ambientales m�s importantes a nivel mundial, por lo que la importancia de su cuantificaci�n y an�lisis ha crecido a ritmo acelerado durante los �ltimos a�os. Para calcular la erosividad de la lluvia es necesario contar con datos de precipitaci�n de alta resoluci�n temporal, lo que supone una gran limitante al momento de su an�lisis. El objetivo del presente trabajo fue analizar la distribuci�n espacio-temporal de la erosi�n potencial del suelo causada por la erosividad de la lluvia en la provincia de Manab�-Ecuador, empleando r�ster satelitales de precipitaci�n y aplicando un m�todo innovador basado en la Ecuaci�n Universal de P�rdida del Suelo. La metodolog�a consider� la distribuci�n de la zona de estudio, la utilizaci�n de r�ster de precipitaciones de alta calidad disponibles de programas internacionales y el posterior c�lculo de la erosividad de la lluvia. Los vectores de la distribuci�n de la zona de estudio fueron obtenidos de fuentes nacionales; la base de datos de precipitaci�n GPM se obtuvo desde el servidor web de la NASA; el c�lculo de la erosividad de la lluvia se realiz� a partir de un modelo regional. Los resultados mostraron que mayores registros de lluvia se localizan en el este del pa�s, por lo que el potencial erosivo de la lluvia tambi�n fue mayor. En contraste, los valores m�s bajos se localizan cerca del Oc�ano Pac�fico, al Oeste. Se identificaron cinco zonas que corresponden a una cuantificaci�n del potencial erosivo de la lluvia en la provincia de Manab�, clasificando a cada uno de los cantones seg�n su magnitud. La presente investigaci�n puede permitir a los administradores de la provincia tomar medidas adecuadas para mitigar los problemas relacionados con la erosi�n h�drica del suelo.

Palabras Clave: Erosi�n del suelo; erosividad de la lluvia; R Factor; Manab�.

 

Abstract

Soil erosion generated by rain constitutes one of the most important environmental problems worldwide, so the importance of its quantification and analysis has grown at an accelerated pace in recent years. To calculate the erosivity of rain, it is necessary to have precipitation data with high temporal resolution, which is a great limitation at the time of its analysis. The objective of this work was to analyze the spatiotemporal distribution of potential soil erosion caused by rain erosivity in the province of Manab�-Ecuador, using satellite precipitation rasters and applying an innovative method based on the Universal Loss Equation. ground. The methodology considered the distribution of the study area, the use of high-quality rainfall rasters available from international programs, and the subsequent calculation of rainfall erosivity. The vectors of the distribution of the study area were obtained from national sources; the GPM precipitation database was obtained from the NASA web server; the calculation of the erosivity of the rain was made from a regional model. The results showed that the highest rainfall records are located in the east of the country, therefore the erosive potential of the rain was also greater. In contrast, the lowest values are located near the Pacific Ocean, to the West. Five zones were identified that correspond to a quantification of the erosive potential of rain in the province of Manab�, classifying each of the cantons according to their magnitude. The present investigation can allow the administrators of the province to take adequate measures to mitigate the problems related to water erosion of the soil.

Keywords: soil erosion; rain erosivity; R Factor; Manab�.

 

Resumo

A eros�o do solo gerada pela chuva constitui um dos problemas ambientais mais importantes em todo o mundo, por isso a import�ncia de sua quantifica��o e an�lise tem crescido em ritmo acelerado nos �ltimos anos. Para calcular a erosividade da chuva � necess�rio ter dados de precipita��o com alta resolu��o temporal, o que � uma grande limita��o na hora de sua an�lise. do solo. A metodologia considerou a distribui��o da �rea de estudo, a utiliza��o de rasters pluviom�tricos de alta qualidade dispon�veis em programas internacionais e o posterior c�lculo da erosividade das chuvas. Os vetores de distribui��o da �rea de estudo foram obtidos de fontes nacionais; o banco de dados de precipita��o GPM foi obtido do servidor web da NASA; o c�lculo da erosividade da chuva foi feito a partir de um modelo regional. Os resultados mostraram que os maiores registros pluviom�tricos est�o localizados na regi�o leste do pa�s, portanto o potencial erosivo da chuva tamb�m foi maior. Em contrapartida, os valores mais baixos situam-se junto ao Oceano Pac�fico, a Oeste. Foram identificadas cinco zonas que correspondem a uma quantifica��o do potencial erosivo das chuvas na prov�ncia de Manab�, classificando cada um dos cant�es de acordo com sua magnitude. A presente investiga��o pode permitir aos administradores da prov�ncia tomar medidas adequadas para mitigar os problemas relacionados com a eros�o h�drica do solo.

Palavras-chave: eros�o do solo; erosividade da chuva; Fator R; Manab�.

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Introducci�n

La erosi�n del suelo es considerada como uno de los problemas ambientales m�s graves a nivel mundial (Hoyos, 2005). Todos los suelos son susceptibles a la erosi�n h�drica, lo que provoca su r�pida degradaci�n (Riquetti et al., 2020). Debido a los efectos del cambio clim�tico, tanto la temperatura del aire (Delgado-Guti�rrez et al., 2022) como los patrones de precipitaci�n se vuelven m�s impredecibles (Nearing et al., 2004), lo que intensifica la generaci�n de medidas de prevenci�n para la erosi�n del suelo. En Am�rica del Sur, los estudios relacionados a la erosi�n del suelo son inferiores con relaci�n a las dem�s partes del mundo (Borrelli et al., 2021). Esta falta de estudios genera una gran preocupaci�n. En especial en Ecuador, la falta de estudios de erosi�n del suelo es m�s alarmante y se centran �nicamente a peque�os sectores del pa�s y utilizan metodolog�as que no est�n acorde a la realidad del territorio (Delgado et al., 2022).

Adem�s, en Ecuador, el clima y la geograf�a tienen caracter�sticas peculiares que generan cambios m�s interesantes en su climatolog�a (Delgado et al., 2021). Las cuencas localizadas en la vertiente pac�fica del Ecuador se caracterizan por tener una distribuci�n temporal de precipitaciones m�s regular con relaci�n a las cuencas de la vertiente amaz�nica, y se identifican dos estaciones que se extienden desde diciembre a mayo (estaci�n h�meda) y de junio a noviembre (estaci�n seca) (Delgado et al., 2022).

La lluvia es el factor detonante de la erosi�n del suelo (Lai et al., 2016; Tian et al., 2021; Delgado et al., 2022). La erosividad de la lluvia se la conoce como el Factor R y se encuentra presente en varios modelos que determinan las tasas de p�rdida del suelo a nivel mundial, entre los que destacan el Universal Soil Loss Equation (USLE) y su versi�n revisada (RUSLE) (Wischmeier & Smith, 1978; Renard et al., 1997). El Factor R es el mejor indicador para definir el potencial erosivo de una tormenta combinando los efectos de duraci�n, magnitud e intensidad (Renard et al., 1991). En Ecuador, los problemas de erosi�n generalmente causan inestabilidades en los taludes (Mac�as et al., 2021; Vallecilla Ponce et al., 2022).

Para determinar la erosi�n del suelo es necesario contar con datos de alta resoluci�n temporal para obtener una estimaci�n precisa de sus resultados (Panagos et al., 2015). Sin embargo, las bases de datos en Ecuador son incompletas y carecen de precisi�n (Delgado et al., 2022). Para resolver este problema, Delgado et al. (2022) elabor� una ecuaci�n que permite calcular la erosividad de la lluvia utilizando cualquier base de datos mediante una simple ecuaci�n, y es ideal para aplicarla en la provincia de Manab�.

El objetivo de la presente investigaci�n es determinar la erosividad de la lluvia como factor detonante de la erosi�n del suelo en la provincia de Manab�, mediante la utilizaci�n de informaci�n r�ster satelital y la aplicaci�n de ecuaciones provenientes de la literatura regional.

La presente investigaci�n permitir� identificar de manera m�s precisa c�mo la erosi�n del suelo se distribuye a lo largo de la provincia y facilitar� la generaci�n de modelos de control y prevenci�n relacionados con esta problem�tica.

 

Metodolog�a

Se determin� la zona de estudio mediante la literatura regional (bases vectoriales), empleando el Software QGIS.

La informaci�n de precipitaciones se obtuvo desde la base de datos Global Precipitation Measurement (GPM) versi�n 6B-Final. Esta informaci�n es generada por la National Aeronautics and Space Administration (NASA) y la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), dedicados a la medici�n de precipitaciones. La base de datos GPM integra un sistema avanzado de radares que miden las precipitaciones desde el espacio y distribuye la informaci�n de manera gratuita de casi todo el territorio mundial. Para la presente investigaci�n, se utilizar� un rango de estudio desde el 2001 al 2020, considerando un tiempo ideal para obtener resultados de gran calidad (Delgado et al., 2022). Inicialmente, esta base de datos est� disponible en formato �NetCDF� a 10 km² de resoluci�n espacial, por lo que se utiliz� el Software R con su complemento R Studio para extraer la informaci�n a formato r�ster (.tif), transformarla a las coordenadas WGS84 zona 17 Sur y proyectarla a una escala espacial de 2 km² para obtener mejores detalles.

Los 20 r�ster de precipitaciones de los a�os analizados se procesar�n en un solo r�ster promedio para posteriormente aplicar la ecuaci�n de Delgado et al, (2022) (ecuaci�n 1) que se utiliza exclusivamente para cuencas de la vertiente pac�fico del Ecuador, lugar donde se localiza la provincia de Manab�:

Donde:

Factor R es el �ndice de erosividad de la lluvia en MJ mm/ ha h (MJ es una unidad de energ�a equivalente a un mill�n de julios � 10⁶ julios).

X es la precitaci�n por p�xel.

La ecuaci�n fue desarrollada mediante un modelo anal�tico que se bas� en determinar clases de precipitaciones en intervalos peque�os para posteriormente enlazarlos con los resultados obtenidos del Factor R mediante la ecuaci�n original de la RUSLE, permitiendo aplicar este modelo con cualquier base de datos de precipitaciones, sin la necesidad de requerir informaci�n de alta resoluci�n temporal, principal limitante para analizar la erosividad de la lluvia en pa�s en v�as de desarrollo como Ecuador. Este modelo tuvo aproximaciones estad�sticas muy buenas lo que demostr� la calidad y veracidad de su empleo (R2=0.99 y p.value=99.99%).

 

Resultados y discusi�n

�rea de estudio

Manab��� es una de las 24 provincias que conforman el Ecuador. Limita al Norte con Esmeraldas, al Sur con Santa Elena, al Este con Esmeraldas, Santo Domingo y Guayas�� y al Oeste con el Oc�ano Pac�fico. Su capital es Portoviejo y tiene una superficie de 18940 km².

Fig. 1. �rea de estudio (provincia de Manab�)Distribuci�n espacio-temporal de las precipitaciones

La distribuci�n espacial de precipitaciones abarc� todo el territorio de la provincia de Manab�, en un tiempo de an�lisis de 20 a�os (2001-2020; Fig. 2).

Fig. 2. Distribuci�n espacio-temporal de la lluvia mediante la base de datos GPM (2001-2020)

 

Mediante el an�lisis de la Fig. 2 se puede observar que las precipitaciones se concentran al este de la provincia y los valores oscilaron entre 891 mm/a�o y 1735 mm/a�o, con un promedio de 1282 mm/a�o. Los cantones que registraron promedios superiores a 1500 mm/a�o fueron Chone, Flavio Alfaro, El Carmen y Pichincha.

La Fig. 2 permite identificar tambi�n que, los cantones que est�n m�s pr�ximos al Oc�ano Pac�fico (a excepci�n de Pedernales), tienden a suavizar las precipitaciones, lo que puede ser producto de los efectos de las corrientes de aire que interact�an en las aguas de la costa ecuatoriana (Pourrut, 1983; Pourrut, 1994).

 

Distribuci�n espacio-temporal de la erosividad de la lluvia (Factor R de la RUSLE)

La distribuci�n espacio-temporal del Factor R puede visualizarse en la Fig. 3 a una escala espacial de 2 km².

Fig. 3. Distribuci�n espacio-temporal de la erosividad de la lluvia en la provincia de Manab�

 

Mediante el an�lisis de la Fig. 3 se puede observar que la provincia de Manab� puede ser dividida en 5 regiones dependiendo de su grado de erosi�n. Los valores oscilaron entre 790 MJ mm/ha h y 1988 MJ mm/ha h, con un valor promedio de 1299 MJ mm/ha h. Se puede observar que la distribuci�n espacial del Factor R obedece a la distribuci�n espacial de las precipitaciones, debido a que este �ltimo es el elemento condicionante de este factor.

Fig. 4. Clasificaci�n zonal de riesgo de erosividad de la lluvia en Manab�

 

Tabla 1. Cuantificaci�n de la clasificaci�n zonal de la erosividad de la lluvia en la provincia de Manab�

 

Mediante la Fig. 4 y Tabla 1 se puede observar la distribuci�n por zonas del riesgo de erosividad de la lluvia en la provincia de Manab�. Las 5 zonas han sido distribuidas con base a los rangos promedios de registros del Factor R en el �rea de estudio. Estos resultados permiten corroborar que las zonas m�s pr�ximas al oc�ano Pac�fico presentan un potencial erosivo menor, considerado como �muy baja�, mientras que, al avanzar hacia el este del pa�s, los valores tienden a aumentar hasta alcanzar un valor promedio de 1895 MJ ha/h a, considerado �muy alta�.

 

Tabla 2. Clasificaci�n de los cantones de la provincia de Manab� seg�n su potencial erosivo desde un enfoque de la erosividad de la lluvia (Factor R)

La Tabla 2 permite identificar el grado de potencial erosivo que presenta la lluvia en los 22 cantones de la provincia de Manab�. En esta lista destaca el cant�n El Carmen, por ser la localidad que mayor potencial de riesgo erosivo presenta, seguido de Pichincha y Chone.

Estos resultados permiten determinar c�mo la lluvia puede generar problemas de erosi�n en todo el territorio manabita, lo que puede permitir, por parte de las autoridades competentes, generar medidas de protecci�n y mitigaci�n para evitar los problemas que la erosi�n del suelo puede generar, entre los que destacan deslaves, deslizamientos, fallas de taludes, inundaciones, vaguadas, entre otras, precautelando la integridad f�sica de los habitantes y visitantes del sector y generando una disminuci�n de p�rdidas materiales.

 

Conclusiones

La distribuci�n espacio-temporal de la erosividad de la lluvia ha sido evaluado por primera vez a escala provincial en Manab� aplicando un modelo espec�fico para la zona de estudio.

La distribuci�n espacial de las precipitaciones, mediante un an�lisis temporal de 20 a�os, permiti� identificar que mayores registros de lluvia se ubican al este de la provincia, mientras que m�s cerca se encuentre del Oc�ano Pac�fico, las precipitaciones tienden a disminuir hasta registrar un m�nimo de 891 mm/a�o.

Los resultados de la erosividad de la lluvia (Factor R de RUSLE) permiti� identificar que su distribuci�n espacial corresponde a la distribuci�n de las precipitaciones, debido a que esta �ltima es el elemento fundamente de este factor. Se identificaron 5 clases erosivas considerando el potencial de erosi�n de la lluvia, categoriz�ndolas desde muy bajo hasta muy alto. En general, el mayor porcentaje de cantones se localiz� entre las zonas erosivas 1, 2 y 3.

El cant�n El Carmen fue la localidad que mayores problemas erosivos present� con respecto al potencial de la lluvia, lo que supondr�a que mayores problemas pueden registrarse cuando la cantidad de las precipitaciones son superiores a los registros promedio.

Se recomienda analizar las tasas de erosi�n del suelo considerando los dem�s par�metros que conforman la RUSLE, erodabilidad del suelo, uso y cobertura del suelo, longitud y pendiente y pr�cticas humanas, para tener una visi�n m�s precisa de lo que este problema ambiental puede causar en la provincia.

La presente investigaci�n genera un aporte muy importante para la comunidad cient�fica y acad�mica a nivel nacional, permitiendo generar medidas y programas de prevenci�n que pretendan mejorar las condiciones ambientales de la zona de estudio.

 

Referencias

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� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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