CENTRO AGRONÓMICO TROPICAL DE …orton.catie.ac.cr/repdoc/A10787e/A10787e.pdf · por el Estado –...

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

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


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


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





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


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

8

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).

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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).


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


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


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.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

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

Pro

d. s

ed

ime

nto

s TM

/ha

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




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




59


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


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

0

2

4

6

8

10

12

14

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18

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

Pro

d. s

ed

ime

nto

s TM

/ha

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


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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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



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


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


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.


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


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



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

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

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


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



SED: Producción de sedimentos

89


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




90


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




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