Mapeo de la Erosión del Suelo usando USLE

Debido al uso inapropiado de la tierra, la erosión se ha convertido en una de las formas más peligrosas de degradación del suelo, lo que ha conducido a una reducción significativa de la fertilidad del suelo y del rendimiento de los cultivos. La aplicación de medidas adecuadas es muy necesaria para evitar una mayor degradación del suelo. Por esta razón, el SIG y la teledetección se han utilizado ampliamente para cartografiar el riesgo de erosión del suelo.

La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE) ha sido el modelo más utilizado para predecir la pérdida de erosión del suelo. USLE es una ecuación empírica que estima el promedio anual de pérdida de suelo causada por la erosión de láminas y riles.

Más recientemente, se ha desarrollado la Ecuación Universal Revisada de Pérdida de Suelo (RUSLE). RUSLE tiene la estructura básica de la USLE pero varias mejoras en los factores determinantes. A pesar de las limitaciones de USLE, sigue siendo ampliamente utilizado debido a su simplicidad.

En la literatura se pueden encontrar varios estudios para la evaluación del riesgo de erosión en todo el mundo, pero no existe una herramienta automatizada fácil de usar para una estimación fácil. El objetivo de este estudio fue desarrollar e implementar un procedimiento automático en ArcGIS Model Builder para la evaluación del riesgo de erosión del suelo utilizando la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE).

Fig. 1 Diagrama de flujo de la metodología USLE para el mapeo de erosión del suelo

Diagrama de flujo de la metodología USLE

La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE) se implementa utilizando SIG, para evaluar el riesgo de erosión en tierras agrícolas. USLE está programado en ModelBuilder, una aplicación de ArcGIS que crea, edita y gestiona modelos matemáticos. La ecuación de pérdida de suelo USLE es:

A = R x K x LS x C x P

Donde, ‘A’ es la pérdida media anual de suelo; R es el factor de erosión por escorrentía; K es el factor de erosión del suelo; L es el factor de longitud de talud; S es el factor de pendiente-gradiente; C es el factor de manejo de cultivos y P es el factor de prácticas de apoyo.

GIS para la erosión del suelo

Cada uno de los factores USLE con datos de atributos asociados se codifica digitalmente en una base de datos GIS para producir eventualmente cinco capas temáticas. Estos se superponen espacialmente para producir una capa poligonal resultante. La aplicación del modelo USLE a la capa resultante produce un mapa de erosión del suelo con 3 clases de pérdida de suelo.

Fig. 2 Uso de SIG y procesamiento de imágenes en la evaluación de riesgos de erosión del suelo

Uso de SIG

Factores de la USLE: La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE) se utiliza para crear un mapa de erosión del suelo a partir de los datos de DEM derivados de tres fuentes de datos diferentes a una resolución de 90m, 150m, 210m y 270m.

Factor R: Factor de erosividad de las precipitaciones que contiene el análisis de las precipitaciones diarias de los últimos años.
Factor K: Factor de Erodibilidad del Suelo que representa tanto la susceptibilidad del suelo a la erosión como la tasa de escorrentía. Las estructuras del suelo afectan tanto a la susceptibilidad al desprendimiento como a la infiltración. La permeabilidad del perfil del suelo afecta a la K porque afecta a la escorrentía.
Factor LS: significa factor de pendiente y factor de longitud de pendiente. El factor de longitud de talud (L) y el factor de inclinación de talud (S) reflejan principalmente el efecto de la topografía sobre la erosión. La inclinación de los taludes refleja la influencia de la inclinación de los taludes en la erosión.
Factor C: significa factor de gestión de cobertura que se calculó a partir de la imagen del satélite Landsat 7 a través del Índice de Vegetación Diferencial Normalizada (NDVI).
Factor P: significa factor de práctica de apoyo (P). Debido a la falta de datos de distribución espacial, se fija en 1 suponiendo que no se tome ninguna medida de protección.

Fig. 3 DEM de código abierto para crear mapas para el factor R, el factor C y el factor K.

DEMs para crear mapas de los factores R, C y K

El uso de diferentes tipos de MDE de código abierto (SRTM, ASTER y CARTOSAT) con la resolución original (30 m) y la resolución agregada tiene un alcance para identificar la incertidumbre de la modelización de la erosión del suelo considerando los cambios en relación con la precisión de elevación. Los resultados muestran una variación significativa en la tasa de erosión del suelo sólo utilizando diferentes DEM de la misma resolución y luego agregando la resolución de todos los DEM.

Mapas de Erosión del Suelo

Las precipitaciones de ocho estaciones pluviométricas se toman para calcular la erosividad de las precipitaciones (R) y se interpolan mediante el método de ponderación inversa de distancia (IDW) para mostrar la distribución espacial.

El procesamiento de datos y el análisis de los factores USLE se realiza en forma de capas rasterizadas. El factor R (factor lluvia-escorrentía) se calcula a partir de los datos mensuales y anuales de precipitación de dos estaciones meteorológicas de la zona.

El cálculo del factor K (“factor de erosión del suelo”) se basa en las propiedades de los suelos medidas in situ a partir de estudios anteriores. El factor LS (factor topográfico) se derivó del modelo digital de elevación del área.

El factor C (factor de cobertura y de gestión) se extrae utilizando el Índice Normalizado de Diferencia de Vegetación (NDVI) y técnicas de teledetección. El factor P (factor de práctica de apoyo) se fija en 1 debido a la falta de datos.

Fig. 4 Mapas de Erosión del Suelo

Mapas de erosión del suelo

Cuatro tipos principales de suelos son arcillosos, franco arcillosos, franco areno arcillosos y franco arenosos, donde el suelo arcilloso cubre una superficie máxima (72,72%) (Fig. 4a).

Los valores de erosión del suelo (K) varían de 0,0198 a 0,0894 t ha h ha-1 MJ-1 mm-1 (Fig. 4b). El factor de gestión de cobertura (C) se genera utilizando NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) preparado a partir de las imágenes de satélite. Los rangos del factor C varían de 0 a 0.87 en el área de estudio (Fig. 4c).

El valor R o erosión pluviométrica es mayor en la parte oriental, donde las precipitaciones son elevadas, y disminuye gradualmente de este a oeste. El rango de valores de R es de 996 a 1529 MJ mm ha-1 h-1 año-1 ( Fig. 4d).

El factor topográfico (LS) se prepara utilizando pendientes (grado y porcentaje), que se generan a partir de DEMs. El factor LS es el único parámetro modificable en el cálculo de la erosión del suelo.

La variación de los espacios de cuadrícula de los DEMs se utiliza para identificar los cambios en la precisión de la erosión del suelo.

Resumen

La evaluación de la erosión del suelo es de gran importancia para la planificación del uso de la tierra y la gestión de las cuencas hidrográficas en regiones montañosas. El uso del modelo USLE integrado a GIS y RS es una herramienta efectiva respecto a los métodos convencionales que consumen mucho tiempo para evaluar la vulnerabilidad a la pérdida de suelo.

Los mapas factoriales del factor R, factor K, factor C junto con el factor LS con el factor P ajustado a 1 se superponen para crear el mapa de pérdida de suelo promedio anual de una región usando la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (USLE).

Traducido desde: satpalda

2 comentarios en “Mapeo de la Erosión del Suelo usando USLE”

  1. buenas tardes mi estimado, necesito de su ayuda para elaborar una tesis de perdidas de suelo en una microcuenca situada en la provincia del guayas ¿como puedo limitar una microcuenca situada en la cuenca del guayas y generar datos de esa microcuenca con la ecuacion RUSLE gracias de antemano

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