Impactos de los cambios de uso de la Tierra sobre la Hidrología de los Páramos Andinos

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Curso Internacional “Hidrología y Monitoreo Hidrológico en Ecosistemas Andinos” 10-14 de junio de 2013. Piura, Perú.
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Impactos de los cambios de uso de la Tierra sobre la Hidrología de los Páramos Andinos

  1. 1. Impactos de los cambios de uso de la Tierra sobre la Hidrología de los Páramos Andinos Boris Ochoa Tocachi Curso Internacional “Hidrología y Monitoreo Hidrológico en Ecosistemas Andinos” 10-14 de junio de 2013. Piura, Perú.
  2. 2. Introducción  La variabilidad interanual o intraanual del régimen hidrológico natural permite el sostenimiento de la biodiversidad de los ecosistemas, así como su alteración resulta en un impacto sobre sus funciones y dinámica biológica.  Los cambios en el régimen hidrológico natural de un curso de agua resulta de dos actividades principales: la construcción de estructuras grandes como presas, diques, reservorios, etc., o del cambio en la cobertura y uso de la tierra (CCUT). Poff et al., 1997; Richter et al., 1996; Baker et al., 2004.
  3. 3. Introducción  Los impactos hidrológicos de la construcción de estructuras sobre los cursos de agua pueden ser relativamente fáciles de identificar y cuantificar. Por otro lado, cuando existe CCUT, los impactos hidrológicos son más difíciles de identificar y cuantificar, incluso cuando generan cambios importantes sobre la ecología de los ecosistemas, debido a que ocurren gradualmente y pueden pasar desapercibidos a muy corto plazo.
  4. 4. Introducción  Condiciones “naturales” de páramo: • Precipitación: 800-3000 mm/año • Coeficiente de escorrentía: ~67% • Humedad en suelo saturado: >80% • Intensidades en 15 min: 39,6 mm/h • Intensidades en 1 hora: 15,7 mm/h • Conductividad hidráulica saturada: 10-60 mm/h (~20 mm/h) • Consumo de agua del pajonal bajo: 0,8-1,5 mm/día • Relación entre caudales pico y base: 4.5-5 • Densidad aparente de suelos: 0.1-0.8 g/cm3 (~0,4 g/cm3) • Contenido de carbono orgánico en suelos: • Páramos húmedos: ~40% • Páramos jóvenes y páramos secos: 2 y 10% (3.5-10 kg/m2) Hofstede et al. 1995; Buytaert et al. 2004; Buytaert et al., 2006; Tobón, 2009, citando a Arroyave 2008; Crespo et al., 2011; Crespo et al., 2013
  5. 5. Principales Impactos  Quemas.  Conversión de pajonales a cultivos.  Conversión de pajonales a pastos para ganadería extensiva e intensiva.  Conversión de pajonales en plantaciones forestales con especies exóticas.  Deforestación, construcción de carreteras, minería.
  6. 6. Quemas Foto: Pablo Borja.
  7. 7. Quemas  Aumento de la escorrentía rápida.  Erosión del suelo.  A escala de parcela, usando un simulador de lluvia. • Incremento de los coeficientes de escorrentía: 10-15% para una cobertura de pajonales. 30-50% para el primer evento de lluvia. 65-75% para otros eventos de precipitación. • Pérdidas de suelo: 100 g en los sitios con pajonal 200-1400 g en los sitios quemados o cultivados. Poulenard et al. 2001
  8. 8. Cultivos Foto: Boris Ochoa Tocachi.
  9. 9. Cultivos  Destrucción de la estructura del suelo.  Suelos expuestos a la radiación solar.  Lavado del suelo y aumento de sedimentos.  Reducción de volumen y pérdida de capacidad de almacenamiento.  Aumento significativo de la red de drenaje.  Reducción significativa en el tiempo de respuesta.  Pérdida irreversible de retención de agua por hidrofobicidad: hasta un 40%  Reducción de la capacidad de retención de agua: 2%-26%  Aumento de la evapotranspiración: 66% de las salidas del sistema  Reducción de la capacidad de retención de agua: • Páramos naturales 100% (saturación) y 77% (punto de marchites) • Cultivos permanentes 85% y 63%, respectivamente. Díaz y Paz, 2002; Buytaert et al. 2002, 2004, 2005ª, 2005b; Buytaert et al., 2006, citando a Sarmiento, 2000
  10. 10. 0,000,100,200,300,40 01/11/2002 03/11/2002 05/11/2002 07/11/2002 Caudal(m3. s_1. Km_2 ) Huagrauma Soroche Cultivos  Incremento de flujos pico: 20%  Reducción de los caudales base: 50%  Relación entre caudales pico y base: 12  Reducción estimada en la capacidad de regulación: 40% Díaz y Paz, 2002; Buytaert et al. 2002; Buytaert et al., 2006, citando a Sarmiento, 2000
  11. 11. Pastoreo Foto: Boris Ochoa Tocachi.
  12. 12. Pastoreo  Compactación del suelo.  Efecto negativo mayor sobre la retención de agua en el suelo y el contenido de agua actual al producido por forestación con pinos.  Efectos por la baja resistencia mecánica de los andosoles.  Aumento en la densidad aparente del suelo: ~0,62 g/cm³ en pastos. • Desde valores entre 0,2-0,31 g/cm³ en páramos naturales a 0,34-0,41 g/cm³ para ganadería extensiva. • Desde 0,19-0,3 g/cm³ a 0,81-0,86 g/cm³ en ganaderías permanentes intensivas (aunque hasta 0,99 g/cm³ en ganaderías recientes). • Reducción en la conductividad hidráulica en suelos: • Desde 6,1-7,33 cm/h en páramos naturales a 1,5-1,78 cm/h en pastos. Díaz y Paz, 2002; Quichimbo, 2008; Crespo et al., 2013
  13. 13. Pastoreo  Densidad animal: • Cuencas naturales: <0.1 cabezas/ha (cabezas de ganado por hectárea) • Pastoreo semiintensivo: 0.5-2 cabeza/ha • Pastoreo intensivo: 2 a 3 cabezas/ha  Reducción estimada en el rendimiento hídrico: 50% Díaz y Paz, 2002; Quichimbo, 2008; Crespo et al., 2013
  14. 14. Pinos Foto: Pablo Borja.
  15. 15. Pinos  Edad ~25 años, densidad ~1000 tallos/ha, cobertura >90%.  Aumento significativo de la evapotranspiración.  Cambios en la retención del agua y el carbono orgánico (compartimiento).  Reducción del rendimiento hídrico, caudales base y picos.  Atenuación de crecidas no excepcionales (<10 años de retorno).  Cambio en la distribución del tamaño de poros y quizás una reducción de poros finos.  Quemado de suelos por resina.  Aumento del riesgo y peligrosidad de incendios (superficiales y subterráneos).  Reducción de carbono orgánico respecto a suelos con pajonal: • Horizontes superior e inferior del suelo: 35% y 57% menos  Reducción del contenido de humedad del suelo para humedad de saturación, 10 kPa, 33 kPa (capacidad de campo) y 1500 kPa (punto de marchites) de succión, en: 14%, 39%, 55% y 62%, respectivamente. Farley et al., 2004; Promas, 2004; Buytaert et al., 2007; Coello et al., 2008; Crespo et al., 2010
  16. 16. 0 100 200 300 400 500 600 09/09/2004 0:00 10/09/2004 6:00 11/09/2004 12:00 12/09/2004 18:00 14/09/2004 0:00 15/09/2004 6:00 16/09/2004 12:00 Tiempo Caudal(L/s) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Precipitación(mm) Precipitación Cuenca con pajonal Cuenca con pinos Pinos  Reducción estimada en el rendimiento hídrico: 50%  Reducción de los caudales base: 33%  Reducción de flujos pico: >50%  Relación entre caudales pico y base: 2.5-3 Farley et al., 2004; Promas, 2004; Buytaert et al., 2007; Coello et al., 2008 ; Crespo et al., 2010
  17. 17. Cuenca Unidades Paute Paute Jubones Paute Micro cuenca Huagrahuma (M1) Soroche (M2) Quinahuaycu (M3) Calluancay (M4) Zhurucay (M5) Marianza 1 (M6) Marianza 2 (M7) Área km² 2.58 1.59 5.01 4.39 1.34 0.84 0.63 Suelos Andosol Andosol Andosol Andosol Andosol Andosol Andosol Histosol Histosol Histosol Histosol Histosol Cobertura vegetal % TG(100) P(30), TG(70) TG(78), S(02), CP(20) TG(69), S(20), CP(11) TG(71), S(02), CP(26) TG(86), S(14) PF(>90), TG Uso del suelo EG P, IG N EG EG N PF Geología Saraguro Fm.: lavas andesíticas y depósitos volcanoclásticos Quimsacocha Fm.: rocas volcánicas y volcanoclásticas. Saraguro Fm: lavas andesíticas y depósitos volcanoclásticos. Pendiente % 45 20 22 19 21 42 37 Altura msnm 3690 - 4100 3520 - 3720 3590 - 3880 3585 - 3870 3680 - 3900 2980 - 3810 3230 - 3710 Forma SO SO SO CO SO SO CO Micro cuenca Unidades M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 Características hidrometeorológicas Inicio periodo monitoreo Fecha 16/10/01 29/10/01 10/11/06 10/11/06 10/11/06 29/02/04 08/05/04 Final periodo monitoreo Fecha 30/10/08 23/01/04 12/11/08 12/11/08 12/11/08 23/09/08 23/09/08 Caudal máximo l/s/km² 614.98 873.25 1019.38 971.35 992.84 445.70 285.32 Caudal mínimo l/s/km² 3.33 0.67 2.78 4.35 2.01 2.33 0.15 Caudal promedio l/s/km² 32.09 20.50 25.52 26.05 28.82 19.30 8.30 Componentes del balance hídrico Inicio periodo balance Fecha 13/08/03 29/10/01a 11/11/06 11/11/06 11/11/06 23/09/07 23/09/07 Final periodo balance Fecha 29/10/08 22/01/04 11/11/08 11/11/08 11/11/08 23/09/08 23/09/08 Precipitación mm/año 1451 1126 1143 1383 1254 1417 1407 Caudal total mm/año 1064 649 908 824 911 685 389 Evapotranspiración mm/año 387 477 235 559 343 732 1018 Coeficiente de escorrentía 0.73 0.58 0.79 0.60 0.73 0.48 0.28 TG, Pajonal; S, Arbustos; CP, Almohadillas (Cushion plants); P, Papas; PF, Pinus patula. IG, Pastoreo intensivo; EG, Pastoreo extensivo; N, Natural. SO, Oval alargado; CO, Circular a avalado Impactos CCUT Crespo et al., 2013
  18. 18. Extrapolación y escala  No es cuestión de multiplicar un caudal específico encontrado en la cuenca de investigación por el área de la cuenca de interés, sino que depende de muchos otros aspectos.  Si en la nueva escala se introducen nuevos usos de tierra donde el porcentaje de pajonal se reduce significativamente en comparación con la cuenca de investigación, las propiedades hidrológicas del pajonal se vendrán a diluir.  La extrapolación es muy subjetiva.  Es posible tener ciertos resultados cualitativos si la idea se basa únicamente en la proporción de la cuenca con área páramos y si los suelos son similares.  Resultados cuantitativos con precisión aceptable son muy difíciles de lograr.  Las investigaciones realizadas se han desarrollado mayoritariamente en escalas de parcela y microcuenca. La falta de observaciones (asociada a la dificultad del control) en escalas mayores limita la generalización y escalamiento de resultados.  La precipitación es altamente variable en el espacio. Célleri, 2009, en Quintero, 2009.
  19. 19. boris.ochoa@condesan.org Con el auspicio de: Gracias

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