Introducción
En Costa Rica el suministro de agua para el consumo humano, está dado en un 30% por las Asociaciones Administradoras de los Sistemas de Acueductos y Alcantarillado (ASADAS), [1].
Estas asociaciones tienen una legislación limitada, que no les permite conocer su condición en cuanto a bosques y suelos para la toma de decisiones en la protección y asignación del recurso hídrico [2].
Estas condiciones se desarrollan a menos de 200 metros de las nacientes, haciéndolas vulnerables a los diferentes eventos antropogenénicos y naturales, generando la pérdida de bosque, suelo y generando erosión [3].
La problemática de los suelos en Costa Rica, se centra en la gran pérdida de las zonas boscosas, por consiguiente una disminución de la fertilidad. Ya para 1994, la degradación equivalía al 7,7 por ciento del producto interno bruto [3].
El proceso de deforestación debe ser controlado dado que la tasa de consumo no debe ser mayor que la tasa de regeneración natural, de lo contrario se entra en procesos de deterioro ambiental [4].
Las pérdidas de bosque y suelo también se ven afectadas por variables tales como, precipitación, pendiente del terreno, distancia y recorrido del agua de lluvia, evolución fisiológica de la corteza terrestre, situación considerada crítica dado el deterioro ambiental que generan. Ambas situaciones de bosque y suelo se abordan mediante los SIG, con el objetivo de analizar y buscar entender los diferentes fenómenos desde un punto de vista espacial y la variación del medio ambiente.
La pérdida de bosque se aborda haciendo uso de la formula denominada Tasa Estandarizada de Puyravaud (2003), con la cual se determina un porcentaje de cambio en la zona de estudio [5].
Para la pérdida de suelo se hace uso de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisada (RUSLE) (Renard, 1997), para determinar la erosión hídrica laminar y en surcos. Con estas metodologías, el modelaje de datos y mapas temáticos, se busca dar una propuesta para la toma de decisiones y solución de una serie de problemas ambientales [6].
Material y métodos
El análisis se inicia con un acercamiento ante las diferentes organizaciones locales administradoras del recurso hídrico para el consumo humano, con el fin de abordar la problemática del agua y específicamente los aspectos de bosque y suelo de las áreas de protección de las nacientes. Identificadas y seleccionadas las ASADAS, mediante la selección de una muestra estadística, aplicando el método de muestra sin ajustar (n’), correspondiente a la siguiente expresión:
Una vez hecha la selección, se geo-referencia espacialmente cada una de las nacientes, además se debe procesar la información, haciendo uso de SIG. Esto con el fin de establecer las áreas forestales y no forestales, al entorno de cada una de las diferentes nacientes.
Para el procesamiento y elaboración de mapas temáticos, mediante el uso del software Quantum GIS (Q GIS 2.6), el Atlas 2008 y 2014 [7]. Además de fotografías aéreas Carta 2003 y 2005 [8]. Estos procesos se realizaron bajo el Sistema de Referencia CR05 y la Proyección Transversal de Mercartor para Costa Rica CRTM05 [7].
Para lo cual se establece trabajar en un radio de 200 metros a la redonda de la naciente, teniendo en cuenta el Manual de Buenas Prácticas Ambientales, emitido por el Tribunal Ambiental Administrativo [9]. Además de lo contemplado en la ley Forestal 7575 y el Reglamento a la ley forestal [10].
Una vez determinada el área de estudio se desarrolla la formula Tasa Anual de Pérdida de Bosque para las ASADAS en estudio, representada por la siguiente expresión:
Haciendo uso del atlas 2008 y 2012 se determinó la cobertura forestal para 1997 y para la cobertura forestal del 2012, se usa la capa forestal denominada tipos de bosque 2012 CRTM05, con este proceso se determina el área forestal y no forestal para el año 1997 y el 2012 respectivamente, determinándose las hectáreas alrededor de la naciente.
En cuanto a la pérdida de suelo se aplica la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo Revisado (RUSLE), representada por la siguiente expresión:
Cabe aclarar que este método se está aplicando a una zona no agrícola por lo que la variable Factor de prácticas de conservación P se le asigna un valor de 1.
Resultados
El proceso da inicio con la participación de representantes locales del Ministerio de Salud, la Caja Costarricense de Seguro Social, la Municipalidad de San Carlos y las ASADAS. Una vez conocidas las ASADAS participantes, se aplica el estadístico de muestra no ajustada para determinar el tamaño de la muestra de 220 organizaciones, resultando una muestra sin ajustar de n´=19 y una muestra ajustada de n=17.49 ASADAS ≈ 18.
Seleccionado el número de muestra, se debió seleccionar las organizaciones participantes. Para lo cual se debía contar con al menos una naciente administrada por la ASADA, dado que el proceso estaba enfocado a las nacientes, esto hizo que algunas organizaciones interesadas no se tomaran en cuenta dentro de la muestra dado que no contaban con una naciente propia.
Determinada la muestra y sus participantes, se procedió al levantamiento espacial de las diferentes nacientes, haciendo uso de GPS para su ubicación en la Región Huetar Norte, de Costa Rica. En el cuadro 1 que se da a continuación se muestra cada una de las nacientes correspondientes a cada, ASADA bajo las coordenadas X - Y para ser procesadas, haciendo uso de los SIG (ver Cuadro 1).
El proceso generado se realizó para todas las 18 nacientes en estudio, mediante mapas temáticos, con Buffers de 200m a la redonda. Tomando las capas del Atlas Costa Rica 2008 y 2012. El proceso se inició con la capa de cobertura 1997 contenida en el Atlas 2008 con la cual se determinó la cantidad de bosque o área forestal (bosque primario y secundario) y no forestal (potreros, pastizales, actividades urbanas, agrícolas y ganaderas), generando el siguiente modelo cartográfico que se muestra a continuación en la Figura 1.
Asada | [77]Coordenada x | [78]Coordenada y | [79]Observaciones |
---|---|---|---|
Aguas Zarcas | [82]455233 | [83]1140141 | [84]Naciente |
Boca Arenal | [87]453960 | [88]1152457 | [89]Naciente |
Caimitos y San Francisco | [92]450905 | [93]1146242 | [94]Naciente |
Cedral Dulcenombre | [97]455177 | [98]1140115 | [99]Naciente |
Cuestillas Ron Ron | [102]448376 | [103]1143804 | [104]Naciente |
El Parque | [107]427085 | [108]1211167 | [109]Naciente |
Florencia | [112]450973 | [113]1145983 | [114]Naciente |
La Abundancia | [117]451298 | [118]1141067 | [119]Naciente |
La Lucha La Vega | [122]449397 | [123]1144264 | [124]Naciente |
Muelle | [127]452534 | [128]1152258 | [129]Naciente |
Pavon | [132]433071 | [133]1197228 | [134]Naciente |
Penjamo | [137]447859 | [138]1142821 | [139]Naciente |
Pitalito | [142]464052 | [143]1145490 | [144]Naciente |
Platanar | [147]453768 | [148]1152423 | [149]Naciente |
San Francisco La Palmera | [152]458705 | [153]1145808 | [154]Naciente |
San Jose La Gloria | [157]460518 | [158]1151796 | [159]Naciente |
Santa Fe | [162]455209 | [163]1141867 | [164]Naciente |
Santa Clara | [167]507129 | [168]1088471 | [169]Naciente |
Paralelamente se generó el modelo para el año 2012, el cual es un tanto similar al anterior, solamente que haciendo uso de datos del año 2012, en donde se determina la cobertura forestal y no forestal para dicho año, modelo que se muestra en la Figura 2.
Con estos dos procesos para 1997 y 2012 se logró determinar el área forestal y no forestal a lo largo de este periodo, necesario para determinar el proceso de Tasa Anual de Pérdida de Bosque, (Puyravaud 2003), representada por la expresión.
Este proceso permitió obtener datos tales como área forestal y no forestal, en hectáreas, para las zonas de protección de todas las nacientes en estudio, en el Cuadro 2 se da una muestra de dicho calculo.
Cobertura | [189]Año [190] | [191] [192] [193]|
---|---|---|
1997 /Hectáreas | [194]2012 /Hectáreas | [195] [196]|
Forestal | [197]5.84 | [198]9.78 | [199] [200]
No Forestal | [201]6.52 | [202]2.58 |
Determinadas cada una de las áreas, se procede a obtener la Tasa Porcentual de Cambio del área forestal, según [ 11] para dicho periodo, la información resultante se muestra en el Cuadro 3.
Determinada la Tasa Porcentual de Cambio de bosque, 1997 y 2012, se calcula la pérdida de suelo mediante la RUSLE. Generando un proceso en el software Q GIS 2.6, utilizando en primera instancia la ubicación de la naciente y denominada PUNTO_CENTRAL_AGUAS_ZARCAS, posteriormente se creó el buffer de 200 metros de radio a la redonda del punto central, que corresponde a la naciente, en este caso se seleccionó Aguas Zarcas como uno de los procesos desarrollados para cada una de las nacientes según ASADA. La utilización de orto-fotos de Costa Rica, permite ubicar la cobertura forestal del lugar, en la cual se muestran las áreas forestales y no forestales, las cuales fueron digitalizadas en una capa (ver figura número 5).
Haciendo uso del SIG se determina las variables correspondientes a la ecuación RUSLE, la cual se muestra en el Cuadro 4 [13].
Integrados los diferentes factores se obtiene un resultado de la erosión de las diferentes superficies analizadas en toneladas por hectáreas por año (t/h/a), también se clasifica la erosión en términos de, Ligera si la pérdida está entre 0 a 10 t/h/a, Moderada entre 10 a 50 t/h/a, Severa entre 50 a 200 t/h/a y Muy Severa con > 200 t/h/a.
Nombre de la naciente | [212]Año [213] [214] [215] | [216]Tasa % de cambio [217] | [218] [219] [220]||||
---|---|---|---|---|---|---|
1997 [221] | [222]2012 [223] [224] | [225][226] [227] [228] | ||||
Forestal | [229]No forestal | [230]Forestal | [231]No forestal | [232]Nubes | [233][234] [235] | |
Caimitos y San Francisco | [236]0 | [237]12.36 | [238]0 | [239]12.36 | [240]0 | [241]0 | [242] [243]
Cedral Dulcemombre | [244]3.351 | [245]9.009 | [246]5.867 | [247]6.493 | [248]0 | [249]0.03733897 | [250] [251]
Aguas Zarcas | [252]5.84 | [253]6.52 | [254]9.7849 | [255]2.5758 | [256]0 | [257]0.03440731 | [258] [259]
Boca Arenal | [260]8.36 | [261]4 | [262]11.0541 | [263]1.3066 | [264]0 | [265]0.01862286 | [266] [267]
Cuestillas Ron Ron | [268]12.36 | [269]0 | [270]11.482 | [271]0.879 | [272]0 | [273]-0.00491232 | [274] [275]
Florencia1 | [276]2.64 | [277]9.72 | [278]4.0384 | [279]8.3223 | [280]0 | [281]0.02833798 | [282] [283]
La Abundancia | [284]0.0636 | [285]12.2971 | [286]3.5425 | [287]8.8182 | [288]0 | [289]0.2679983 | [290] [291]
La Lucha La Vega | [292]9.63 | [293]2.73 | [294]10.5604 | [295]1.8002 | [296]0 | [297]0.00614853 | [298] [299]
Muelle | [300]7.92 | [301]4.44 | [302]9.5737 | [303]2.7869 | [304]0 | [305]0.0126419 | [306] [307]
Pavon | [308]1.06 | [309]11.3 | [310]6.6435 | [311]4.2442 | [312]1.4728 | [313]0.122358 | [314] [315]
Penjamo | [316]12.361 | [317]0 | [318]12.361 | [319]0 | [320]0 | [321]0 | [322] [323]
Pitalito | [324]5.77 | [325]6.59 | [326]9.7689 | [327]2.5917 | [328]0 | [329]0.03510212 | [330] [331]
Platanar | [332]10.43 | [333]1.93 | [334]11.939 | [335]0.4216 | [336]0 | [337]0.00900827 | [338] [339]
San Francisco La Palmera | [340]0.63 | [341]11.73 | [342]6.3311 | [343]6.0296 | [344]0 | [345]0.15383396 | [346] [347]
San Jose La Gloria | [348]1.48 | [349]10.88 | [350]6.4066 | [351]5.954 | [352]0 | [353]0.09768577 | [354] [355]
Santa Fe | [356]11.05 | [357]1.31 | [358]10.894 | [359]1.4666 | [360]0 | [361]-0.00094788 | [362] [363]
Santa Clara | [364]3.26 | [365]9.1 | [366]5.9132 | [367]6.4475 | [368]0 | [369]0.03969733 | [370] [371]
La Vieja | [372]12.05 | [373]0.31 | [374]11.6581 | [375]0.7026 | [376]0 | [377]-0.00220423 |
En el Cuadro 5 que se da a continuación, se determinan la perdida de suelo en toneladas por hectárea por año (t/ha/año), para cada una de las zonas de protección.
Naciente | [387]Pérdida De Suelo (A) T/Ha/Año |
---|---|
Caimitos Y Sanfrancisco | [390]12.27632 |
Cedral Dulcemombre | [393]13.82049 |
Aguas Zarcas | [396]14.00378 |
Boca Arenal | [399]6.79783 |
Cuestillas Ron Ron | [402]6.13816 |
Florencia1 | [405]789.92818 |
La Abundancia | [408]11.22918 |
La Lucha La Vega | [411]6.58034 |
Muelle | [414]6.13816 |
Pavon | [417]3.58309 |
Penjamo | [420]1.4165 |
Pitalito | [423]24.11238 |
Platanar | [426]10.85982 |
San Francisco La Palmera | [429]407.92986 |
San Jose La Gloria | [432]26.92988 |
Santa Fe | [435]7.00533 |
Santa Clara | [438]396.0935 |
La Vieja | [441]15.97441 |
Determinada la pérdida de suelo, se analizan los datos de forma comparativa en el Cuadro 6, en la cual se muestra, que a mayor pérdida de bosque mayor pérdida de suelo, claro está, que algunas nacientes han recuperado bosque, pero siempre tienen una buena cantidad de pérdida de suelo, dado que algunas áreas se encuentran desprotegidas de bosque en ambos periodos del estudio.
Las pruebas realizadas fueron la determinación de la función generadora de momentos, basada en la similitud de la media, moda y la mediana, otras fueron, la prueba de curtosis, asimetría, máximos y mínimos, además del gráfico comparativo de una distribución normal, ver Cuadro 7.
En cuanto a la asimetría de los datos, se dice que estos son asimétricos cuando los mismos se encuentran distribuidos asimétricamente respecto a la media, en este caso son mayores a cero lo que indica que los datos se agrupan a la derecha de una curva normal.
Nombre de la naciente | [450]Año [451] [452] [453] | [454]Tasa % de cambio en el tiempo [455] cobertura [456] forestal | [457]Perdida Suelo t/ha/año | [458] [459] [460]||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
1997 [461] [462] | [463]2012 [464] [465] | [466][467] | [468] [469] [470] | ||||
Forestal ha | [471]No forestal ha | [472]Forestal ha | [473]No [474] forestal ha | [475]Nubes ha | [476][477] | [478] [479] | |
Caimitos y Sanfrancisco | [480]0 | [481]12.36 | [482]0 | [483]12.36 | [484]0 | [485]0 | [486]12.27632 | [487] [488]
Cedral Dulcenombre | [489]3.351 | [490]9.009 | [491]5.867 | [492]6.493 | [493]0 | [494]0.037339 | [495]13.82049 | [496] [497]
Aguas Zarcas | [498]5.84 | [499]6.52 | [500]9.7849 | [501]2.5758 | [502]0 | [503]0.0344073 | [504]14.00378 | [505] [506]
Boca Arenal | [507]8.36 | [508]4 | [509]11.0541 | [510]1.3066 | [511]0 | [512]0.0186229 | [513]6.79783 | [514] [515]
Cuestillas Ron Ron | [516]12.36 | [517]0 | [518]11.482 | [519]0.879 | [520]0 | [521]-0.0049123 | [522]6.13816 | [523] [524]
Florencia1 | [525]2.64 | [526]9.72 | [527]4.0384 | [528]8.3223 | [529]0 | [530]0.028338 | [531]789.92818 | [532] [533]
La Abundancia | [534]0.0636 | [535]12.2971 | [536]3.5425 | [537]8.8182 | [538]0 | [539]0.2679983 | [540]11.22918 | [541] [542]
La Lucha La Vega | [543]9.63 | [544]2.73 | [545]10.5604 | [546]1.8002 | [547]0 | [548]0.0061485 | [549]6.58034 | [550] [551]
Muelle | [552]7.92 | [553]4.44 | [554]9.5737 | [555]2.7869 | [556]0 | [557]0.0126419 | [558]6.13816 | [559] [560]
Pavon | [561]1.06 | [562]11.3 | [563]6.6435 | [564]4.2442 | [565]1.4728 | [566]0.122358 | [567]3.58309 | [568] [569]
Penjamo | [570]12.36 | [571]0 | [572]12.36 | [573]0 | [574]0 | [575]0 | [576]1.4165 | [577] [578]
Pitalito | [579]5.77 | [580]6.59 | [581]9.7689 | [582]2.5917 | [583]0 | [584]0.0351021 | [585]24.11238 | [586] [587]
Platanar | [588]10.43 | [589]1.93 | [590]11.939 | [591]0.4216 | [592]0 | [593]0.0090083 | [594]10.85982 | [595] [596]
San Francisco La Palmera | [597]0.63 | [598]11.73 | [599]6.3311 | [600]6.0296 | [601]0 | [602]0.153834 | [603]407.92986 | [604] [605]
San Jose La Gloria | [606]1.48 | [607]10.88 | [608]6.4066 | [609]5.954 | [610]0 | [611]0.0976858 | [612]26.92988 | [613] [614]
Santa Fe | [615]11.05 | [616]1.31 | [617]10.894 | [618]1.4666 | [619]0 | [620]-0.0009479 | [621]7.00533 | [622] [623]
Santa Clara | [624]3.26 | [625]9.1 | [626]5.9132 | [627]6.4475 | [628]0 | [629]0.0396973 | [630]396.0935 | [631] [632]
La Vieja | [633]12.05 | [634]0.31 | [635]11.6581 | [636]7026 | [637]0 | [638]-0.0022042 | [639]15.97441 |
Datos | [644]Media | [645]Moda | [646]Mediana | [647]Curtosis = 3 | [648]Asimetría |
---|---|---|---|---|---|
Tasa% de Cambio bosque | [651]0.0475 | [652]0.0000 | [653]0.0235 | [654]4.7487 | [655]2.1372 |
Pérdida de suelo | [658]97.8231 | [659]6.1382 | [660]11.7527 | [661]6.3027 | [662]2.5565 |
También se realizaron otras pruebas como el coeficiente de correlación de PERSON, resultando 0,0981, lo cual no es significativo, por lo tanto el coeficiente es igual a cero, en este caso según el estadístico las dos variables no están correlacionadas linealmente. Lo cual indica que los datos de ambas variables no son normales.
En vista de los resultados anteriores, se efectuó el análisis de correlación de SPEARMAN, para datos no normales, generando un coeficiente de correlación de 0,4101, el cual resulta significativo al 10%, lo que indica que las dos variables están correlacionadas positivamente.
Discusión
La Ecuación Tasa Anual de Pérdida de Bosque Puyravaud 2003, determina la proporción de bosque existente en un área espacial durante un periodo de tiempo determinado, en este caso para los años 1997 y 2012, sin embargo el proceso muestra que los cambios son muy variados entre una y otra área en donde se encuentran las nacientes. Hay áreas en las cuales las nacientes recuperan bosque, tal es el caso de Cedral Dulce nombre, Aguas Zarcas y Boca Arenal, por el contrario otras pierden bosque, tales como San Francisco la Palmera, Santa Fe y Cuestillas Ron Ron. Solamente la naciente de Pénjamo mantiene un área forestal similar al inicio y al final del periodo.
Con la aplicación de la ecuación Puyravaud 2003, además con el uso de SIG apoyado del Atlas 2008 y 2012 y haciendo uso de las capas del periodo 1997 y 2012, también se logra establecer las proporciones de superficie forestal y no forestal, dentro de los 200 metros en que se hace el análisis. En las figura 3y 4 se muestran las capas con la cantidad de bosque o cobertura forestal y no forestal para el año 1997 y el 2012 respectivamente.
En las figura 4 y 5 se muestra una marcada diferencia de la cobertura forestal y las no forestales de un periodo a otro, estas coberturas están dadas en hectáreas, también mediante los SIG se puede apreciar en los mapas, los cambios de ubicación de dichas áreas boscosas. Estas zonas varían con el tiempo, en donde un periodo no era bosque, ahora sí lo es y viceversa.
Si bien se determina la condición forestal y no forestal de estas áreas en estudio, también se hace una determinación de la pérdida del suelo, haciendo uso de la ecuación RUSLE, con la cual se determina la pérdida del suelo en las mismas áreas donde se pierde bosque. Para la naciente de la ASADA Pénjamo se determinan una pérdida de suelo de 1.4165 toneladas por hectárea por año (t/h/a).
A diferencia de la ASADA Florencia, en la cual se determinan 789.9282 toneladas por hectárea por año, está perdida varia de una naciente a otra, registrándose perdidas de suelos que van desde los 3.58309 t/h/a, Pavón, 6.7978 t/h/a, Boca Arenal, 14.003 t/h/a, Aguas Zarcas 24.1123 t/h/a, Pitalito 407.9298 t/h/a, San Francisco La Palmera, en los cuadros 5 y 6 se registran cada uno de los valores determinados para estos procesos de erosión.
La determinación de la pérdida de suelo, se relaciona con la pendiente del lugar, el tipo de suelo, además de la distancia y la precipitación que se genera a nivel local. Estos procesos se determinan no solo por la ecuación RUSLE, también se determina con la elaboración de mapas en los cuales se ubica espacialmente las áreas afectadas por la erosión (ver Figura 5).
En este proceso se determinó la pérdida de bosque en nacientes, tales como en la naciente denominada Cuestillas Ron Ron, la cual el año 1997 contaba con un área de 12.36 hectáreas de bosque y para el año 2012 se redujo a 11.48 hectáreas. En otros casos se determinó que el área forestal aumentó, tal es el caso de la naciente Cedral Dulcenombre, ya que en 1997 contaba con 3.51 hectáreas y para el 2012 tenía un área de 5.867 hectáreas. Otro de los caso es cuando la naciente no sufrió ningún impacto, es decir no se dio perdida de bosque, tampoco crecimiento, tal es el caso de la naciente Pénjamo la cual registró 12.361 hectárea en ambos períodos.
Conclusiones
Mediante el uso de la Tasa Anual de Pérdida de Bosque, Puyravaud 2003 se logra determinar el área forestal y no forestal de las nacientes en estudio y haciendo uso de los SIG, permiten determinar espacialmente la cobertura de las áreas de protección de la nacientes, en un radio de 200 metros a la redonda, además se determina que en el área en estudio hay una dinámica en cuanto a la perdida de bosque y la recuperación del mismo. También se determina que los suelos con menor cobertura boscosa presentan una mayor pérdida de suelo, además aquellas áreas espaciales con actividades urbanas, agrícolas y ganaderas generan procesos de erosión sumamente elevados.
Tanto la erosión como la pérdida de bosque son variables las cuales se abordaron haciendo uso de los SIG, con las cuales se modelan las diferentes coberturas, relacionando la pérdida de bosque y la erosión, en las áreas de protección de las nacientes.
El uso de los SIG permite la elaboración de mapas para determinar la cobertura, así como la erosión de las áreas de protección, teniendo en cuenta variables tales como, tipo de pendiente, distancia, tipo de suelo, entre otras. La condición de pérdida de bosque y suelo son fenómenos que generan presión sobre los sistemas de protección de las nacientes.