Este artículo presenta una revisión del tema del aumento del flujo base, incluyendo la teoría y estudios de casos. El objetivo es centrar la atención de los gestores de los recursos de agua y tierra en este tema.

2.  ASPECTOS HIDROLÓGICOS

El flujo de agua y humedad debajo de la superficie de la tierra ocurre en condiciones no saturadas o saturadas. En la zona no saturada, la dirección preferida de movimiento de la humedad es vertical, por percolación, hacia la zona saturada; por el contrario, la dirección preferida de movimiento de la humedad en la zona saturada es horizontal, hacia las áreas de descarga del acuífero (Mull, 1986).

Los caudales bajos de los arroyos generalmente se deben a la descarga del acuífero. Por lo tanto, el aumento del flujo base puede resultar en la conversión de arroyos efímeros e intermitentes a arroyos permanentes. Los arroyos efímeros suelen ser influyentes y sirven como áreas de recarga del acuífero; por el contrario, los arroyos permanentes suelen ser efluentes y sirven como áreas de descarga del acuífero. Los arroyos intermitentes pueden cambiar su carácter de efluente a influente, según la temporada.

Dada una litología y topografía adecuadas, es posible que el flujo no saturado contribuya al flujo de la corriente. Sin embargo, el mantenimiento de caudales bajos parece ser posible sólo en los arroyos que permanecen efluentes durante la estación seca. Las siguientes condiciones se requieren para asegurar que una corriente continue siendo efluente:

1. El acuífero drenante debe recargarse estacionalmente con cantidades adecuadas de humedad proveniente de fuentes naturales y/o artificiales.

2. El nivel freático debe estar lo suficientemente poco profundo como para que el arroyo lo cruce.

3. El tamaño del acuífero y las propiedades hidráulicas deben favorecer el mantenimiento de caudales durante la estación seca.

Estas condiciones están relacionadas. En términos generales, la recarga adecuada de los acuíferos conduce a niveles de agua subterránea poco profundos; a su vez, las capas freáticas poco profundas conducen a efluentes, es decir, arroyos permanentes. Por lo tanto, una recarga adecuada del acuífero debería resultar en que los arroyos fluyan en forma permanente durante todo el año. Para un clima dado, cuanto mayor es la fracción de precipitación que se permite que infiltre, más probable es que el agua infiltrada eventualmente reponga los depósitos locales de agua subterránea.

El agua que no se infiltra puede acumularse en las depresiones superficiales o, como es el caso más general, estar disponible para la escorrentía superficial. En suelos superficiales de baja permeabilidad, ya sean naturales o inducidos por el hombre, el aumento de la escorrentía superficial puede provocar daños por inundaciones. Además, el aumento de la escorrentía superficial mejora considerablemente la capacidad del flujo para arrastrar sedimentos, lo que resulta en mayor deposición de sedimentos en reservorios y disminución de la calidad del agua.

Si bien la recarga de los acuíferos está sujeta al manejo, las propiedades hidráulicas de los acuíferos están determinadas en gran medida por su naturaleza. Por lo tanto, es posible lograr un aumento del caudal base aumentando la recarga estacional del acuífero. Además, el tamaño del acuífero y las propiedades hidráulicas se pueden utilizar para identificar aquellos acuíferos que se pueden manejar fácilmente para aumentar el caudal base. En general, los acuíferos grandes y de drenaje relativamente lento son buenos candidatos para el aumento del caudal base. Por otro lado, los acuíferos pequeños y de drenaje relativamente rápido no son buenos candidatos para el aumento del caudal base.

3.  ASPECTOS HIDRÁULICOS

Dada la recarga adecuada del acuífero, el aumento del caudal base depende de las características del acuífero, incluidas sus características geométricas y propiedades hidráulicas. Las características geométricas del acuífero determinan su tipo, tamaño y límites. Las propiedades hidráulicas ayudan a establecer la velocidad de drenaje, lo que a su vez determina si el acuífero puede continuar drenando durante el verano.

La velocidad de recesión del flujo base está determinada por la interacción entre el flujo superficial y el subsuperficial cerca de los bancos. El drenaje de acuíferos de ancho finito a las corrientes vecinas sigue la siguiente curva de decaimiento exponencial (Cooper y Rorabaugh, 1963):

Q = Qo e -αt

(1)

en la cual Q es el flujo base en el tiempo t después de Q_o, y α = constante de recesión definida como sigue:

π 2 T α = __________          4 S L2

(2)

en la cual T = transmisividad, S = coeficiente de almacenamiento y L = ancho del acuífero. Por lo tanto, la velocidad de drenaje del acuífero aumenta con la difusividad del acuífero (T/S) y disminuye con el cuadrado de su ancho (L). En teoría, cuanto menor es la difusividad del acuífero y mayor el ancho del acuífero (medido perpendicular a la alineación del arroyo), menor es la velocidad de drenaje del acuífero y mayor es la probabilidad de que el arroyo permanezca como efluente durante todo el año.

Para aplicaciones prácticas, la constante de recesión α se puede obtener de la Ec. 1 utilizando datos de recesión de flujo base. Además, dada una estimación del ancho del acuífero L, el coeficiente de almacenamiento S y la transmisividad T, la Ec. 2 se puede utilizar para calcular la constante α. Dados los parámetros del acuífero, conocidos, estimados u obtenidos por calibración utilizando datos de caudales, la Ec. 1 se puede utilizar en modo predictivo para calcular curvas de recesión del flujo base.

4.  ASPECTOS VEGETATIVOS

Los aspectos vegetativos del aumento del flujo base están comenzando a recibir una mejor atención. Esto ha seguido de cerca el renovado interés público en las áreas ribereñas, su hidrología, ecología y manejo. Las áreas ribereñas son las franjas de tierra generalmente estrechas que bordean arroyos, ríos y otros cuerpos de agua. Las áreas ribereñas generalmente albergan una gran diversidad de vegetación. En las regiones semiáridas, la vegetación ribereña es típicamente freatófitas, o plantas de pozo, es decir, plantas que pueden sobrevivir los meses secos de verano extrayendo humedad del subsuelo y del agua subterránea (Meinzer, 1927).

Hasta principios de la década de 1970, las freatófitas se consideraban en gran medida una molestia, ya que consumían grandes cantidades de agua, particularmente en el oeste semiárido de los Estados Unidos. Sin embargo, la última década (la de. 1980) ha sido testigo de un cambio gradual en el rol de las áreas ribereñas (U.S. General Accounting Office, 1988). Las áreas ribereñas ahora se perciben ampliamente como beneficiosas, impactando positivamente una amplia gama de funciones de arroyos, incluido el control de agua y sedimentos, la estabilidad de canales y riberas, hábitat de peces y vida silvestre, temperatura y calidad del agua y estética del paisaje. Las áreas ribereñas ayudan a almacenar grandes cantidades de agua en riberas y lechos de arroyos, y la vegetación consume solo una fracción del aumento de almacenamiento. La cantidad de agua consumida por la vegetación ribereña se considera un pequeño precio a pagar por los múltiples beneficios que pueden derivarse de las zonas ribereñas en buen estado de conservación.

La relación entre el aumento del caudal y la vegetación ribereña no está clara aún, a pesar de los muchos esfuerzos para documentar el vínculo (Heede, 1977; Stabler, 1985; Elmore y Beschta, 1987). Un escenario plausible parece ser el siguiente: el aumento de la humedad del subsuelo en las márgenes de los arroyos, como resultado del reabastecimiento natural y/o artificial de los acuíferos, fomenta el establecimiento y crecimiento de la vegetación ribereña y asegura su supervivencia de año a año. A su vez, la vegetación ribereña aumenta la deposición de sedimentos, la infiltrabilidad del suelo, la capacidad de retención de humedad del suelo y reduce la velocidad de los arroyos, lo que aumenta aún más la velocidad de reposición de humedad del subsuelo durante los caudales altos. El aumento de la reposición de humedad del subsuelo conduce a un flujo de agua subterránea saturada y a la acumulación de agua subterránea, y elevando el nivel freático cerca del banco del río. Con un acuífero de las propiedades geométricas e hidráulicas adecuadas, el aumento del nivel freático cerca de las riberas puede cambiar el carácter del arroyo de intermitente a perenne. Además, la magnitud y duración de los caudales de estiaje es función de las propiedades del acuífero y de la eficacia y cantidad de su recarga.

5.  ESTUDIOS DE CASO

Aquí se revisan cuatro estudios de caso de aumento del flujo base: (1) Arroyo Camp, Oregon; (2) Represa Barrera del Arroyo Sheep, Utah; (3) Arroyo Alkali, Colorado; y (4) Arroyo Trout, Colorado.

Arroyo Camp, Oregon

La experiencia de Arroyo Camp se considera un ejemplo clásico de aumento exitoso del caudal base después de un buen manejo de la zona ribereña (Elmore y Beschta, 1987). El Arroyo Camp, un afluente del río Crooked, se encuentra a unos 43 km al este del embalse de Prineville en el condado de Crook, en el centro semiárido de Oregon. El arroyo tiene unos 64 km de longitud, incluidas sus bifurcaciones sur, central y oeste. Antes de un asentamiento extenso a mediados del siglo XIX, el área drenada por el Arroyo Camp era un humedal herboso, con vegetación predominantemente herbácea y un nivel freático poco profundo mantenido al alcance de las raíces durante todo el año. La vegetación herbácea fomentaba la infiltrabilidad del suelo y hacía posible una reposición eficaz del acuífero de año a año. Alrededor del fin del siglo XIX, el sobrepastoreo en la pradera (pérdida de vegetación herbácea junto con una menor infiltrabilidad del suelo superficial causada por el pisoteo del ganado) condujo a un aumento de la escorrentía superficial y al desarrollo incipiente de barrancos. En estas condiciones, las fuertes inundaciones provocaron una erosión acelerada del barranco y llevaron al desarrollo del corte profundo del canal con bancos casi verticales que ahora atraviesa el valle. Winegar (1977) ha documentado profundidades del barranco que van desde 4.5 a 7.5 m y anchos de 7.5 a 30 m.

Con el tiempo, la inadecuada reposición del acuífero provocó el drenaje de la pradera y el descenso del nivel freático hasta el punto en que quedó permanentemente fuera del alcance de la mayoría de las especies herbáceas. Durante un período de varias décadas, esta desafortunada secuencia de eventos llevó a la transformación de la pradera del Arroyo Camp, de un humedal herboso a un área que solo podía albergar especies de tierras secas, con la artemisa asumiendo el rol del tipo de vegetación predominante. La pradera del Arroyo Camp y sus alrededores, que originalmente proporcionaba un medio de vida para aproximadamente 75 personas, ahora sólo puede mantener a una sola familia (Wayne Elmore, comunicación personal).

Hace unos 20 años, el Departamento de Pesca y Vida Silvestre de Oregón y la Oficina de Gestión de Tierras del Departamento del Interior de los Estados Unidos tomaron medidas para revertir la desertificación del valle del Arroyo Camp. A partir de 1968, se cercaron longitudes cada vez mayores del Arroyo Camp (hasta aproximadamente 6 km) para excluir el ganado, y las cercas continúan hasta la fecha (1990). A lo largo de los años transcurridos desde el cercado original, la exclusión del ganado ha permitido el establecimiento de una zona ribereña saludable. Esto ha llevado a una acumulación del lecho del río y de las riberas, un canal de flujo bajo más profundo y estable, y una reducción en la cantidad de sedimento que transporta el arroyo. La agradación neta del lecho del río continúa hasta la fecha.

Un subproducto del cercado del Arroyo Camp ha sido el aumento considerable de los flujos de estiaje dentro del área cercada. A pesar de la reciente investigación de campo para documentar el sistema de aguas subterráneas en el Arroyo Camp, los mecanismos responsables de este fenómeno no se han examinado con claridad. La presencia del cercado, que da como resultado el establecimiento de vegetación ribereña, el incremento de los volúmenes de los bancos, la agradación en el canal y los cambios posteriores en la pendiente del arroyo aguas arriba y dentro del área cercada, pueden ser responsable de la elevación del nivel freático, lo que disminuye el gradiente de salida al arroyo, la cual ralentiza la tasa de drenaje del acuífero (Barber, 1988).

Detalle del Arroyo Camp (foto de 1989).

Represa Barrera en el Arroyo Sheep , Utah

El Proyecto del Área de Conservación de Recursos del Arroyo Sheep se implementó de 1957 a 1966 para estabilizar y rehabilitar la cuenca superior del Arroyo Sheep, un afluente del río Paria, en el suroeste de Utah. El proyecto del Arroyo Sheep fue un esfuerzo cooperativo que involucró a seis agencias federales, la División de Recursos de Vida Silvestre de Utah y propietarios privados. Las medidas de rehabilitación y estabilización incluyeron la construcción de represas de detención, sistemas de esparcidores de agua en diques, tapones de barrancos y represas de retención de sedimentos. Además, se llevaron a cabo numerosos proyectos de siembra y control de matorrales, y se intensificó el manejo del pastoreo (Hooper et al., 1987).

Como parte del proyecto, la Oficina de Recuperación de Tierras (Bureau of Reclamation) construyó la represa barrera en el Arroyo Sheep, una gran represa de detención en el curso principal del Arroyo Sheep, en el extremo inferior del área del proyecto. Esta presa ha tenido mucho éxito en atrapar sedimentos erosionados de barrancos y otras fuentes de sedimentos que se originan en la cabecera de la cuenca. En 1961, sólo un año después de la finalización de la presa, su depósito se llenó completamente de sedimentos hasta la elevación de la cresta del aliviadero. Durante los años siguientes, el sedimento siguió acumulándose detrás de la presa, creando una cuña de sedimento que en 1984 se extendía 1424 m aguas arriba hasta alcanzar una elevación de 18 m sobre la cresta del aliviadero. Más del 75 por ciento del depósito total de sedimentos detrás de la presa Barrera del Arroyo Sheep está ahora por encima de la cresta del aliviadero (Van Haveren et al., 1987).

Se han establecido rodales saludables de vegetación ribereña en aproximadamente 6.6 ha de superficie por encima del depósito de sedimentos. Un pequeño canal, con una capacidad promedio de 2.6 m³/s, está actualmente incidido en la cuña de sedimentos que se ha formado entre el aliviadero y el canal natural aguas arriba. Un flujo permanente en la presa ha resultado del drenaje lento del agua del depósito de sedimento acumulado. La inundación ocurre en la cuña de sedimentos para todos los eventos de escorrentía importantes. La inundación sirve para distribuir los flujos lateralmente y reducir los picos de escorrentía. Además, las inundaciones reducen la energía de los arroyos, fomentan la deposición de sedimentos y recargan el acuífero. El tamaño y las características de recarga de la cuña de sedimento en la presa Barrera del Arroyo Sheep aparentemente son adecuadas para mantener el flujo permanente en el sitio de la presa.

El Arroyo Sheep fluyendo hacia la represa barrera, mostrando un flujo permanente (foto de 1989).

El Arroyo Alkali, Colorado

El Arroyo Alkali se encuentra en el Bosque Nacional White River, 32 km al sur de Silt, Colorado. En 1958, el Servicio Forestal del Departamento de Agricultura inició el proyecto de Rehabilitación de Agua y Suelo del Arroyo Alkali, en respuesta al aumento de la presión del uso de la tierra, como lo demuestra el desarrollo acelerado de barrancos a lo largo de la primera mitad del siglo XX. El crecimiento del barranco se atribuye al efecto combinado de la sequía y el pastoreo excesivo, así como al uso excesivo de las tierras agrícolas aguas abajo de la cuenca. El uso excesivo de las tierras condujo a una mayor incisión de los canales, lo que resultó en la disminución del nivel de base del Arroyo Alkali (Heede, 1977).

Las cabeceras del Arroyo Alkali, de unos 2.5 kilómetros cuadrados de superficie, se cercaron entre 1958 y 1966 para excluir el pastoreo de ganado. En 1963, el Servicio Forestal construyó 133 represas de contención en aproximadamente la mitad de los barrancos ubicados dentro del área del proyecto. Cuatro barrancos, con una longitud total de 580 m, se convirtieron en cursos de agua bordeados de vegetación. Siete años después, el flujo previamente efímero se volvió perenne, aunque no hubo cambios notables en la precipitación media anual durante el período. El cambio de flujo efímero a perenne en el Arroyo Alkali se atribuye al establecimiento de vegetación en los barrancos ubicados aguas arriba de las represas de contención.

Los canales con vegetación y las represas de contención pudieron moderar las velocidades de flujo, detener la erosión del barranco y fomentar la deposición de sedimentos. Con el tiempo, los depósitos de sedimentos detrás de las represas actuaron como acuíferos artificiales, reteniendo las aguas de la inundación y creando un ambiente suficientemente húmedo para estimular el crecimiento de vegetación ribereña. Una vez establecida, la vegetación ribereña ayudó a la reposición del acuífero al reducir las velocidades de flujo, atrapar sedimentos y aumentar la infiltración. Las cantidades de humedad almacenadas en las riberas y los fondos de los arroyos cerca de e inmediatamente aguas arriba de las represas de control son aparentemente suficientes para mantener el flujo perenne en la boca (salida de la cuenca) del arroyo Alkali.

Dos de las 133 represas de contención construidas por el Servicio Forestal de los Estados Unidos
en la cuenca del Arroyo Alkali (foto de 1989).

Arroyo Trout, Colorado

La cuenca del Arroyo Trout se encuentra dentro del Bosque Nacional San Isabel, al este de Buena Vista, Colorado. Tras el asentamiento a mediados del siglo XIX, la cuenca del Arroyo Trout fue sometida a una explotación intensiva para la producción de madera, ganadería y agricultura. La tala de árboles, el pastoreo excesivo y numerosos incendios forestales despojaron la cuenca de su vegetación natural, fomentaron la erosión acelerada y llevaron al desarrollo de una extensa red de barrancos. En 1933, se estableció el Cuerpo de Conservación Civil (C.C.C.) del Arroyo Trout para llevar a cabo trabajos de rehabilitación de cuencas. Las actividades entre 1933 y 1938 dieron lugar a la construcción de nueve represas de hormigón, 53,996 represas temporales (roca, troncos, matorrales), 164 ha de siembra de barrancos y césped, 1.2 ha de protección de riberas, 4 km de terrazas, 12 ha de plantación de árboles en cárcavas y 2,357 ha de plantación de árboles en las tierras de cabecera, con un 38 por ciento considerado exitoso. El trabajo de rehabilitación continuó hasta 1953, con siembra de pasto y plantación de arbustos (Jauch, 1957). Los muchos miles de tapones de barrancos del tipo de troncos de roca construidos por el Cuerpo de Conservación Civil produjeron una marcada desaceleración de la escorrentía que contribuyó a la estabilización de los barrancos. Las variadas estrategias de conservación del suelo y el agua probadas en el Arroyo Trout, incluidos tapones de barrancos, diques esparcidores de agua, zanjas de contorno, siembra, etc., ayudaron a restaurar la cubierta vegetal, estabilizar el suelo y el agua y elevar el nivel freático para restaurar los prados a su condición original (o anterior al impacto). Además, el depósito de sedimentos acumulado en las estructuras de control de barrancos ha actuado como acuíferos artificiales, almacenando humedad del subsuelo para su eventual liberación como flujo base (Van Haveren, 1986). En la última década, los castores se han mudado a la cuenca del Arroyo Trout, que ahora tiene muchas represas y estanques de castores. Estas represas contribuyen a la reposición de la humedad del subsuelo y fomentan el establecimiento de un flujo permanente en los drenajes del Arroyo Trout. Muchos de estos drenajes están ahora completamente curados o bien en proceso de curación, lo que apunta al éxito de los tratamientos estructurales y vegetativos combinados implementados en la cuenca del Arroyo Trout.

Represa de castores en la cuenca del Arroyo Trout (foto de 1989).

6.  ESTRATEGIAS DE MANEJO PARA EL AUMENTO DE FLUJO BASE

En la literatura se han propuesto varias estrategias para el aumento del flujo base. Invariablemente, se enfocan en la reposición de agua subsuperficial y subterránea durante la temporada de lluvias, para su posterior liberación durante la estación seca. Las cantidades específicas de recuperación del caudal base dependerán del tamaño y las propiedades hidráulicas del acuífero, así como de la intensidad del manejo.

Las estrategias de manejo para el aumento del caudal base se clasifican en las siguientes categorías: (1) manejo de pastizales, (2) manejo de vegetación de tierras de cabecera, (3) manejo de vegetación ribereña, (4) detención y retención de la escorrentías en tierras de cabecera y (5) el uso de estructuras dentro de los cursos de agua.

Manejo de pastizales

El objetivo del manejo de pastizales es optimizar el uso de los recursos de pastizales mediante la manipulación del ecosistema. Los beneficios del manejo de pastizales incluyen pastoreo de ganado, conservación del suelo y agua, mejoras del hábitat para la vida silvestre, mejoras en recreación, y mejoras en estética.

Los efectos hidrológicos del pastoreo de ganado se han reconocido durante varias décadas (Departamento de Agricultura de EE. UU., 1940). Blackburn (1984), Skovlin (1984) y Platts (1989) ofrecen revisiones exhaustivas del tema. Blackburn (1984) se centra en los impactos de los sistemas de pastoreo especializados en las características y la respuesta de las cuencas. Skovlin (1984) analiza los impactos del pastoreo en los humedales y el hábitat ribereño. Platts (1989) evalúa las estrategias de manejo del pastoreo con respecto a su compatibilidad con los requisitos de la zona ribereña y la pesca para producción.

El pastoreo mal administrado de ganado afecta la respuesta de la cuenca al eliminar la cubierta vegetal protectora y propiciar el pisoteo excesivo. La eliminación de la vegetación tiene los siguientes efectos: (1) aumenta la energía de impacto de las gotas de lluvia, lo que fomenta la erosión por salpicadura y el desalojo de las partículas del suelo de la superficie; (2) disminuye la materia orgánica del suelo, reduciendo la infiltrabilidad del suelo; y (3) aumenta la escorrentía superficial, fomentando el arrastre y transporte de sedimentos finos en suspensión y el eventual desarrollo de costras superficiales relativamente impermeables, lo que favorece aún más la escorrentía superficial y la erosión laminar. El pisoteo excesivo tiene los siguientes efectos: (1) destruye la cubierta protectora de la basura vegetal, disminuye la infiltración y la detención de la superficie y aumenta la escorrentía superficial, y (2) aumenta la densidad aparente del suelo debajo de la superficie, disminuyendo la infiltración del suelo y aumentando la escorrentía superficial.

El efecto neto del pastoreo mal administrado es un aumento de la escorrentía superficial y la erosión, y una menor tasa de reposición de la humedad del subsuelo. A lo largo de los años, numerosos estudios han demostrado que el pastoreo descontrolado de ganado en el oeste semiárido de los Estados Unidos tiene un efecto pronunciado en la conservación del suelo y el agua. Sin embargo, prohibir o limitar sustancialmente el pastoreo en los pastizales públicos del oeste de los E.E.U.U. no parece ser una solución políticamente viable en este momento. Si la exclusión del pastoreo es imposible, el manejo de pastizales se considera actualmente una alternativa viable. El manejo de pastizales tiene como objetivo controlar la intensidad, duración y temporada de uso de la vegetación por parte del ganado. Un plan de manejo de pastizales prescribe estrategias de pastoreo rotativas que controlan la distribución del ganado para cumplir con los objetivos de manejo. Si se le da la opción, el ganado tenderá a concentrarse en áreas ribereñas; por lo tanto, estas áreas a menudo se sobreutilizan, mientras que el forraje en las tierras de cabecera adyacentes permanece subutilizado. Los sistemas de gestión de pastizales están diseñados para distribuir más uniformemente la presión de pastoreo, mejorar los pastizales y garantizar la sostenibilidad de los recursos renovables.

La exclusión del ganado de algunos de los pastizales áridos y escarpados del país puede ser una opción deseable y viable. Sin embargo, las soluciones extremas, como el pastoreo intenso continuo o la exclusión total del pastoreo, no parecen ser objetivos realistas de manejo. Se necesitan programas de investigación de campo y demostración para establecer los impactos hidrológicos de los sistemas de pastoreo especializados, incluyendo: (1) el efecto de la intensidad del pastoreo o la tasa de carga (ligera, moderada o pesada); (2) sistemas de pastoreo diferido, de rotación, de descanso-rotación y de rotación diferida; y (3) estrategias de pastoreo para hábitats ribereños de arroyos. Estos estudios ayudarían a identificar las prácticas de pastoreo que mejor se adapten a un sitio determinado, de clima, vegetación, suelo y relieve topográfico dados.

El buen manejo de los pastizales es una estrategia de gestión viable para el aumento del flujo base. Los pastizales mal administrados conducen invariablemente a la degradación de las cuencas, la escorrentía superficial excesiva, las inundaciones, la erosión acelerada, el agotamiento de la humedad del subsuelo, abatimiento de las aguas subterráneas, y la pérdida del caudal base. Por el contrario, numerosos ejemplos muestran los múltiples beneficios de la gestión racional de los pastizales, incluida la conservación eficaz del suelo y agua, la reducción de la incidencia de inundaciones, un mejor control de la erosión y una reposición adecuada de la humedad del subsuelo, lo que a menudo se traduce en ganancias netas en el caudal base (ver, por ejemplo, Copeland, 1960; Heeds, 1977; Blackburn, 1984; Elmore y Beschta, 1987). Con la planificación, implementación y monitoreo adecuados de las prácticas de uso de la tierra, el pastoreo de ganado y el aumento del caudal base son objetivos de gestión compatibles.

Manejo de la vegetación de las tierras de cabecera

Los efectos del manejo de la vegetación de las tierras de cabecera sobre el aumento del caudal base no están muy bien definidos hasta la fecha. En el pasado, el énfasis se ha centrado principalmente en los efectos de la tala de vegetación (bosques y arbustos) en la producción de agua, más que en el aumento del caudal base. Numerosos estudios han intentado relacionar la tala de vegetación con el aumento de la producción de agua, con resultados mixtos. Por ejemplo, Hibbert (1971) mostró que en condiciones favorables, la producción de agua puede incrementarse mediante la conversión de chaparral a pasto en Arizona. La cantidad de aumento depende de la profundidad del suelo y la capacidad de almacenamiento de humedad, la profundidad y distribución de la lluvia anual y los tipos de vegetación presentes en el sitio antes y después de la conversión. Sin embargo, otros estudios no han logrado establecer una relación directa entre la tala de ciertos tipos de vegetación forestal (es decir, piñones y enebros) y aumentos generales en el rendimiento hídrico (Collings y Myrick, 1966). Baker (1984) estudió una cuenca hidrográfica de piñón-enebro tratada con herbicida en Arizona y concluyó que el aumento en el rendimiento de agua provocado por el tratamiento no fue significativo. Bosch y Hewlett (1982) revisaron 94 experimentos de captación diseñados para relacionar la tala de vegetación con el rendimiento de agua y concluyeron que, si bien las relaciones cuantitativas detalladas eran difíciles de alcanzar, es posible desarrollar estimaciones cualitativas razonables para propósitos de planeamiento.

En general, la tala de vegetación con el único propósito de aumentar el rendimiento de agua parece estar mal dirigida, ya que es muy probable que conduzca a un mayor potencial de erosión y tenga un impacto negativo en la calidad del agua. Sin embargo, existen excepciones, particularmente cuando el énfasis se desplaza del rendimiento de agua al aumento del flujo base. Por ejemplo, en el centro de Oregon, se sabe que los rodales de enebro en su estado natural consumen grandes cantidades de agua e inhiben el crecimiento de vegetación herbácea, lo que fomenta la escorrentía superficial y la erosión. La tala parcial de estos bosques para permitir el restablecimiento de la vegetación herbácea conduce a una mayor infiltración, una reducción de la escorrentía superficial y erosión, una reposición adecuada de la humedad del suelo y un aumento del flujo base en los arroyos cercanos (Wayne Elmore, comunicación personal).

Stabler (1985) ha proporcionado detalles adicionales sobre la experiencia del centro de Oregon en el aumento del flujo base. Se documentaron aumentos de caudal en cinco pequeñas cuencas de Oregón que habían sido tratadas por corte de enebro. El ganado fue excluido de las cuencas tratadas. Con el tiempo, estas cuencas sufrieron un cambio de un valle seco, erosivo y dominado por enebros, a un ambiente ribereño estable y húmedo en el que los enebros restantes coexistieron con pastos recién establecidos. El aumento de la liberación de agua subterránea para aumentar el flujo base se atribuyó a la eliminación del enebro. En cada sitio, se produjo un aumento de los flujos tanto en el tiempo como en el espacio, y se establecieron rodales saludables de vegetación ribereña. A lo largo de uno de estos drenajes previamente intermitentes (Skull Hollow, Crooked River National Grassland), el flujo perenne estuvo presente a lo largo de un área de estudio de 1.6 km de largo, y durante 0.6 km aguas abajo cuatro años después del tratamiento.

La experiencia limitada con el aumento del caudal base mediante el manejo de la vegetación de las tierras de cabecera impide generalizaciones amplias. Sin embargo, la experiencia del centro de Oregon parece ser prometedora. Se necesita más investigación para delinear claramente el potencial de aumento del flujo base como resultado del manejo de la vegetación de las tierras de cabecera. La relación entre el clima, topografía, tipo de vegetación, suelo, y cantidades de agua superficial y subterránea influye en el potencial de aumento del caudal base en un determinado sitio de tierras de cabecera.

Manejo de la vegetación ribereña

La literatura proporciona una amplia evidencia en apoyo de la afirmación de que el aumento del caudal base en pequeños arroyos de tierras de cabecera está directamente relacionado por la mejora de la vegetación ribereña. Las observaciones de campo indican que la vegetación ribereña se establece en riberas donde hay un amplio suministro de humedad subterránea durante todo el año. Los rodales saludables de vegetación ribereña actúan para reducir la velocidad de los arroyos, fomentar la inundación y la deposición de sedimentos en las riberas, y el aumento de su estabilidad. Además, juegan un papel clave en la moderación de los caudales, sirviendo como áreas de recarga durante caudales altos y como áreas de descarga durante caudales bajos. Así, la vegetación ribereña actúa como un agente eficaz para la recarga del acuífero, permitiendo el almacenamiento de importantes cantidades de agua en los cauces y lecho de los arroyos, para su liberación gradual como caudal base durante la época seca.

Vegetación ribereña en un arroyo efímero: Arroyo Campo, Condado de San Diego, California.

El denso crecimiento de la vegetación ribereña ha ido en contra de los objetivos de control de inundaciones en canales naturales que drenan grandes cuencas. Estos canales han tendido a desbordar sus márgenes durante las inundaciones debido a la presencia de vegetación ribereña, lo que reduce la conducción de los arroyos, aumentando la magnitud y frecuencia de las inundaciones. Donde han ocurrido tales inundaciones, se ha solicitado a los funcionarios estatales y federales de control de inundaciones que limpien los canales de inundación de la vegetación ribereña, para permitir el paso de las aguas de la inundación. Sin embargo, los planes para despejar la vegetación ribereña para satisfacer los objetivos de control de inundaciones han sido opuestos por los esfuerzos por preservar el hábitat ribereño (Graf, 1980).

Los múltiples beneficios de la vegetación ribereña para la hidrología y la ecología de los arroyos de las tierras de cabecera parecen estar fuera de toda duda. Sin embargo, para los arroyos de las tierras bajas, el tema de la preservación de la vegetación ribereña versus los objetivos de control de inundaciones es muy complejo, con implicaciones hidrológicas, ecológicas y legales. Un sistema de arroyos de tierras bajas estable y con vegetación probablemente pueda absorber la mayor parte del impacto de una inundación, ya que las tasas de infiltración y la capacidad de retención de agua del suelo son mayores que en un arroyo comparable degradado sin vegetación. Sin embargo, los rodales de vegetación disminuyen la velocidad de los arroyos, lo que aumenta los niveles de agua y los peligro de inundación. Para los arroyos y ríos de tierras bajas, los beneficios de la vegetación ribereña deben conciliarse con la pérdida de conducción del canal y la amenaza de inundaciones. Se necesita investigación para formular estrategias de manejo que respondan debidamente a las dos funciones de una corriente.

Detención y retención de escorrentías en tierras de cabecera

Los efectos positivos de la detención y retención de la escorrentía de las tierras de cabecera en la conservación del suelo y el agua, la reposición de las aguas subsuperficiales y subterráneas y la estabilización de los caudales (es decir, la reducción de los caudales máximos y el aumento de los caudales base) se han reconocido desde hace algún tiempo. En general, el reabastecimiento de agua subsuperficial y subterránea es una condición necesaria para el aumento del flujo base. Por lo tanto, la detención y retención de la escorrentía de tierras de cabecera es una estrategia de gestión viable para aumentar la magnitud y permanencia de los caudales bajos.

Horton (1937) ha identificado las siguientes estrategias para la estabilización del caudal, es decir, el aumento del caudal base: (1) un aumento en la capacidad de infiltración del suelo, (2) un aumento en el almacenamiento en depresiones, (3) una disminución en el caudal del flujo de lámina, sobre la superficie y, (4) el uso de pastizales.

En las tierras agrícolas, se pueden lograr aumentos considerables en la capacidad de infiltración manteniendo el suelo en buen estado y cultivando rápidamente cuando la superficie del suelo se ha saturado con la lluvia o se ha secado al sol. Normalmente no es factible mantener las tierras agrícolas en las mejores condiciones de infiltración durante todo el año. Por lo tanto, la estabilización del flujo de los arroyos mediante el aumento de la capacidad de infiltración no parece ser una estrategia viable.

Los aumentos en el almacenamiento en depresiones sirven para moderar la escorrentía, prolongar el tiempo de encharcamiento del agua superficial, aumentar la infiltración total y reponer la humedad del subsuelo. El almacenamiento en depresiones puede aumentarse de manera efectiva mediante la construcción de diques esparcidores de agua, que detienen la escorrentía en pendientes y praderas, fomentando su infiltración en el suelo. Dichos diques han sido utilizados durante siglos por diversas sociedades agrícolas a nivel mundial, con el propósito de conservar el agua, particularmente en las regiones semiáridas. Oosterbann (1982), por ejemplo, describe los sistemas kushkaba y sailaba utilizados en Baluchistán, Pakistán. La kushkaba consiste en una serie de pequeños terraplenes de tierra construidos a lo largo de las laderas de las tierras de cabecera, con el propósito de recolectar agua. El sistema de sailaba es similar en principio al kushkaba, pero está construido en la llanura aluvial, para retener las aguas de las inundaciones y fomentar la infiltración. Además de las estructuras de diques, también es posible aumentar el almacenamiento de depresiones mediante prácticas agrícolas como el cultivo en franjas y surcos de contornos.

U.S. Forest Service

Construcción de cuencas características de retención en las montañas Wasatch, Utah, c. 1933.

Las disminuciones en la tasa de flujo superficial se pueden lograr aumentando la rugosidad de la superficie, disminuyendo la pendiente de la superficie y/o aumentando la longitud del flujo superficial. Las disminuciones en el flujo superficial sirven para disminuir la velocidad de salida del agua de las superficies del suelo, aumentando el tiempo de encharcamiento y la infiltración total. En las laderas con vegetación natural, los aumentos en la rugosidad de la superficie están invariablemente relacionados con el establecimiento y crecimiento de la vegetación herbácea, la cual actúa para impedir el flujo superficial, reduciendo su velocidad. Las disminuciones en la pendiente de la superficie se pueden lograr mediante terrazas.

El uso de pastos sirve para reducir la escorrentía superficial, en comparación con las áreas de cultivo. Los pastos proporcionan una capacidad de infiltración del suelo más alta y de mayor duración. Esto se debe a la existencia de raíces, lombrices de tierra e insectos, y a la prevención del lavado del suelo por la cobertura de césped. Otra razón, y probablemente más importante, de la baja escorrentía superficial observada en las áreas de pastizales por la gran resistencia de éstas al flujo superficial. La fricción adicional debida a la subdivisión del flujo por los tallos de las plantas y las hojas alarga el tiempo de detención del flujo superficial y aumenta la infiltración total.

Las prácticas agrícolas y otras medidas mecánicas han sido identificadas desde hace largo tiempo como estrategias viables de manejo para conservar el suelo y el agua. Ciertas prácticas de cultivo y medidas mecánicas reducen eficazmente la pérdida de suelo y agua de las tierras de cultivo y otras áreas, proporcionando una cobertura protectora adecuada. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (1940) ha identificado las siguientes prácticas para el manejo adecuado de la conservación del suelo y el agua: (1) rotación de cultivos, (2) cultivo en franjas, (3) terrazas, (4) surcos en curvas de nivel, y (5) el uso de estructuras en las cabeceras.

Uso de estructuras dentro de la corriente

El aumento del flujo base también se puede lograr mediante el uso de estructuras dentro de la corriente. Una estructura dentro de la corriente se define como cualquier estructura natural o artificial, ya sea temporal o permanente, que tiene el efecto de detener y retener los flujos de agua. Al retener los flujos, las estructuras fomentan la infiltración local a los lechos y riberas, lo que contribuye a la reposición de aguas subsuperficiales y subterráneas. Por lo tanto, las estructuras dentro de la corriente pueden ser un medio eficaz para aumentar el flujo base (Heede, 1977; Van Haveren, 1986; DeBano y Heede, 1987).

Las estructuras naturales dentro de la corriente son escalones de troncos y represas de castores. En pequeños arroyos de montaña bordeados por bosques los árboles y troncos que caen a través del canal crean escalones de troncos, que actúan como represas de contención e influyen en la geometría hidráulica. El sedimento se acumula aguas arriba de los escalones, produciendo gradientes de canal más suaves; con el tiempo, se forma una cascada sobre el escalón del tronco. Durante los flujos altos, los escalones de los troncos se sumergen, lo que contribuye a la rugosidad del canal y disminuye las velocidades del flujo.

Las represas de castores pueden tener algunos beneficios para el aumento del flujo base, pero no están exentas de dificultades. Estas represas cambian el régimen hidráulico de un arroyo, disminuyen las velocidades del flujo y fomentan el crecimiento de la vegetación ribereña, lo que puede ayudar en la reposición del agua subsuperficial y subterránea. También elevan los niveles de agua, aumentando la infiltración y el almacenamiento de humedad en lechos y riberas, para su eventual liberación como flujo base. Las colonias de castores generalmente requieren una fuente adecuada de material orgánico grande (como los sauces) para construir represas y guaridas, y para comer. En un sitio bien vegetado, las actividades de los castores pueden ser ventajosas; sin embargo, en un sitio degradado, aquéllas pueden a la destrucción misma de los castores.

Las estructuras construidas por el hombre dentro de la corriente son represas grandes, represas de contención o represas trampa. Las grandes represas tienen un gran impacto en todas las funciones y usos principales de los arroyos, incluida hidrología, sedimentología, ecología, biología, biología pesquera y biota acuática. Además, las grandes represas sirven para moderar los caudales, disminuyendo la magnitud y frecuencia de las inundaciones y aumentando la permanencia de los caudales bajos. Con el tiempo, esta moderación de los caudales puede tener un impacto significativo en la morfología de los tramos río abajo. Entre los impactos a largo plazo de una gran presa se encuentran: (1) el establecimiento y crecimiento de la vegetación ribereña (Turner y Karpiscak, 1980); (2) la mayor estabilidad del banco; y (3) un canal aguas abajo más profundo y estrecho (Smith, 1984; Lewis, 1984).

Las represas de contención son estructuras pequeñas construidas principalmente con el propósito de ajustar el nivel base de los arroyos muy degradados. Estas represas pueden ser temporales (presas de troncos, matorrales y alambres), más o menos permanentes (presas de roca y gaviones) o estructuras de concreto permanentes. Se han instalado con éxito un gran número de represas de contención en un gran número pastizales en el oeste de los EEUU para detener y retener la escorrentía, controlar la erosión acelerada de los barrancos, revegetar arroyos y restaurar las cuencas degradadas a su condición original (Jauch, 1957; Heede, 1977). Las pocas fallas documentadas de represas de contención subrayan la importancia de una planificación, ubicación y construcción adecuadas de las represas de control.

Vásquez Villanueva

Esquema de represas de contención en serie.

Las represas trampas son estructuras de bajo caudal diseñadas para rellenarse con sedimento grueso durante un período de varios años después de la construcción. El sedimento depositado detrás de la presa sirve como un acuífero artificial para el almacenamiento de las aguas de inundación y su eventual liberación como caudal base. Por lo tanto, las represas trampa sirven para moderar el caudal y aumentar el caudal base para usos aguas abajo (Bourne, 1984).

La diferencia entre represas de control y represas trampa es en el funcionamiento. La función principal de las represas de control es controlar los niveles de base y, por lo tanto, detener la degradación de los canales y la erosión de los barrancos. Por otro lado, una represa trampa se construye principalmente con el propósito de aumentar los suministros de agua durante la temporada de flujo bajo. La represa está diseñada y construida para atrapar solo sedimentos gruesos (tamaño de arena y grava), lo que permite la formación de un acuífero artificial y su funcionamiento desde el comienzo de la segunda temporada después del inicio de la construcción. Tanto las represas de control como las represas trampa pueden servir para aumentar el flujo base.

7.  NECESIDAD DE INVESTIGACIÓN

Esta revisión ha demostrado que el aumento del flujo base se ha logrado con éxito en unos pocos casos documentados. Dado su claro impacto en la conservación del suelo y agua, particularmente en el oeste semiárido de los Estados Unidos, parece que el aumento del caudal base es un concepto novedoso, el cual merece atención y apoyo. Es necesario investigar cómo integrar con éxito el aumento del flujo base dentro de las estrategias integrales de gestión de recursos. Se identifican las siguientes áreas específicas de investigación:

1. La cuantificación del aumento del caudal base como resultado de las prácticas de gestión de cuencas,

2. El impacto hidrológico de los sistemas de pastoreo especializados,

3. El potencial de aumento del caudal base como resultado del manejo de la vegetación de las tierras de cabecera, y

4. La resolución del conflicto entre el mantenimiento de un medio ambiente ribereño saludable y la satisfacción de los objetivos tradicionales de control de inundaciones en los arroyos de las tierras bajas.

Los aspectos económicos y legales del aumento del caudal base también deberán abordarse si el concepto va a ser ampliamente aceptado en la práctica de manejo de cuencas.

AGRADECIMIENTOS

Este documento se basa en una investigación apoyada por Pacific Gas end Electric Company, Departamento de Investigación y Desarrollo, San Ramon, California. Puede obtenerse un informe de investigación y desarrollo de PG&E de 97 páginas N° 009.4-89.13, titulado "Aumento de flujo base mediante acumulación en los bancos".

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