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Introducción
La erosión es uno de los principales problemas en países tropicales como Indonesia; y es quizás el más serio mecanismo hacia la degradación de este recurso natural. Sin embargo, en cárcavas, que es un tipo de erosión impresionante y notorio, ha sido declarado como uno de los problemas ambientales más graves en el planeta (Abdulfatai et al., 2014). Ionita et al. (2015) reveló que las cárcavas son uno de los procesos naturales que modelan la superficie de la tierra y que representan una manifestación de inestabilidad dentro de las cuencas. Cuando la erosión en cárcavas es una amenaza para la vida de los habitantes, se reconoce como un riesgo.
En las regiones Loess de Europa, América y Asia, la erosión en cárcavas puede ser el menos importante peligro natural geomórfico; sin embargo, sus impactos son constantes en el mundo y pueden incluir la pérdida de suelos de cultivo, la amenaza a la vegetación, el efecto en las propiedades físicas del suelo, el peligro para los seres vivos, el aislamiento de pueblos y aldeas, y la formación de suelos degradados (Abdulfatai et al., 2014).
Las investigaciones sobre la erosión en cárcavas han abordado diferentes aspectos en el mundo; tal es el caso de Rumania (Ionita, 2006); Europa central (Dotterweich, 2008); sureste de España (Lesschen et al., 2007); este de Polonia (Zgłobicki et al, 2014); suroeste de China (Su et al., 2015); suroeste de Irán (Zakerinejad y Maerker, 2015); Sudáfrica (Mararakanye y Sumner, 2017); e Irán del norte (Zabihi et al., 2018).
El impacto del riesgo de la erosión en cárcavas como amenaza para el ser humano no ha sido estudiado ampliamente en Indonesia, a pesar de que ha desencadenado la pérdida de vidas humanas en algunas áreas, tal y como lo han reportado noticieros locales.
Un inmenso deslave ocurrido en marzo de 2004 en la caldera del Mount (Mt.) Bawakaraeng produjo, aproximadamente, 232 millones de m3 de sedimentos, lo que causó daños ambientales significativos, además de la muerte de 32 personas y la destrucción de propiedades (Hasnawir y Kubota, 2011). Subsecuentemente, la lluvia favoreció la erosión en cárcavas de alrededor de 25 a 100 m de profundidad, lo cual se convirtió en una amenaza real. Ante este problema, el objetivo de la investigación que se describe a continuación, consistió en analizar el riesgo de erosión en cárcavas para la prevención de desastres en la caldera del Mt. Bawakaraeng, Indonesia.
Materiales y Métodos
Área de Estudio
La caldera del Mt. Bawakaraeng está localizada en la provincia de Sulawesi del Sur, Indonesia (Figura 1), a 2 830 msnm. Respecto a su morfología, se caracteriza por un relieve alto, pendientes extremas, alto grado de desgaste, así como eventos relacionados con la erosión, como el movimiento del suelo y los deslaves (Hasnawir y Kubota, 2010). La vegetación de las áreas montañosas está compuesta de bosque natural y plantaciones forestales de Pinus merkusii Jungh. & de Vriese. El basamento alrededor del área del Mt. Bawakaraeng consiste en formación Tonasa, formación Camba, rocas volcánicas Baturape-Cindako, rocas extrusivas e intrusivas y formaciones volcánicas Lompobattang, cuyo origen data del Paleógeno al periodo Cuaternario.
Los suelos en el área de estudio son andosoles y están formados con materiales volcánicos; muchos tienen un drenaje interno excelente, debido a su alta porosidad y por su ocurrencia en posiciones de áreas elevadas. La gravedad específica del suelo es 2.70 g cm-3, la porosidad se estima entre 66.7 % - 88.7 %, mientras que la densidad aparente es baja, no solo en la superficie del terreno; es típicamente > 900 kg m-3, pero puede alcanzar 300 kg m-3, valores que se han obtenidos en andosoles muy hidratados (Hasnawir y Kubota, 2011).
Métodos
El análisis de riesgo de erosión demanda un enfoque interdisciplinario en el que intervienen la hidrología, la geomorfología y la pedología (Ghosh y Bhattacharya, 2012). En este caso, se utilizaron los inventarios de cárcavas relacionadas con desastres de flujos de escombros en la caldera del Mt. Bawakaraeng, desde 2007 hasta 2017. El inventario se basó en la información de la oficina local del gobierno de Sulawesi del Sur, en investigaciones de campo y pruebas de suelo.
Se realizó un análisis de laboratorio estándar, de acuerdo con los métodos de la Sociedad Americana de Material y Pruebas (ASTM) para medir la distribución del tamaño de las partículas. Se tomaron tres muestras por sitio (sitio natural, depósito de sedimentos en la parte alta y depósito de sedimentos en la porción baja). La diferencia entre las partículas (<75 µm) se determinó con un tamiz Núm. 200. El método estándar ASTM D 422 se aplicó para establecer la textura del suelo relacionada con la erosión. La permeabilidad del suelo (k cm sec-1) se calculó mediante la ecuación 1 y la ecuación simplificada 2, que establecen la capacidad de permeabilidad de una muestra sin disturbio. Conforme se incrementan los valores de permeabilidad existe un mayor riesgo de erosión.
Este método es ampliamente usado para calcular el coeficiente de permeabilidad de una muestra sin disturbio, debido a su practicidad en campo (Paudel et al., 2008; Aditian y Kubota, 2014; Sánchez-Castillo et al. 2017a). Consiste en ajustar dos cilindros con las mismas dimensiones (Figura 2). Uno contiene la muestra de suelo, previamente saturada, y el otro se llena con agua. La permeabilidad se define como la diferencia en tiempo para drenar toda el agua de la lata superior (Das, 1997):
Donde:
a y A = Área transversal
La ecuación fue modificada sustituyendo los valores en la ecuación 1, la permeabilidad puede ser estimada como:
Can with full of water = Lata llena de agua; Soil sample = Muestra de suelo; Water drained completely = Agua drenada completamente
Figura 2 Método aplicado para medir la permeabilidad del suelo.
La Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (Universal Soil Loss Ecquation, USLE por sus siglas en inglés) es un método empírico para determinar parámetros relevantes entre las muchas variables físicas como clima, perfiles de suelo, relieve, vegetación, uso de suelo y prácticas de manejo del área; respectivamente indicados por los factores R, K, LS, C y P. En esta investigación, la ecuación USLE se usó para describir el nivel de erosión del suelo que ocurre en la caldera del Mt. Bawakaraeng.
Es pertinente especificar que dicha ecuación no puede emplearse para establecer el riesgo de erosión en cárcavas, como lo indica Wischmeier (1976) en su discusión de los usos y mal usos de la USLE, cuando indica que se utiliza para estimar la pérdida de suelo promedio en un segmento particular, de una pendiente representada por un factor topográfico selectivo. Los parámetros en el marco de referencia de GIS comprenden factores de erosión como la lluvia, la erodabilidad, la topografía y la cobertura (Duru, 2016). La ecuación se expresa de la siguiente manera:
Donde:
A = Pronóstico de la pérdida de suelo promedio por unidad de área [ton ha-1 año-1]
R = Factor de erosión lluvia-escorrentía (lluvia) en [MJ mm ha−1 hr−1 año-1]
K = Factor de erodabilidad del suelo [ton ha hr ha−1·MJ−1·mm−1]
LS = Factor de longitud e inclinación de la pendiente (sin dimensiones),
C = Factor de cobertura-manejo (radio de la pérdida de suelo desde un área específica)
P = Factor de soporte en la conservación (sin dimensiones)
Resultados y Discusión
Análisis de suelo
El método de análisis de tamiz cubre la determinación cuantitativa de la distribución del tamaño de las partículas del suelo (Cuadro 1).
Cuadro 1 Distribución del tamaño de las partículas en la caldera del Mt. Bawakaraeng (2017).
| Núm. | Sitio | Textura (%) | ||
|---|---|---|---|---|
| Arena | Limo | Arcilla | ||
| 1 | Sitio natural | 40 | 41 | 19 |
| 2 | Depósito de sedimentos (parte alta) | 66 | 27 | 7 |
| 3 | Depósito de sedimentos (parte baja) | 83 | 11 | 6 |
Los depósitos de sedimentos tienen un porcentaje más alto de arena que los de sitios naturales. El mayor contenido de arenas describe un suelo más propenso a erosionarse, comparado con los que registran valores más bajos. Incluso indica la posibilidad de que ocurra erosión en cárcavas, cuando hay eventos mayores de lluvia en la zona de depósitos de sedimento.
El suelo en los sitios erosionados podría haberse formado por la interacción de muchos factores tales como el material parental, el clima, el tiempo, la topografía o el relieve y la actividad microbiana. La influencia relativa de cada factor depende de las condiciones geográficas y la ubicación, pero la combinación de todos ellos, por lo general, determina el tipo de suelo y su espesor en cualquier lugar (Huggett, 1997).
Los resultados de permeabilidad del suelo alcanzaron intervalos desde 0.0098 cm sec-1 hasta 0.0362 cm sec-1(Cuadro 2).
Cuadro 2 Permeabilidad del suelo de los tres sitios estudiados en la caldera del Mt. Bawakaraeng (2017).
| Núm. | Sitio | Permeabilidad (cm sec-1) |
|---|---|---|
| 1 | Sitio natural | 0.0098 |
| 2 | Depósito de sedimentos (parte alta) | 0.0185 |
| 3 | Depósito de sedimentos (parte baja) | 0.0362 |
Conforme el valor de la permeabilidad es más alto, es más factible que ocurra la erosión. Los depósitos de sedimentos en la parte baja de la caldera mostraron valores más altos de permeabilidad (Cuadro 2).
Riesgo de Erosión del Suelo
Los diversos mapas de factores del modelo USLE (R, K, LS, C y P) generados en un entorno GIS mediante Arc GIS 10.1 y ERDAS Imagine 2017 y los paquetes GIS asociados, fueron integrados con el modelo USLE para determinar la tasa de erosión y su severidad, de lo que resultó el mapa de riesgos de erosión del suelo de la caldera del Mt. Bawakaraeng. Dicha erosión fue clasificada como: muy bajo (≤15 t ha-1 año-1), bajo (16 - 60 t ha-1 año-1), moderado (61 - 180 t ha-1 año-1), alto (181-480 ton ha-1 año-1) y muy alto (>480 ton ha-1 año-1). La distribución espacial de la clase de riesgo de erosión reveló que 3.53 % de la caldera es bajo, 12.87 % muy bajo, 64.06 % moderado, 0.06 % alto y 19.49 % del área está bajo un gran riesgo de erosión (Cuadro 3, Figura 3).
Cuadro 3 Riesgo de erosión del suelo en la caldera del Mt. Bawakaraeng (2017).
| Riesgo de erosión | Pérdida de suelo (ton ha-1 año-1) | Área (ha) | Porcentaje (%) |
|---|---|---|---|
| Muy bajo | ≤ 15 | 122.32 | 3.53 |
| Bajo | 16 - 60 | 446.38 | 12.87 |
| Moderado | 61 - 180 | 12 222.57 | 64.06 |
| Alto | 181 - 480 | 1.99 | 0.06 |
| Muy alto | > 480 | 676.02 | 19.49 |
| Total | 3 469.28 | 100.00 |
Los valores más altos de riesgo de erosión del suelo se observan, principalmente, en pendientes abruptas colindantes con las líneas de drenaje y con los ríos.
De acuerdo a los resultados de la recolección de información de eventos de flujo de escombros de la oficina gubernamental de la provincia de Sulawesi del sur (Hazama-Brantas JO y Región del río Central Pompengan-Jeneberang) hay 22 desastres relacionados con la erosión en cárcavas, en los depósitos de sedimentos en el Mt. Bawakaraeng de 2007 a 2017. La categoría de desastre de flujo de escombros se analizó con base en el volumen de los sedimentos y el impacto del flujo de escombros, el cual incluye daño a caminos, destrucción de tierra agrícola y carga de sedimento hacia la presa de captación presente en el área (Cuadro 4). Hasta ahora, no ha habido algún evento casual. A partir de la información aportada por las comunidades que viven en los alrededores de la caldera del Mt. Bawakaraeng no se han presentado afectaciones. Sin embargo, la incidencia de flujo de escombros promovidos por la erosión en cárcavas, es una amenaza para la gente que realiza actividades en el lugar o en sus alrededores, que reúne 3 172 habitantes en las cercanías.
Cuadro 4 Desastres relacionados con el flujo de escombros por erosión en cárcavas en la caldera del Mt. Bawakaraeng.
| Núm. | Fecha | Estimación de sedimento (m3) | Impacto |
|---|---|---|---|
| 1 | 08-02-2007 | 240 000 | Carga de sedimentos hacia la presa |
| 2 | 16-02-2007 | 7 800 000 | Daño a caminos y una excavadora hidráulica, destrucción de tierras agrícolas, carga de sedimentos hacia la presa |
| 3 | 27-12-2007 | 7 000 000 | Daño a caminos, destrucción de tierras agrícolas, carga de sedimentos hacia la presa |
| 4 | 20-01-2008 | 1 200 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimentos hacia la presa. |
| 5 | 03-02-2008 | 370 000 | Carga de sedimentos hacia la presa. |
| 6 | 08-02-2008 | 2 800 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimento hacia la presa. |
| 7 | 22-12-2009 | 4 600 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimento hacia la presa. |
| 8 | 13-03-2010 | 3 000 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimento hacia la presa. |
| 9 | 24-12-2010 | 1 400 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimento hacia la presa. |
| 10 | 09-02-2011 | 500 000 | Carga de sedimento hacia la presa |
| 11 | 26-02-2012 | 450 000 | Carga de sedimento hacia la presa |
| 12 | 08-11-2012 | 280 000 | Carga de sedimento hacia la presa |
| 13 | 24-12-2012 | 630 000 | Carga de sedimento hacia la presa |
| 14 | 08-03-2013 | 1 100 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimentos hacia la presa |
| 15 | 13-12-2013 | 5 200 000 | Daño a caminos, destrucción de tierra agrícola, carga de sedimentos hacia la presa |
| 16 | 04-02-2014 | 420 000 | Carga de sedimentos hacia la presa |
| 17 | 03-01-2015 | 320 000 | Carga de sedimentos hacia la presa |
| 18 | 15-03-2015 | 1 200 000 | Destrucción de tierra agrícola, carga de sedimentos hacia la presa |
| 19 | 04-04-2015 | 2 600 000 | Daño a caminos, destrucción de tierra agrícola, carga de sedimentos hacia la presa |
| 20 | 16-01-2016 | 480 000 | Carga de sedimentos hacia la presa |
| 21 | 21-02-2017 | 320 000 | Carga de sedimentos hacia la presa |
| 22 | 18-03-2017 | 280 000 | Carga de sedimentos hacia la presa |
Fuentes: Hazama-Brantas JO (2007-2010) y Región del Río Central Pompengan-Jeneberang (2011-2017).
Desde el punto de vista de la prevención de desastres, la construcción de una serie de sabo dams (represas en las partes altas de las montañas que evitan el escurrimiento de sedimentos) controlaría la erosión y sedimentación; sin embargo, el procedimiento es costoso y tardado, por lo que es necesario contar con un sistema de alerta temprana en el área, especialmente, en la época de lluvias cuando por lo general se presentan eventos de gran intensidad (noviembre-abril).
Hasnawir y Kubota (2010) consignaron que en la caldera del Mt. Bawakaraeng se presentan precipitaciones promedio por encima de los 3 000 mm anuales. Los umbrales de lluvia como una aplicación de sistema de alerta temprana para la prevención de desastres relacionados con sedimentos, de acuerdo a la metodología propuesta por Sánchez-Castillo et al. (2017b) podría desarrollarse en caso de escasez de datos históricos puntuales en tiempo (minutos) en el lugar. La Figura 4 muestra la erosión en cárcavas en los depósitos de sedimentos
Conclusiones
Este estudio muestra que las propiedades físicas del suelo, que incluyen el tamaño de partículas (con alta textura arenosa) y la permeabilidad en los depósitos de sedimento en las partes bajas de la caldera de Mt. Bawakaraen causan erosión fácilmente comparado con el sitio natural y las partes altas de la zona de interés.
Con el uso de la fórmula de USLE (R, K, LS, C and P) y la aplicación de Sistemas de Información Geográfica, el riesgo de erosión puede ser analizado en el lugar. Los resultados revelaron que 3.53 % de la caldera tiene erosión muy baja, 12.87 % tiene baja, 64.06 % moderada, 0.06 % alta y 19.49 % del área presenta un muy alto riesgo de erosión. De 2007 a 2017 ocurrieron 22 desastres relacionados con el flujo de escombros causados por la erosión en cárcavas en los depósitos de sedimento. El impacto de los desastres incluye daño en los caminos, destrucción de la tierra agrícola y cargas de sedimento hacia la presa.
El alto riesgo de erosión en cárcavas presente en los depósitos de sedimento sugiere la necesidad de un sistema de prevención de desastres en la caldera del Mt. Bawakaraeng.
