Análisis comparativo de la estimación de la erosión hídrica con la metodología USLE y las técnicas RS SIG. Aplicación al entorno del tramo medio de la cuenca del río Jarama (Guadalajara)

La erosión hídrica en España es un problema grave, por las consecuencias que comporta en términos de pérdida del recurso suelo, sobre el que se sustenta la vida. Desde la década de los años ochenta del pasado siglo, la Administración Central ha realizado dos inventarios de erosión del suelo a nivel nacional: Los Mapas de Estados Erosivos (MEEs) y el Inventario Nacional de Erosión del Suelo (INES). En la presente Tesis Doctoral se han abordado las siguientes cuestiones: - Se ha profundizado en el análisis y aplicación de nuevas herramientas en la estimación del factor topográfico y del factor vegetación, que intervienen en los modelos de cálculo de las pérdidas de suelo, para mejorar la precisión en los resultados de la estimación de las tasas de erosión con los mismos. - Se ha establecido un procedimiento que permita realizar un inventario continuo de los Estados Erosivos de España, fijando como premisa el tiempo para su actualización. La Tesis desarrolla un procedimiento que permite comprobar que, la precisión utilizada en la cartografía base para determinar el factor vegetación y el factor topográfico del modelo USLE, influye en los resultados de la estimación de las tasas de erosión. También se ha realizado un estudio multi-temporal, analizado cuatro períodos: desde 1982 a 2014, con el fin de investigar las posibilidades de implementar un inventario continuo de los Estados Erosivos a nivel nacional; utilizando sensores remotos y técnicas de teledetección como herramienta para la actualización de los usos del suelo, factor determinante para estudiar la evolución de las tasas de erosión a lo largo del tiempo. Los resultados obtenidos de las investigaciones mencionadas, se han aplicado al tramo medio de la cuenca del río Jarama en la provincia de Guadalajara y han permitido comprobar que, la precisión de los datos utilizados en la aplicación del modelo USLE, influyen de una forma determinante en la estimación de las tasas de erosión y, además, hacen posible que la metodología, propuesta en esta Tesis, contribuya a establecer un inventario continuo de la evolución de los Estados Erosivos en un espacio multitemporal y a nivel de escenarios que abarcan una gran superficie. Gracias a este inventario se ha podido aportar información de la evolución de la cubierta vegetal y las pérdidas de suelo en la zona de estudio en el período analizado 1984-2015. ABSTRACT Water erosion in Spain is a serious problem and the consequences in terms of loss of soil resources on which life is based. Since the early eighties of last century, the central government has made two inventories of soil erosion nationwide: Maps of Erosive States (MEES) and the National Inventory of Soil Erosion (INES). In this Doctoral Thesis we have addressed the following issues: - It has deepened in the analysis and implementation of new tools in estimating the topographic factor and vegetation factor involved in the calculation models of soil loss, to improve accuracy in the results of the estimation of rates erosion therewith. - It has established a procedure allowing a continuous inventory of Erosion States of Spain, setting premised time for update. The thesis develops a method that allows to check that the precision used in the base map to determine the vegetation factor and topographical factor USLE model, influences the results of estimating erosion rates. There has also develop a multi-temporal study analyzed four periods: from 1982-2014, in order to investigate the possibilities of implementing a continuous inventory of erosion states at national level; using remote sensing techniques as a tool for updating land use, determining to study the evolution of erosion rates along the time factor. The results of the investigations referred to, have been applied to area around the middle reach of the Jarama river basin in the province of Guadalajara and would have shown that the accuracy of the data used in the model application USLE influence of decisive way estimating erosion rates and also make it possible that the methodology proposed in this thesis, help establish a continuous inventory of the evolution of erosive states in a multi-temporal space and level scenarios covering a large area. Thanks to this inventory was it able to provide information on the evolution of the vegetation cover and soil loss in the study area in the analyzed period 1984-2015.

USLE and WEPP Soil Erosion Models: Their Applicability and Use in Generating Cover Values to Stabilize Soil in the Los Alamos, New Mexico Area

Soil erosion is a naturally occurring process that involves the detachment, transport, and deposition of soil particles. Disturbances such as thinning and wildfire can reduce cover greatly and increase erosion rates. Forest managers may use erosion prediction tools, such as the Universal Soil Loss Equation (USLE) and Water Erosion Prediction Project (WEPP) to estimate erosion rates and develop techniques to manage erosion. However, it is important to understand the differences and the applications of each model. Erosion rates were generated by each model and the model most applicable to the study site, Los Alamos, New Mexico was determined. It was also used to find the amount of cover needed to stabilize soil. The USLE is a simpler model and less complicated than a computer model like WEPP, and thus easier to manipulate to estimate cover values. Predicted cover values were compared to field cover values. Cover is necessary to establish effective erosion control guidelines.

Estimate of the (R)USLE rainfall erosivity factor from monthly precipitation data in mainland Spain

The need for continuous recording rain gauges makes it difficult to determine the rainfall erosivity factor (R-factor) of the (R)USLE model in areas without good temporal data coverage. In mainland Spain, the Nature Conservation Institute (ICONA) determined the R-factor at few selected pluviographs, so simple estimates of the R-factor are definitely of great interest. The objectives of this study were: (1) to identify a readily available estimate of the R-factor for mainland Spain; (2) to discuss the applicability of a single (global) estimate based on analysis of regional results; (3) to evaluate the effect of record length on estimate precision and accuracy; and (4) to validate an available regression model developed by ICONA. Four estimators based on monthly precipitation were computed at 74 rainfall stations throughout mainland Spain. The regression analysis conducted at a global level clearly showed that modified Fournier index (MFI) ranked first among all assessed indexes. Applicability of this preliminary global model across mainland Spain was evaluated by analyzing regression results obtained at a regional level. It was found that three contiguous regions of eastern Spain (Catalonia, Valencian Community and Murcia) could have a different rainfall erosivity pattern, so a new regression analysis was conducted by dividing mainland Spain into two areas: Eastern Spain and plateau-lowland area. A comparative analysis concluded that the bi-areal regression model based on MFI for a 10-year record length provided a simple, precise and accurate estimate of the R-factor in mainland Spain. Finally, validation of the regression model proposed by ICONA showed that R-ICONA index overpredicted the R-factor by approximately 19%.

Enhanced processing of SPOT multispectral satellite imagery for environmental monitoring and modelling

The Taita Hills in southeastern Kenya form the northernmost part of Africa’s Eastern Arc Mountains, which have been identified by Conservation International as one of the top ten biodiversity hotspots on Earth. As with many areas of the developing world, over recent decades the Taita Hills have experienced significant population growth leading to associated major changes in land use and land cover (LULC), as well as escalating land degradation, particularly soil erosion. Multi-temporal medium resolution multispectral optical satellite data, such as imagery from the SPOT HRV, HRVIR, and HRG sensors, provides a valuable source of information for environmental monitoring and modelling at a landscape level at local and regional scales. However, utilization of multi-temporal SPOT data in quantitative remote sensing studies requires the removal of atmospheric effects and the derivation of surface reflectance factor. Furthermore, for areas of rugged terrain, such as the Taita Hills, topographic correction is necessary to derive comparable reflectance throughout a SPOT scene. Reliable monitoring of LULC change over time and modelling of land degradation and human population distribution and abundance are of crucial importance to sustainable development, natural resource management, biodiversity conservation, and understanding and mitigating climate change and its impacts. The main purpose of this thesis was to develop and validate enhanced processing of SPOT satellite imagery for use in environmental monitoring and modelling at a landscape level, in regions of the developing world with limited ancillary data availability. The Taita Hills formed the application study site, whilst the Helsinki metropolitan region was used as a control site for validation and assessment of the applied atmospheric correction techniques, where multiangular reflectance field measurements were taken and where horizontal visibility meteorological data concurrent with image acquisition were available. The proposed historical empirical line method (HELM) for absolute atmospheric correction was found to be the only applied technique that could derive surface reflectance factor within an RMSE of < 0.02 ps in the SPOT visible and near-infrared bands; an accuracy level identified as a benchmark for successful atmospheric correction. A multi-scale segmentation/object relationship modelling (MSS/ORM) approach was applied to map LULC in the Taita Hills from the multi-temporal SPOT imagery. This object-based procedure was shown to derive significant improvements over a uni-scale maximum-likelihood technique. The derived LULC data was used in combination with low cost GIS geospatial layers describing elevation, rainfall and soil type, to model degradation in the Taita Hills in the form of potential soil loss, utilizing the simple universal soil loss equation (USLE). Furthermore, human population distribution and abundance were modelled with satisfactory results using only SPOT and GIS derived data and non-Gaussian predictive modelling techniques. The SPOT derived LULC data was found to be unnecessary as a predictor because the first and second order image texture measurements had greater power to explain variation in dwelling unit occurrence and abundance. The ability of the procedures to be implemented locally in the developing world using low-cost or freely available data and software was considered. The techniques discussed in this thesis are considered equally applicable to other medium- and high-resolution optical satellite imagery, as well the utilized SPOT data.

Evaluar la erosión hídrica mediante el uso de diferentes modelos de prediccion en San José de los Remates

El área experimental está ubicada en el departamento de Boaco, municipio de San José de los Remate, finca La Primavera cuya ubicación es latitud norte 12°36'43" y longitud oeste 85° 44'07". El objetivo del presente estudio es determinar los factores de la RUSLE Y USLE durante la estación lluviosa del 2008, bajo diferentes sistemas de cubierta vegetal (Grama natural y Bosque nativo). Se estableció un experimento en bloques, con tres repeticiones y dos tratamientos. Cada parcela tiene una dimensión de 50 metros de largo y 15 metros de ancho para un área útil de 750 m2 con un área total por tratamiento de 2,250 m2. El estudio demuestra que las mayores pérdidas de suelo se dieron en las parcelas de Grama natural con un valor promedio de 0.229 t/ha y en las parcelas de Bosque nativo resultaron con pérdidas menores con 0.033t/ha. Además las pérdidas de suelos en todos los eventos fueron relativamente bajas en comparación a los niveles de tolerancia propuestos por Wischmeier y Smith, 1965-1978. Se utilizo la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (E.U.P.S) el cual está compuesta por un total de 6 parámetro como R = 516.48. MJmm/ha h, K = 0.34-0.63 t.ha.h/ha MJ mm, S = 1.6, L = 4.27 (USLE), L*S (0.34–0.39) (RUSLE), C = Grama natural 0.01 y Bosque nativo 0.001, P = no se asumió por no existir práctica.Para el análisis de la información; se utilizó como método estadístico T student con un grado de significancia del 95 % los efectos de las diferentes variables relacionada a los procesos de erosión del suelo y del escurrimiento superficial resultando no significativos entre modelos.

Evaluación del proceso de erosión en laderas bajo diferente sistema de cobertura vegetal en el municipio de Boaco 2008

El proceso de erosión es uno de los procesos de degradación de suelos más importantes en muchos países. En Nicaragua ha sido estudiado sistemáticamente en los últimos años en el departamento de Boaco, municipio de Boaco mediante el uso de parcelas de escurrimiento. Las parcelas se encontraron ubicadas en rango de pendientes 20 a 44 % en un suelo Typic Argiustol,se establecieron 9 parcelas con un manejo de rotación de cultivo única con cubiertas vegetal con tres y seis repeticiones; pasto (Hyparrhenia rufa), maíz (Zea mays L), y frijol (Phaseolus vulgaris).La estimación de las pérdidas observadas fue comparada con los modelos de la ecuación universal de pérdida de suelo y la ecuación universal revisada (USLE y RUSLE). Los resultados obtenidos determinan que la cubierta vegetal de pasto para el ciclo de primera fue la que presentó el menor promedio de pérdida de suelo y escurrimiento superficial con 5.93t/ha y 122.71 m³/ha seguido de frijol con 9.06 t/ha y 296.72 m³/ha, para el ciclo de postrera quien presentó el menor promedio de pérdida de suelo y escurrimiento fue el cultivo de maíz con 5.30 t/ha y 240. 98 m³/ha, seguido de pasto con 6.03 t/ha y 270.01 m³/ha. La cubierta vegetal de pasto tanto para el ciclo de primera como para postrera se encontraba establecido en tres parcelas en comparación con los demás tratamientos que estaban en seis parcelas, es por eso que vemos para el ciclo de postrera que es el pasto que presenta el mayor promedio de pérdida de suelo.

Evaluación del proceso de erosión hídrica en laderas bajo diferente sistema de cobertura vegetal en el municipio de Santa Lucia, Boaco, 2008

El proceso de erosión es uno de los procesos de degradación de suelos más importantes en muchos países. En Nicaragua ha sido estudiado sistemáticamente en los últimos años en la región central del país, departamento de Boaco, en el municipio de Santa Lucia mediante el uso de parcelas de erosión. Ubicadas en un rango de pendientes 17% a 39% en suelo de clasificación taxonómica: Typic Pellusterts para las parcelas localizadas en la comunidad de El Llanito; y Typic Entic Hapllustols para las parcelas ubicadas en la comunidad de El Riego para las cuales se establecieron 4 parcelas en cada una de las fincas con un manejo de rotación de cultivo única en las cubiertas vegetales; maíz (Zea Mays),fríjol (Phaseolus vulgaris) y dos parcelas testigos (Pasto nativo sin manejo agronómico).Dichos datos se evalúan mediante el análisis de los factores de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE) y ecuación de perdida de suelo (USLE). Los resultados obtenidos determinan que la cubierta de pasto nativo (sin mantenimiento agronómico) fue el que presento las mayores pérdidas de suelo de 8.257tn/ha y de escurrimiento superficial de 46.71 m3/ha y la máxima cobertura vegetal alcanzada de 22.9 % para este tratamiento

A GIS-based model of soil erosion and transport

Soil erosion is a natural process that occurs when the force of wind, raindrops or running water on the soil surface exceeds the cohesive forces that bind the soil together. In general, vegetation cover protects the soil from the effects of these erosive forces. However, land management activities such as ploughing, burning or heavy grazing may disturb this protective layer, exposing the underlying soil. The decision making process in rural catchment management is often supported by the predictive modelling of soil erosion and sediment transport processes within the catchment, using established techniques such as the Universal Soil Loss Equation [USLE] and the Agricultural Nonpoint Source pollution model [AGNPS]. In this article, the authors examine the range of erosion models currently available and describe the application of one of these to the Burrishoole catchment on the north-west coast of Ireland, which has suffered heavy erosion of blanket peat in recent years.

空间直观景观模型在呼中林区土壤侵蚀预测研究中的初步应用

土壤通用流失方程 (USLE)已被广泛应用于大尺度的土壤侵蚀预测 .在以往的土壤侵蚀研究中 ,由于只能获得静态的植被图 ,土壤通用流失方程只能用于土壤侵蚀的静态估算 .空间直观景观模型能在大尺度上模拟植被动态 ,为土壤通用流失方程提供动态的植被因子 ,从而使土壤侵蚀的动态模拟成为可能 .本研究结合空间直观景观模型LANDIS和土壤通用流失修正方程 ,以大兴安岭呼中林区为研究区 ,动态地模拟未来 6 5 0年内有采伐和无采伐预案下的土壤侵蚀量 ;同时以无火无采伐预案下的土壤侵蚀为对比值 .结果表明 ,土壤侵蚀量随时间变化呈周期性的波动 ,其波动程度在无火无采伐预案下最小 ,而在有火无采伐预案下最大 ;采伐对土壤侵蚀的影响没有火对土壤侵蚀的影响在空间上表现得明显 ,但是其累积效果则比火的影响强 ;降低采伐所产生的裸露土能有效降低年平均土壤侵蚀量 ,但是对土壤侵蚀动态变化的影响不明显 ;虽然采伐增加使平均土壤侵蚀量增加 ,但是也同时使土壤侵蚀的年际变化更趋于平稳 .

土壤侵蚀预报模型研究进展

介绍了国内外土壤侵蚀预报模型的主要研究成果。所介绍的国外土壤侵蚀预报模型除众所周知的USL E/ RUSL E,WEPP,L ISEM和 EUROSEM外 ,还有浅沟侵蚀预报模型 (EGEM)和切沟侵蚀预报模型。国内的侵蚀预报模型主要有在 GIS支持下的陡坡地包括浅沟侵蚀的坡面侵蚀预报模型、有一定物理成因的坡面侵蚀预报模型和流域预报模型。在总结和评价国内外土壤侵蚀预报模型的基础上 ,提出了中国今后土壤侵蚀预报模型研究的设想。

Vulnerabilidade dos solos à erosão: estimativa da perda de solos na bacia hidrográfica do Rio Guapi-Macacu - RJ.

Este trabalho apresenta metodologias para estimativa de perda de solos na Bacia Hidrográfica do Rio Guapi-Macacu - RJ. Para a estimativa anual de perdas de solo foi utilizada a ferramenta InVest (Integrated Valuation of Environmental Services and Tradeoffs) através do módulo que desenvolve retenção de sedimentos. Esse módulo permite calcular a perda de solo média anual de cada parcela de terra, além de determinar o quanto de solo pode chegar a um determinado ponto de interesse. Para identificar a perda potencial de solo, o modelo emprega a Equação Universal de Perda de Solo (USLE) na escala do pixel, integrando informações sobre relevo, precipitação, padrões de uso da terra e propriedades do solo. Seus resultados são dados em toneladas por sub-bacias. Os resultados obtidos neste trabalho permitiram concluir que embora haja limitações no uso da Equação Universal de Perda de Solo, o modelo possibilitou a espacialização de classes de perdas de solos com indicações de áreas consideradas mais ou menos vulneráveis aos processos erosivos, considerando os dados disponíveis e suas escalas. O uso do InVest para calcular a USLE apresentou como principal vantagem a possibilidade de integração dos dados necessários em um único ambiente, reduzindo a possibilidade de erros na conversão de dados. Contudo, a maior limitação encontrada a sua aplicação está na dificuldade de obtenção de dados de entrada necessários ao modelo.

Una propuesta para predecir el factor de erosividad R para el centro y norte de la Argentina

p.133-138

Estudo geotécnico sobre a erodibilidade de solos residuais não saturados

A erodibilidade, particularizada como a susceptibilidade a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado, é uma das propriedades de comportamento dos solos de maior complexidade pelo grande número de variáveis intervenientes. Estudada por diferentes áreas do conhecimento (Agronomia, Hidráulica, Geologia de Engenharia e Engenharia Geotécnica), tem no meio geotécnico a maior lacuna na sua quantificação e entendimento dos mecanismos envolvidos. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a erodibilidade de solos residuais tropicais e subtropicais não saturados a partir de quatro perfis representativos dos processos erosivos e solos envolvidos na Região Metropolitana de Porto Alegre. Os solos dos principais horizontes de cada um destes perfis foram caracterizados física, química e mineralogicamente. As propriedades de resistência ao cisalhamento e colapsibilidade foram avaliadas por ensaios de cisalhamento direto convencionais e com controle de sucção e por ensaios de colapsibilidade em oedômetros, respectivamente. A erodibilidade foi avaliada em laboratório, diretamente por meio de ensaios de Inderbitzen e indiretamente por diferentes critérios e parâmetros baseados em outras características físicas e propriedades dos solos. A análise conjunta do comportamento dos solos em campo frente a erosão, da avaliação direta e indireta da erodibilidade e das propriedades geomecânicas investigadas conduziram à formulação de uma proposta de abordagem geotécnica para a erodibilidade dos solos residuais tropicais e subtropicais não saturados. Nesta proposta destaca–se a avaliação direta da erodibilidade por ensaios de Inderbitzen e a indicação de solos potencialmente erodíveis baseada no teor de finos, na plasticidade, no parâmetro K da USLE, na Razão de Dispersão de Middleton, na classificação e critério de erodibilidade MCT e na variação da coesão com a saturação pelo parâmetro variação de coesão (Δc) proposto. A proposta de abordagem geotécnica para a previsão da erodibilidade dos solos visa dotar o engenheiro geotécnico de uma ferramenta destinada à avaliação do potencial erosivo dos terrenos antes de uma iniciativa de ocupação urbana ou implantação de qualquer outra obra de engenharia. Esta avaliação é o passo inicial no direcionamento de medidas preventivas e que visem minimizar o impacto da obra ao meio físico natural, no que se refere a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado.

Zoneamento da Floresta Nacional de Brasília-DF utilizando técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto

Utilizando técnicas de geoprocessamento, desenvolveu-se metodologia para avaliar e diagnosticar os impactos ambientais decorrentes do uso e ocupação do solo em áreas de Florestas Nacionais. A área teste da pesquisa foi a Floresta nacional de Brasília. No modelamento para a avaliação da perda e tolerância de solo em função de seu uso, utilizou-se das ferramentas de geoprocessamento e imagem de satélite para a solução da equação USLE. Foi possível determinar as áreas de preservação permanente e as áreas passíveis de reflorestamento, através da criação de cenários de colheita florestal, bem como as diferentes formas de manejo que devem ser adotadas em função das perdas de solo por erosão laminar. As áreas de perda de solo acima de sua tolerãncia representam 1,90% (177,44 ha) da área total da Flona. As áreas consideradas de Preservação Permanente sob o aspecto da legislação vigente e do uso atual representam 6,78% (633,46ha) de sua área total. Destes, 140,18ha (22,13%) apresentam uma cobertura vegetal do tipo campo e devem ser recuperados e convertidos em áreas com cobertura vegetal do tipo floresta, a fim de adequar-se a legislação vigente como também minimizar os processos erosivos que possam comprometer os cursos d'água. A área passível de implantação de floresta corresponde a 8.712,82 ha (93,22%), onde 5.642,48 ha (64,76%) podem ser manejados a corte raso e 3.070,34 hectares (32,24%) devem ser manejados a corte seletivo, para que não haja comprometimento do solo devido às perdas por erosão laminar.