Masas Boscosas en El Regimen Hidrico

BOSQUE 26(1): 77-91, 2005Influencia de las masas boscosas en el rgimen hdrico de una cuenca semirida, Chile

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BOSQUE 26(1): 77-91, 2005

Influencia de las masas boscosas en el rgimenhdrico de una cuenca semirida, Chile

Influence of the wooded masses on hydric regime in a semiarid river basin, Chile

ROBERTO PIZARRO T1, ANDRES BENITEZ G.2, CESAR FARIAS D.1, CRISTIAN JORDAN D.1,FERNANDO SANTIBAEZ Q.3, CLAUDIA SANGESA P.1, JUAN PABLO FLORES V.1,

ENZO MARTINEZ A.1, LEONARDO ROMAN A.1

1Depto. Gestin Forestal y Ambiental, Universidad de Talca, Casilla 721, Talca. Chile.E-mail: [email protected]

2Carmencita N 246 Depto. 62, Las Condes, Santiago. Chile.3Centro Agrimed, Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, Universidad de Chile, Santiago. Chile.

SUMMARY

This article analyzes the influence which they have the wooded masses in the water production of the river basin ofthe Purapel river, located in the central zone of Chile. This river basin has a surface of 264., km2 and it has beenaffected by processes of vegetational substitution, happening of native forests a massive forestation, mainly of Pinusradiata (D.Don). The made multitemporary analysis, showed that the vegetal cover I vary of 0 per cent of forestplantations in 1957, 51,7 per cent for year 1997. The methodology studied the use of the ground in 1957, 1978 and1997; the precipitations were analyzed and the flow and hidrogramas of hour in hour studied; the variation of the waterreserves was analyzed on monthly scale and annual, the runoff coefficients of monthly and annual were analyzed, themaximum flow, and finally, their relation with the vegetal cover and the water production studied between years 1960and 2000. The results allow to conclude that for the river basin of the Purapel river, differences in the observedhydrology behavior in the 40 studied years do not exist. The oscillations observed in the hydrologyc variables wouldhave to the amounts and happened intensities of precipitation and to the high intermonthly variability. Only the monthlyreserves show a different behavior, since they tend to be increased in 1979/2000 period. It would have to importantprecipitations fallen in the decade of the 80, and not directly to a change of the type of vegetal cover.

Keywords: runoff-vegetation relationship, precipitation, flow, reserves, surface runoff coefficient, maximum flow.

RESUMEN

Este artculo analiza la influencia que tienen las masas boscosas en la produccin de agua de la cuenca del roPurapel, ubicada en la zona central de Chile. Esta cuenca tiene una superficie de 264,6 km2 y se ha visto afectadapor procesos de sustitucin vegetacional, pasando de bosques nativos a una forestacin masiva, principalmente dela especie Pinus radiata (D. Don). El anlisis multitemporal realizado, mostr que la cobertura vegetal vari del 0%de plantaciones forestales en el ao 1957, al 51,7% para el ao 1997. La metodologa estudi el uso del suelo enlos aos 1957, 1978 y 1997; se analizaron las precipitaciones y se estudiaron los caudales y los hidrogramas de horaen hora; se analiz la variacin de las reservas de agua a escala mensual y anual, se analizaron los coeficientes deescorrenta mensual y anual, se estudiaron los caudales mximos, y finalmente, su relacin con la cobertura vegetaly la produccin de agua entre los aos 1960 y 2000. Los resultados permiten concluir que para la cuenca del roPurapel, no se observan diferencias estadsticas en las cantidades de agua generadas por los escurrimientos en los40 aos estudiados. Las oscilaciones observadas en las variables hidrolgicas se deberan a los montos e intensida-des de precipitacin ocurridos y a la alta variabilidad intermensual. Slo las reservas mensuales muestran uncomportamiento distinto, ya que tienden a incrementarse en el periodo 1979/2000. Ello se debera a las importantesprecipitaciones cadas en la dcada del 80, y no directamente a un cambio del tipo de cobertura vegetal.

Palabras clave: relacin precipitacin-escorrenta-vegetacin, precipitacin, caudal, reservas, coeficiente de esco-rrenta, caudales mximos.


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INTRODUCCION

La influencia de la vegetacin en el procesoprecipitacin-escorrenta es una relacin que seha estudiado desde hace ms de 100 aos, perodesde la segunda mitad del siglo XX es cuando seha avanzado de manera ms importante. As, porejemplo, se ha estudiado la influencia de la vege-tacin y las masas boscosas sobre la infiltracindel agua en el suelo, en donde el continuo aportede materia orgnica origina una estructura msgranular de ste, que acta favoreciendo la infil-tracin (1). Adems, existe consenso en que elimpacto de los bosques sobre la escorrenta con-siste en la modificacin de la forma en que estosvolmenes acceden a los cauces, disminuyendodrsticamente las aportaciones superficiales y au-mentando las aportaciones subterrneas (2, 3).

Experiencias en Espaa indican que el bosquegenera un ecoclima particular en comparacin conel de un sitio descubierto, dado que al interior deste se produce una reduccin de la luminosidadde hasta un 90%, disminuyendo la temperaturamedia anual en unos 4 C. Adems, se reduce lavelocidad del viento a la cuarta parte y se presen-tan condiciones de mayor humedad con un au-mento medio del orden del 10% diario (4). Sesabe que la vegetacin afecta a las precipitacionesorogrficas, donde los bosques acrecientan la al-tura efectiva que deben remontar los vientos, tra-ducindose en un aumento de las precipitacionesque va entre un 0,8% y un 1%, segn experien-cias centroeuropeas. Adems, el efecto de fric-cin que realizan los bosques tiende a frenar lavelocidad de avance de los vientos, favoreciendoel movimiento ascensional de stos; segn datosexperimentales, se producira un aumento de un 2a un 3% de las precipitaciones (3).

El anlisis del ciclo hidrolgico en cuencasfrancesas muestra que la destruccin de la cober-tura vegetal hace que se incremente la escorrentasuperficial en 150 mm (5). Un estudio en estatemtica hecho por Calder (6), que analiz 94cuencas en todo el mundo, afirma que en trmi-nos generales, un incremento de un 10% de lacobertura forestal en bosques de pinos y eucalip-tos, determina una baja de 40 mm en el caudalanual. Adems, seala que una forestacin de un10% de una zona previamente cubierta por pas-tos, determina que la escorrenta anual disminuyaentre 10 y 25 mm. Otro estudio a nivel de balance

de agua en cuencas de condiciones templadas ysemiridas, concluye que las caractersticas delperfil de suelo (permeabilidad y capacidad de al-macenaje de agua), la cobertura vegetal y las con-diciones de clima (precipitacin y evaporacinpotencial), son las variables que ms influyen enel balance de agua (7).

Dentro de este mismo contexto, muchos auto-res coinciden en que el principal efecto que tie-nen las plantaciones forestales sobre el balancehdrico es la cantidad de precipitacin que es re-tenida por el dosel (prdidas de agua por inter-cepcin) y que, por lo tanto, se reduce su partici-pacin en la economa hdrica de estos ecosistemas(8, 9, 10, 11). En este contexto, Huber e Iroum(12) estudiaron los procesos de intercepcin deprecipitaciones en 29 ensayos, con distintos tiposde cobertura arbrea (bosque nativo y plantacio-nes forestales) establecidos entre la VIII y la XRegiones de Chile. Esta investigacin establecique las plantaciones presentan retenciones de pre-cipitacin entre el 18 y 35%, mientras que el bos-que nativo presenta intercepcin entre el 14 y 40%,siendo las prdidas por intercepcin en promediomayores en las plantaciones forestales que en losbosques nativos.

Las investigaciones en este tema han llevadoa determinar que el agua consumida por bosquesadultos de Pinus radiata (D. Don) por conceptode evapotranspiracin, supera en un 80% a laconsumida por praderas (13). De esta forma, laforestacin tambin modifica la cantidad de aguainvolucrada en la evaporacin desde el suelo y lainvolucrada por transpiracin de los rboles (eva-potranspiracin neta). Este valor depende del to-tal de agua disponible en el suelo, las caracters-ticas de las plantaciones y las condicionesmeteorolgicas (11, 14).

La cantidad de precolacin de un suelo estinfluida por la velocidad de infiltracin, la capa-cidad de almacenamiento de agua en el suelo ydel valor residual entre las precipitaciones y laevapotranspiracin (11, 15, 16). De esta manera,est regulada por variables que influyen sobre lacantidad que alcanza el suelo y la evapotranspira-cin neta.

Junto con producir efectos importantes sobrelas precipitaciones, principalmente en lo referidoa prdidas por intercepcin, evapotranspiracin yprecolacin, la presencia de plantaciones foresta-les provoca cambios relevantes en la escorrenta,


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manifestndose su influencia tanto en la escorren-ta superficial, como en las reservas de agua, ascomo tambin en los caudales mximos y mni-mos. As, los bosques disminuyen drsticamentelas aportaciones de agua superficial, la velocidadde la escorrenta y el caudal punta de descarga(17), debido a tasas ms altas de evaporacin eintercepcin, lo cual es particularmente sensiblecuando se comparan plantaciones de rpido creci-miento, frente a cubiertas precedentes de pastosy/o arbustos (2, 5, 6, 18, 19, 20, 21, 22, 23).

La sustitucin o eliminacin de una cubiertavegetal, altera de la misma forma a las reservasde agua como a los caudales punta, especialmentedurante los meses de verano, ya que durante estosmeses los caudales punta no se encuentran in-fluenciados por las precipitaciones, sino que res-ponden ms bien a la existencia de reservas deagua (24, 25) En este sentido, Duncan (26), coninformacin recolectada en Moutere, Nueva Ze-landia, seala que la humedad del suelo podradecrecer alrededor de un 30%, mientras las recar-gas podran disminuir hasta cerca de un 70%; sinembargo, este tipo de resultados son aplicablesslo a nivel local.

Estos antecedentes muestran lo interesante quees estudiar en Chile, un pas con un importantesector forestal basado en las plantaciones de Pi-nus radiata (D. Don), la influencia que estas masasboscosas ejercen sobre los distintos componentesdel ciclo hidrolgico.

El proceso de forestacin masiva que se haproducido en Chile a partir de la dcada del 70hasta la fecha, ha hecho surgir con fuerza la ideade que las plantaciones forestales reducen las dis-ponibilidades de agua y, por ende, actan dismi-nuyendo la produccin de agua en las cuencashidrogrficas. Segn distintas experiencias, lonormal es pensar que la produccin de agua sevea reducida, porque gran parte del uso del agua,est destinada a la transformacin del paisaje. Esdecir, una forestacin masiva que reemplaza a unavegetacin muy rala o se ubica en suelos descu-biertos est generando una gran cantidad de bio-masa. Por ello, es esperable que una forestacinmasiva demande una mayor cantidad de agua. (6,8, 21, 22, 27, 28, 29, 30, 31, 32).

En este contexto, este artculo intenta obtenerrespuestas ligadas a la influencia de las plantacio-nes forestales en la produccin de agua de la cuen-ca del ro Purapel, la cual presenta caractersticas

subhmedas y se ubica en la zona central de Chi-le. Para ello, se analizaron variables hidrolgicas,tanto a nivel mensual como anual, tratando deinferir el grado de influencia de la cobertura fo-restal en el escurrimiento superficial. La hiptesissobre la cual se trabaj es que las plantacionesmasivas inciden en una menor produccin de agua.Si la hiptesis se comprobaba, el paso siguientesera determinar en qu proporcin se produce ladisminucin hdrica de la cuenca.

MATERIAL Y METODOS

La cuenca del ro Purapel se localiza en elsecano costero de la zona central de Chile y pre-senta una superficie de 264,6 km2 (figura 1). Suscotas mnimas y mximas varan entre los 96 y540 ms.n.m., respectivamente. La orientacin delcauce principal va de oeste a suroriente, con unalongitud del cauce principal de 25 km. Posee unregimen hidrolgico netamente pluvial, presentan-do una precipitacin media anual, entre los aos1960 y 2000, de 812,4 mm. Esta cuenca present(segn el anlisis multitemporal de vegetacin) alao 1997 una cobertura forestal sobre el 70%,principalmente plantaciones de Pinus radiata(D. Don) y bosque nativo.

Los suelos de la cordillera de la costa, dondese ubica la cuenca del ro Purapel, estn constitui-dos principalmente por rocas plutnicas paleozoi-cas, granitoide rico en cuarzo y diorita cuarcfera(33). Los intensos procesos de meteorizacin queactuaron sobre estas rocas granticas permitieronla formacin in situ de un suelo residual de espe-sor variable, de baja fertilidad, permeabilidad ytasa de infiltracin y propenso a la erosin, lo quecontribuye a una alta escorrenta superficial con-centrada en los meses lluviosos (de abril a octu-bre), lo cual decrece rpidamente despus de loseventos de precipitacin (34).

El estudio de la cobertura vegetal se realiz atravs de un anlisis multitemporal de la vegeta-cin en la cuenca, que busc establecer cambiosvegetacionales y su influencia en la produccin deagua. De esta forma, se determin el tipo de cober-tura vegetal en tres instantes, en el ao 1955, 1978y 1997. Para el primer ao se utiliz cuatro mosai-cos de CIREN (Centro de Informacin de Recur-sos Naturales), escala 1:20.000, confeccionado apartir de fotografas verticales del ao 1955. Para


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los aos 1978 y 1997, se cont con ortofotos, con-feccionadas a partir de fotografas areas. Luego, atravs de fotointerpretacin de la informacin, sedetermin y clasific la vegetacin existente en cadaao, informacin que se digitaliz mediante el soft-ware Arc/Info 3.5, pudindose elaborar cartografadigital mediante el software Arc view 3.1. De esteanlisis de la vegetacin, se determin que existiandos perodos de caractersticas distintas; el com-prendido entre los aos 1960-1978, que presentmayor superficie cubierta por bosque nativo, mien-tras que entre los aos 1979-2000, existe mayorsuperficie forestal cubierta por plantaciones de Pi-nus radiata (D. Don). Estas diferencias vegetacio-nales se consideraron en los anlisis estadsticos,considerando a cada intervalo temporal como pe-rodos a contrastar y analizar.

La informacin pluviomtrica y fluviomtrica,entre los aos 1960 y 2000, fue facilitada por laDireccin General de Aguas (DGA), dependientedel Ministerio de Obras Pblicas de Chile. Ade-ms, se instalaron 9 pluvimetros en el ao 2002,que permitieron mejorar la distribucin espacial delas precipitaciones. De esta forma, se analiz elcomportamiento de 3 variables del balance hdrico

(precipitaciones, caudales y reservas), ms dos va-riable auxiliares (coeficientes de escorrenta y cau-dales mximos).

Para las precipitaciones se utilizaron registrosdiarios de las estaciones Purapel en Nirivilo y dela estacin Constitucin, que tenan informacinentre los aos 1992-2000. Con estas estaciones seestimaron las precipitaciones medias areales de lacuenca a nivel mensual y anual mediante los Po-lgonos de Thiessen (4, 35, 36), dado que Pizarroet al, (36), lo seala como un mtodo adecuadopara la zona. Para los caudales, se utilizaron re-gistros limnigrficos horarios entre 1960 y 2000,con los cuales, y utilizando las curvas de descar-ga, se construyeron los hidrogramas. Las reser-vas, a nivel mensual y anual, fueron determinadasintegrando una funcin que modela el caudal re-cesivo (Q), de la forma [1]

Q = Q0 * e-(t) [1]

donde, Qo: caudal inicial; e: coeficiente de Neper;: coeficiente de agotamiento y t: diferencia detiempo. As, se determinaron las reservas inicia-les y finales por mes.

Figura 1. Plano de Ubicacin Cuenca del Ro Purapel.Map showing the location of Purapel river basin.

N

W E

S

16

27

8 4

3

EF-P (DGA)9

5

Ocean

o Pac

fico Ro Mataquito

Constitucin

CuricRo Teno

Ro LontuTalca

RoClaro

CHILE

AMRICADEL SUR

SANTIAGORo Maule

Linares

Ro AncoaCauquenes

500000 0 500000 1000000 Miles

Nomenclatura

EF-P (DGA) Estacin Fluviomtrica y Pluviomtrica,Purapel en NiriviloEstaciones Pluviomtricas y Termomtricas


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Los coeficientes de escorrenta (C), a nivelmensual y anual, se obtuvieron a partir del cocien-te entre la precipitacin efectiva y la precipitacintotal cada sobre la cuenca. As, la precipitacinefectiva se calcul en base a lapsos horarios, sepa-rando el hidrograma total en el correspondiente alde aguas superficiales y el de aguas subterrneas(figura 2). Para los hidrogramas en que no fueposible determinar el punto de trmino de la esco-rrenta superficial y comienzo de la subterrnea,ste se estim mediante el mtodo de regresinlineal. Para ello se estableci una correlacin entreel punto de trmino del hidrograma, en horas, y elcaudal mximo de la crecida (m3/s). A estas regre-siones se les aplicaron algunos supuestos del mto-do de mnimos cuadrados, como Normalidad, Ho-mocedasticidad y no-autocorrelacin, junto conprobar la significancia de los parmetros. As, lasprecipitaciones efectivas de un mes i y un ao j, secalcularon como el cociente entre el volumen deescorrenta directa para un mes i y un ao j (Vij) yel rea de la cuenca (A), expresin [2]:

PeVAij

ij= [2]

Entonces, y segn Chow et al. (37), si (Pij) esla precipitacin en un mes i y un ao j, y (Peij)

precipitacin efectiva, el coeficiente de escorren-ta (Cij) para un mes i, en un ao j, puede definir-se como [3]:

CPePij

ijij

= [3]

Se utiliz esta variable porque el coeficientede escorrenta es muy sensible frente a cambiosen el comportamiento hidrolgico superficial dela cuenca (17, 37).

Los caudales mximos (Qp) se seleccionarontanto a nivel mensual como anual desde la serie1960-2000, clasificando los caudales en estivales(caudales de noviembre a marzo) e invernales(caudales de abril a octubre). Esta clasificacin serealiz con el fin de mejorar los anlisis estads-ticos posteriores, analizando principalmente loscaudales estivales, ya que durante este perodo noexiste influencia de precipitaciones, lo que permi-te determinar si se ha producido una variacin delos caudales a travs del tiempo y si esto se debea las plantaciones forestales realizadas en la cuencaentre 1960 y 2000.

Para los anlisis estadsticos de la informa-cin, se comprob previamente que las series dedatos no cumplan los supuestos bsicos de nor-malidad de los residuos e igualdad de las varian-

Figura 2. Forma tpica de un hidrograma de crecida y sus caractersticas (Chow etal., 1994).Discharge hydrograph and its components

Vol B

Tiempo

Volumen Superficial

Vol A

Caud

al Q

Qp

log

Q

Tiempo


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zas, descartando el uso del anlisis de varianza(ANDEVA), optndose por utilizar pruebas noparamtricas. As, primeramente se utiliz la prue-ba de Kruskal-Wallis y, si esta prueba indicabaque existan variaciones, posteriormente se apli-caba la prueba U de Mann-Whitney, que sealabasi existan diferencias significativas entre dos gru-pos de datos. Estas pruebas se aplicaron a nivelmensual, anual, por dcadas y entre perodos.Paralelamente, se realizaron anlisis grficos me-diante promedios mviles, calculados en interva-los de tres aos para el total de la serie estudiada(40 aos), los cuales permitieron suavizar la in-formacin, cancelando el efecto de la variacinaleatoria (34).

RESULTADOS Y DISCUSION

Las variaciones en la composicin vegetacio-nal producidas en la cuenca del ro Purapel du-rante las ltimas dcadas han sido masivas, pro-ducindose cambios en el tipo de vegetacin desdebosques nativos, matorrales y terrenos agrcolas,a extensas reas de plantaciones forestales. Sepuede sealar que la principal variacin vegeta-cional de la cuenca, obedece al cambio de unbosque nativo, con una gran variedad de especies,hacia plantaciones de Pinus radiata (D. Don). Eneste proceso de modificacin de la cubierta vege-tal, se considera el ao 1978 como un punto dequiebre, ya que a partir de ese momento se produ-

ce un incremento de las plantaciones forestalespresentes en la cuenca (cuadro 1, figura 3), a par-tir de donde se puede inferir el importante cambioen la cobertura vegetal. Este cambio est relacio-nado con una remocin importante de bosquenativo, principalmente de los tipos esclerfilo yroble-hualo, desde un 63,2% de la superficie en elao 1955, hasta un 19,2% en el ao 1997, paradar paso a plantaciones forestales casi exclusiva-mente con la especie Pinus radiata (D. Don), quedesde una nula presencia en 1955, llega a ocuparel 51,7% de la superficie al ao 1997.

Los anlisis de precipitaciones se iniciaron exa-minando los valores puntuales de precipitacin yse observ que existan valores mayores en la d-cada del 80, lo que hizo suponer que esta dcadahaba sido ms lluviosa. Para poder corroboraresto, se sum el total de lluvia cada en la cuencadurante los 40 aos, obtenindose un valor de32.495,3 mm. Los valores totales por dcadas semuestran en el cuadro 2, donde se observa queefectivamente en los 80 ocurrieron montos supe-riores de precipitacin que los ocurridos en lasdcadas del 60, 70 y 90. Adems, en la dcadadel 80 es cuando ocurre la mayor cantidad deaos con precipitaciones anuales que superan losmil milmetros, cinco aos, registrndose ademsel mayor monto de toda la serie estudiada, aohidrolgico 82/83 con 1.417,2 mm. De lo ante-rior, se puede asumir que las precipitaciones sevieron incrementadas en sus montos en la dcadadel 80 respecto de las dems dcadas.

CUADRO 1

Evolucin de la superficie forestal, cuenca ro Purapel.Land use evolution in Purapel river basin.

Superficie (ha)Clasificacin Ao 1955 % Ao 1978 % Ao 1997 %Bosque de P. radiata (D. Don) 0,0 0,0 5.115,5 19,3 13.677,9 51,7Bosque Nativo 16.737,9 63,2 13.698,8 51,8 5.214,6 19,7Poblados 16,8 0,1 17,5 0,1 34,4 0,1Terrenos de Uso Agrcola 1.464,9 5,5 1.092,3 4,1 2.393,4 9,0Praderas 2.486,4 9,4 1.926,3 7,3 984,7 3,7Matorral Abierto 2.885,3 10,9 1.708,9 6,5 942,3 3,6Matorral Semi-denso 2.557,9 9,7 2.081,0 7,9 2.172,2 8,2Matorral Denso 317,3 1,2 826,2 3,1 1.047,0 4,0TOTAL 26.466,5 100 26.466,5 100 26.466,5 100


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Las precipitaciones areales, mensuales y anua-les de la cuenca, estimadas segn los polgonos deThiessen, fueron corregidas con informacin de los9 pluvimetros instalados en el rea de estudiodurante el ao 2002. Con estos registros se pudoobtener un factor de correccin para cada mes (38).Estos factores de correccin presentaron valoresmuy cercanos a 1, que no cambiaron significativa-mente los valores estimados por los polgonos.

La prueba U de Mann-Whitney, que comparael periodo 1961/1978 con el periodo 1979/2000para meses hmedos y secos por ao, muestraque el periodo 1961/1978 no presenta diferencias

significativas con el periodo 1979/2000 a nivel dela serie total de meses. La misma prueba aplicadaa nivel de datos anuales revel que s existen di-ferencias significativas para las precipitacionesentre ambos periodos (cuadro 3).

Cuando se hizo el anlisis considerando slola suma de las precipitaciones de los meses h-medos y los secos, no se detectaron en amboscasos diferencias significativas segn la prueba Ude Mann-Whitney (cuadro 4).

Los caudales medios mensuales comparadosentre dcadas mostraron que existen variacionesentre los valores de la dcada del 80 al contrastar-

CUADRO 2

Precipitacin total cada por dcada.Total rainfall by decade.

Dcada Precipitacin) % Promedio (mm) Ao ms lluviosoTotal (mm) y valor asociado

60 6.606,8 20,3 660,7 1963 (1.133,8)70 8.554,7 26,3 855,5 1972 (1.393,6)80 9.703,2 30 970,3 1982 (1.417,2)90 7.630,6 23,4 763,1 1992 (1.225,7)

Total 32.495,3 100 812,4

Figura 3. Variacin de la ocupacin del suelo en relacin al tipo de cubierta vegetal en los aos 1957, 1978 y 1997.Variation of land use in 1957, 1978 and 1997.


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la con las dems dcadas (cuadro 5). Esta diferen-cia se puede explicar por los mayores valores deprecipitacin e intensidad ocurridos en los 80. Asi-mismo, si se compara el periodo 1961/1978 conel periodo 1979/2000, se aprecia que no existen

diferencias significativas entre ambos periodos, yello a nivel anual y mensual, lo cual estara dandoindicios que el cambio del tipo de cubierta vege-tal no estara afectando la produccin de agua dela cuenca (cuadro 6).

CUADRO 3

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de precipitacionesentre periodos 1961/1978 v/s 1979/2000.

U de Mann-Whitney test for rainfall comparison between 1961/1978and 1979/2000 periods.

Comparacin Zc Zt* Conclusin*

Total de meses 0,34 + 1,96 No existen diferencias significativasTodos los aos -1,99 + 1,96 Existen diferencias significativas

* Considerando un nivel de significancia estadstica de 0,05.

CUADRO 4

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de precipitaciones para meseshmedos y secos entre periodos 1961/1978 v/s 1979/2000.

U de Mann-Whitney test for rainfall comparison in wet and dry months,between1961/1978 and 1979/2000 periods.

Comparacin Zc Zt* Conclusin

Meses hmedos 1,10 + 1,96 No existen diferencias significativasMeses secos 0,52 + 1,96 No existen diferencias significativas


CUADRO 5

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de caudales entre dcadasU de Mann-Whitney test for runoff comparison, between decades

Comparacin de Dcadas

Variable 60-70 60-80 60-90 70-80 70-90 80-90

Caudal medio mensual - ** - ** - **

-: No existen diferencias entre dcadas, considerando un nivel de significancia estadsticade 0,05.

**: Existen diferencias entre dcadas, considerando un nivel de significancia estadstica de0,05.


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Por otra parte, si se realiza un anlisis grfi-co de la variable precipitacin, se puede obser-var el incremento de las precipitaciones ocurri-das en la dcada del 80 (figura 4), aprecindoselos montos anuales que superan la media de pre-cipitaciones para el perodo 812,4 mm. As, seobserv que 5 aos de la dcada de los 80 supe-ran la media, condicin que no ocurre en ningu-na otra dcada. Asimismo, si se realiza un grfi-co conjunto de las variables precipitacin ycaudal, se advierte la importante dependencia delos caudales respecto a las precipitaciones y decmo los valores se incrementan durante los aosochenta (figura 5).

Las variaciones de reservas presentaron uncomportamiento estadsticamente distinto respec-to a las otras variables. As, las reservas a nivelanual y por dcadas presentaron variaciones sig-nificativas segn la prueba Kruskall-Wallis (cua-

dro 7). Esta diferencia se present al comparar ladcada del 80 respecto a las otras dcadas, segnla prueba U de Mann-Whitney (cuadro 8).

CUADRO 6

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de caudales entre periodos1961/1978 v/s 1979/2000.

U de Mann-Whitney test runoff comparison between 1961/1978 and 1979/2000 periods.

Comparacin Zc Zt * Conclusin

Total de meses - 0,98 + 1,96 No existen diferencias significativasNivel anual 1,39 + 1,96 No existen diferencias significativas


0

200400

600800

1.000

1.2001.400

61-62 71-72 81-82 91-92 aos

Pp (mm)

Figura 4. Variacin de los valores anuales de precipi-tacin, 1960-2000.Variation of yearly rainfall values, 1960/2000.

Figura 5. Variacin de los promedios mviles de pre-cipitaciones y el caudal, 1960-2000.Variation of moving average for rainfall and runoff.

0

300

600

900

1.200

1 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

mm Q Pp

53 7 9 11

CUADRO 7

Prueba de Kruskal-Wallis de comparacinde reservas entre dcadas.

Kruskal-Wallis test for storage comparison.

Variable Estadstico Valor p Conclusin*

Dec60

Dec70 18,3954 0,000364 Existen variaciones

Dec80

Dec90


86

Al contrastar los periodos 1961/1978 con 1979/2000 se aprecia que segn la prueba U de Mann-Whitney s existen diferencias significativas a ni-vel mensual, pero no a nivel anual (cuadro 9).Asimismo y contrariamente a lo esperado, es enel segundo periodo en que estos valores se hacenmayores (figura 6), lo que obedecera a las mayo-res precipitaciones de los 80, que a cambios de lacobertura vegetal; o a que el bosque de Pinusradiata (D. Don) genera mayores reservas de aguasque el bosque nativo.

Los valores promedio del coeficiente de esco-rrenta (C) mensual se presentan en el cuadro 10,destacando los niveles cercanos a 0 de los mesesde estiaje, y los valores de los meses invernalesen que no se supera el valor C = 0,12. Adems, seobserva que en la mayora de los meses (9) losvalores no superan el 10% de coeficiente de esco-rrenta promedio.

El valor del C anual como promedio por dca-das no presenta mayores variaciones para las d-

CUADRO 8

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de reservas entre dcadas.U de Mann-Whitney test for storage comparison between decades.


Variable 60-70 60-80 60-90 70-80 70-90 80-90

Reservas anuales - ** - ** - -



CUADRO 9

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de reservasentre perodos 1961/1978 v/s 1979/2000.

U de Mann-Whitney test for storage comparison between1961/1978 and 1979/2000 periods.

Comparacin Zc Zt* Conclusin*

Total de meses 7,26 + 1,96 Existen diferencias significativasNivel anual 2,79 + 1,96 No existen diferencias significativas

* Considerando un nivel de significancia estadstica de 0,05

0200

600

800

1.000

1960 1970 1980 1990 2000Aos

Reservas (mm)

400

Figura 6. Valores anuales de la variacin de reservas.Yearly values of storage variation.

cadas 60, 70 y 90, presentando un mayor valor enla dcada del 80 (cuadro 11). Se esper que ladcada del 90, por las mayores superficies de plan-taciones forestales, presentase valores menores delC en comparacin con las dcadas del 60 y 70.Sin embargo, ello no fue as, y muy por el contra-


87

rio, el valor promedio del coeficiente de escorren-ta es superior en los 90 que en los 60 y 70. Estose debera a los montos de precipitaciones y a suocurrencia temporal, porque la precipitacin esuna variable de influencia directa, mientras que eltipo de cobertura vegetal y las condiciones de sueloinfluyen indirectamente a travs del clculo delas precipitaciones efectivas.

Por otra parte, se compararon los datos pordcada a nivel anual. El cuadro 12 muestra losresultados de la prueba U de Mann-Whitney, enque se comprueba que la dcada del 80 es la quepresenta diferencias significativas con las restan-tes, en tanto que las del 60, 70 y 90 no presenta-ron diferencias entre ellas.

Al comparar entre los periodos 1961/1978 con1979/2000 se observa que segn la prueba U deMann-Whitney no existen diferencias significati-vas a nivel anual (cuadro 13), con lo cual no exis-ten antecedentes para determinar que se ha produ-cido una variacin en los coeficientes deescorrenta entre los dos periodos analizados.

Los caudales mximos (Qp), aparte de ser com-parados entre dcadas y perodos, se compararon

CUADRO 10

Valores promedios de C para cada mes entre 1960-2000.Mean values of monthly runoff coefficient, 1960-2000.

Meses

Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar

Valores 0,0087 0,038 0,113 0,117 0,102 0,076 0,036 0,018 0,016 0,002 0,000 0,008

CUADRO 11

Valores promedio de C anuales por dcadas entre1960-2000.

Mean values of yearly runoff coefficient by decadesbetween 1960 and 2000.

Dcada Coeficiente de escorrenta promedio

60 0,05070 0,06480 0,10290 0,070

CUADRO 12

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de C entre dcadas.U Mann-Whitney test for runoff coefficient comparison between decades


Variable 60-70 60-80 60-90 70-80 70-90 80-90

Coeficiente de escorrenta anual - ** - ** - **



entre valores invernales y estivales. Como era deesperar, los mayores valores ocurren durante losmeses de invierno (mayo, junio, julio y agosto).Por otra parte, si se analiza cundo ocurren losmnimos caudales de los valores estivales, stosse presentan en los meses de enero y marzo de ladcada del 90, mientras que sus valores ms altostienden a ocurrir en la dcada del 80 (noviembre,diciembre y enero).

Al comparar los caudales mximos promedioanual, con el promedio de los 40 aos (21,65 m3/s),


88

la cantidad de datos sobre y debajo este promedioresult ser similar, con 19 valores sobre el caudalmximo promedio anual y 21 datos por debajo deesta cifra. Sin embargo, durante los primeros 20 aosen estudio, la mayor cantidad de datos se ubica bajoel promedio anual, mientras que a partir de la segun-da mitad, la mayora de los caudales mximos anua-les se ubican por sobre el valor promedio (figura 7).Esto refleja un incremento importante de los cauda-les mximos anuales a partir de la dcada del 80,presentndose el mayor valor de caudal mximoanual en el ao 91/92, con 54,5 m3/s.

Al aplicar la prueba U de Mann-Whitney a loscaudales mximos promedio anuales, se observaque slo existen diferencias para la comparacinhecha entre las dcadas 60-80 y 70-80 (cuadro14). Al realizar la misma prueba, para los cauda-les mximos anuales, se observa que no existendiferencias significativas en ninguna de las com-paraciones, lo cual indica que los caudales mxi-

CUADRO 13

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de Centre periodos 1961/1978 v/s 1979/2000.

U Mann-Whitney test for runoff coefficient comparison between1961/1978 and 1979/2000 periods.

Comparacin al nivel anual Zc Zt* Conclusin

Coeficiente de escorrenta anual 1,58 + 1,96 No existen diferenciassignificativas


Caud

ales

(m3 /s

)

0

10

20

30

40

50

60

1960 1970 1980 1990 2000Aos

Caudales Promedio

Figura 7. Caudales mximos promedio anual v/s pro-medio del periodo.Mean yearly peak flows v/s period average.

mos de cada ao se han mantenido similares a lolargo de los 40 aos. Lo mismo ocurre en el casode los caudales mximos estivales, los que tam-poco presentaron diferencias significativas.

CUADRO 14

Prueba U de Mann- Whitney de comparacin de caudales mximosentre dcadas.

U Mann-Whitney test for peak flows comparison between decades.


Variable 60-70 60-80 60-90 70-80 70-90 80-90

Caudales mximos anuales - - - - - -Caudales mximos estivales - - - - - -Promedio anual de caudalesmximos - ** - ** - -

-: No existen diferencias entre dcadas, considerando un nivel de significancia estadstica de 0,05.**: Existen diferencias entre dcadas, considerando un nivel de significancia estadstica de 0,05.


89

ReservasCoefic ientede Escorrent a

Precipi tacin

Caudales PuntasCaudales

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1.000

1.200

3 9 13 21 23252729 3133353739

P p , Q , Q p

0 ,000 ,020 ,040 ,060 ,080,100,120,140,160,18

C y R

1 5 7 11 15 17 19

El hecho de que para los caudales mximosestivales no existan diferencias entre dcadas,constituye un dato importante, ya que los cauda-les estivales no se ven influenciados por las pre-cipitaciones sino ms bien por las reservas de agua,y stas a su vez por la mayor o menor presenciade vegetacin; por lo tanto, cambios importantesde cobertura vegetal, deberan reflejar cambios decaudal estival, lo cual no se advierte en la cuencadel ro Purapel.

Al comparar entre los perodos 1960/1978 y1979/2000, los resultados muestran que no exis-ten diferencias significativas para los promediosanuales los caudales mximos anuales y para loscaudales mximos estivales (cuadro 15). Esto re-afirma lo ya sealado, respecto a las diferenciasque presenta la dcada del 80 respecto de lasdems dcadas.

Finalmente, al realizar un anlisis grfico detodas las variables por medio de los promediosmviles, se observ un comportamiento similarde las tendencias, estando marcadas por la con-ducta que establecen las precipitaciones (figura8). La serie muestra un marcado incremento enlos aos 80 en comparacin con el resto del pe-rodo (figura 9). Si a estos resultados se sumanlos obtenidos en las pruebas estadsticas dondetodas las variables presentaron valores ms altosen su anlisis cuando se estudiaba la dcada del80 y su contraste con las dems dcadas, entoncesse puede decir que es esta dcada la que presentacondiciones hidrolgicas distintas. La explicacina esta situacin se encontrara en las precipitacio-nes ocurridas durante esta dcada, las cuales sonmayores en montos e intensidades comparada conlas dems dcadas, siendo estas caractersticas las

CUADRO 15

Prueba U de Mann-Whitney de comparacin de caudales mximosentre periodos 1961/1978 v/s 1979/2000.

U Mann-Whitney test for peak flows comparison between 1961/1978and 1979/2000 periods.

Comparacin al nivel anual Zc Zt* Conclusin

Mximo caudal punta anual -1,69 + 1,96 No existen diferencias significativas

Mximo caudal punta estival -1,58 + 1,96 No existen diferencias significativas

Caudal punta promedio anual -1,91 + 1,96 No existen diferencias significativas


Figura 8. Variacin de los promedios mviles anuales,1960-2000.Variation of yearly moving average, 1960/2000.

Figura 9. Grfica de tendencias para la serie, 1960-2000.Trends graph for 1960-2000 values.

0

300

600

900

1.200

1 7 9 13 15 19 2123 25 2729 3133 35 3739

C y RPp, Q y Qp

0,00

0,10

0,20

0,30Pp Q QpC R

3 5 11 17


90

responsables del incremento en los valores de lasvariables analizadas. Segn estos antecedentes, laprecipitacin es la variable ms influyente sobrelos distintos componentes del balance hdrico, locual explica por qu los dos tipos de bosquesanalizados, nativos y plantaciones forestales dePinus radiata (D. Don), presentan un comporta-miento hidrolgico similar. Entonces, es posiblesealar que los valores de las variables hidrolgi-cas estudiadas no estaran en funcin de las plan-taciones de Pinus radiata (D. Don), sino que seencontraran relacionadas con las precipitacionesy las intensidades con las que stas caen sobre lacuenca.

CONCLUSIONES

En la cuenca del ro Purapel, y segn se des-prende del anlisis multitemporal de la vegetacinrealizado, se produjo un proceso masivo de sustitu-cin, reemplazndose superficie de bosque nativopor plantaciones de Pinus radiata (D. Don), proce-so que fue ms notorio desde la segunda mitad dela dcada del 70 hasta la primera mitad de la dca-da del 80, donde las plantaciones de pino insignepasaron desde un 19,3% al 51,7% de la superficie,en desmedro de la superficie cubierta por bosquenativo que pas de un 51,8% a un 19,7%.

El comportamiento hidrolgico de los dos ti-pos de bosques en la cuenca del ro Purapel sepuede considerar en trminos generales que essimilar para el periodo 1961/1978 (de mayor su-perficie con bosque nativo) y el periodo 1979/2000 (con mayor influencia de plantaciones fo-restales) y ello en funcin de la inexistencia dediferencias significativas a nivel mensual y anualde las variables precipitacin, caudal, coeficientede escorrenta y caudales mximos. Slo las re-servas presentan un comportamiento distinto, yaque se incrementan en el perodo 1979/2000, cuan-do la superficie de la cuenca tiene una mayorinfluencia de plantaciones con pino insigne. Losresultados obtenidos se ven ratificados al utilizarlos valores del mtodo del Nmero de Curva delU.S. Soil Conservation Service, donde se apreciaque los datos para los dos tipos de bosques anali-zados, son similares entre s, lo cual corroboraraun similar comportamiento hidrolgico de ambasmasas forestales, por una parte, y desde otra pti-ca, determinara que las aproximaciones en cifras

del mtodo del Nmero de Curva parecen ser lasadecuadas.

El anlisis de los resultados lleva a estable-cer que en la cuenca del ro Purapel el elementoms determinante en el comportamiento hidrol-gico es la cantidad e intensidad de las precipita-ciones cadas a nivel mensual y anual, y no eltipo de cobertura vegetal boscosa, en el contextode la escala utilizada, 250 km2, existiendo unaalta probabilidad de encontrar cambios en losvalores totales escurridos si se utiliza una escalade trabajo menor.

Los registros de precipitacin muestran queen la dcada de los aos 80 se incrementaron demanera importante los montos y las intensidadesocurridas, elemento que a su vez ejerce un mar-cado control sobre el resto de las variables ana-lizadas, segn se pueden apreciar en las figuras5, 8 y 9.

Los anlisis hechos por otros autores indicanque la influencia de la cubierta vegetal est en lamodificacin de las condiciones fsico-qumicasdel perfil de suelo, afectando las condiciones depermeabilidad y la capacidad de retencin de hu-medad, caractersticas que ocurren en la cuencadel ro Purapel, pero que no son dismiles entre lacubierta vegetal nativa y la de plantaciones fores-tales, con lo cual no existen antecedentes paraaseverar que un cambio de la cobertura vegetalboscosa haya provocado un cambio en el rgimenhdrico.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Fondo Nacional deDesarrollo Cientfico y Tecnolgico, quien hizoposible la realizacin de este estudio, como partede un anlisis mayor para la cuenca del ro Pura-pel (Proyecto FONDECYT 1010590).

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Recibido: 10.11.04.Aceptado: 28.03.05.

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Masas Boscosas en El Regimen Hidrico