Estimación de volúmenes de sedimentos por erosión hídrica empleando el modelo RUSLE en cuencas de la provincia de Manabí, Ecuador

Abstract

[EN] Sediment production due to rainfall erosion is a topic of great interest because its lack of knowledge can represent serious dangers for nearby communities and infrastructures. Several methods have been developed inrecent years to quantify sediments, but their complexity, precision, and accuracy vary depending on the approach used. However, many of these models require the use of extensive precipitation time series, but in Ecuador, the meteorological stations present a worrying lack of data and their spatial distribution is not homogeneous, which generates an incorrect rainfall estimation in the analyzed territory. To solve this problem, it is possible to implement methodologies that use satellite raster information. The objective of the present investigation was to estimate the volumes of sediments in the hydrographic basins of the province of Manabí, through the implementation of the RUSLE model and an empirical procedure that requires the use of the apparent density of the soil in its three main textures (sand, clay and silt). The methodology considered the delimitation of the analyzed basins, the evaluation of satellite raster data to determine the six parameters of the RUSLE model between 2001 and 2020, and the estimation of apparent density through an innovative method. The delimitation of the basins was obtained through regional sources; the satellite information was obtained from official web sources; the typical values of the apparent density were obtained from sources at global scale; and the validation of the apparent density data was carried out by means of on-site sampling. The results allowed identifying soil erosion rates that vary between 0.10 ton ha-1 and 3252.22 ton ha-1, which generated an estimate of sediments between 0.06 m3 year-1 and 692.43 m3 year-1 at the pixel level. The average apparent density was 1.49 ton m-3, which demonstrates a high sand content in the basins of Manabí. The data validation revealed an excellent compatibility between the proposed methodology and the conventional on-site analysis, which is reflected in an average difference of less than 3%. The information obtained will allow the competent government entities to establish mitigation programs to deal with the loss of soil due to rainfall erosion and to control the sediments production.

[ES] La producción de sedimentos por erosión hídrica es un tema de gran interés debido a que su desconocimiento puede representar graves peligros para las comunidades e infraestructuras cercanas. En los últimos años se han desarrollado varios métodos para cuantificar los sedimentos, pero su complejidad, precisión y exactitud varía dependiendo del enfoque empleado. Sin embargo, muchos de estos modelos requieren de la utilización de extensas series temporales de precipitaciones, pero, en Ecuador, las estaciones meteorológicas presentan una preocupante carencia de datos y su distribución espacial no es homogénea, lo que genera una incorrecta estimación de las lluvias en el territorio analizado. Para resolver este problema, es posible utilizar metodologías que empleen información ráster satelital. El objetivo de la presente investigación fue estimar los volúmenes de sedimentos en las cuencas hidrográficas de la provincia de Manabí, mediante la implementación del modelo RUSLE, a través de un procedimiento empírico que requiere de la utilización de la densidad aparente del suelo en sus tres texturas principales (arena, arcilla y limo). La metodología consideró la delimitación de las cuencas analizadas, la evaluación de datos ráster satelitales para determinar los seis parámetros del modelo RUSLE entre el año 2001 y 2020 y la estimación de la densidad aparente mediante un método innovador. La delimitación de las cuencas fue obtenida de fuentes regionales; la información satelital fue obtenida desde fuentes web oficiales; los valores típicos de la densidad aparente fueron obtenidos de fuentes a escala mundial; y la validación de los datos de densidad aparente se realizó mediante un muestreo en sitio. Los resultados permitieron identificar tasas de erosión del suelo que varían entre 0,10 ton ha-1 y 3252,22 ton ha-1, lo que generó una estimación de sedimentos entre 0,06 m3 año-1 y 692,43 m3 año-1 a nivel de píxel. La densidad aparente promedio fue de 1,49 ton m-3, lo que demuestra un elevado contenido de arena en las cuencas manabitas. La validación de datos reveló una excelente compatibilidad entre la metodología propuesta y el análisis convencional en sitio, que se ve reflejada en una diferencia promedio inferior al 3%. La información obtenida permitirá a las entidades gubernamentales competentes, establecer programas de mitigación para hacer frente a la pérdida del suelo por erosión hídrica y al control de la producción de sedimentos.