Fig. 1   Drenaje en el distrito de riego de Penoche, valle de San Joaquín, California. ESCORRENTÍA SOSTENIBLE PARA EL BALANCE DE SALES EN UNA CUENCA Victor M. Ponce Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental Universidad Estatal de San Diego San Diego, California [090603] RESUMEN:   La cantidad mínima de escorrentía que debe conservarse para mantener el balance de sales en una cuenca se calcula en forma conceptual. La alternativa, es decir, la conversión antropogénica de toda la escorrentía en evapotranspiración es insostenible, porque hace que las sales se acumulen sin límite dentro de la cuenca. La naturaleza pretendía que las cuencas exorreicas estuvieran en equilibrio salino por medio de la escorrentía. Por lo tanto, para preservar este servicio natural, se debe imponer un límite al uso consuntivo de la escorrentía por medio de la irrigación. 1.  INTRODUCCIÓN Durante un período medible, digamos un año, la cantidad de precipitación sobre una cuenca se divide en evaporación, evapotranspiración y escorrentía. La evaporación (E) es la fracción de precipitación devuelta a la atmósfera en ausencia de vegetación. La evapotranspiración (ET) es la fracción de precipitación devuelta a la atmósfera a través de la vegetación. Para evitar confusión, la cantidad combinada de evaporación y evapotranspiración se denomina aquí vaporización (V). La escorrentía (Q) es la fracción de precipitación que regresa al océano por medio del flujo de los ríos. Sobre una base promedio global, la vaporización es aproximadamente dos tercios de la precipitación y la escorrentía constituye el tercio restante. Por lo tanto, la relación promedio global de vaporización a escorrentía es: V/Q = 2. Sin embargo, esta relación varía con el clima; en regiones húmedas, puede ser tan baja como 1, mientras que en regiones áridas, puede ser tan alta como 50 o más. 2.  PRODUCCIÓN DE SAL NATURAL En un entorno natural prístino, el volumen total de escorrentía anual es: Ro = Qo A (1) en la cual Ro = volumen de escurrimiento anual prístino, en m3; Qo = profundidad de escorrentía anual prístina, en m; y A = área de drenaje de la cuenca, en m2. En la Naturaleza, la escorrentía siempre lleva una cierta cantidad de sólidos disueltos, los cuales son, en su mayoría, sales, o iones de sales. La concentración de sal en el escurrimiento se expresa en gr/m3. Así, el peso total de sal en la escorrentía anual es: So = Co Ro (2) en la cual So = cantidad anual de sal entregada al océano por escorrentía prístina, en gr; y Co = concentración media de sal en la escorrentía prístina, en gr/m3. 3.  DRENAJES EXORREICOS VS ENDORREICOS Las cuencas hidrológicas pueden ser exorreicas o endorreicas, dependiendo de sus propiedades de drenaje. Las cuencas exorreicas tienen salida al mar; por el contrario, las cuencas endorreicas no tienen salida al mar. Las cuencas exorreicas tienen proporciones de V/Q finitas, con un promedio global de 2. Por otro lado, en una cuenca endorreica, la escorrentía es cero; por lo tanto, V/Q = ∞; es decir, toda la precipitación se convierte en vaporización. Por lo general, las cuencas exorreicas se caracterizan por tener ríos y estuarios, y drenar hacia afuera, mientras que las cuencas endorreicas tienen lagos y humedales, y drenan hacia adentro. Sin embargo, algunas cuencas (lagos) aparentemente cerradas pueden no ser completamente endorreicas, presentando pequeños porcentajes de escorrentía, por ejemplo, el Lago Titicaca, en Perú (Fig. 2). Por lo tanto, estas cuencas se denominan semiendorreicas. De manera similar, algunas cuencas aparentemente abiertas (ríos) pueden no ser completamente exorreicas, presentando pequeños porcentajes de pérdida forzada por vaporización (a través de pequeños lagos); por ejemplo, las lagunas salinas cerca de Río Negro, en la cuenca del río Alto Paraguay, Mato Grosso do Sul , Brasil (Fig. 3). Estas cuencas se denominan semiexorreicas. Los drenajes totalmente exorreicos no acumulan sales y otros sólidos. Los drenajes semiexorreicos y semiendorreicos acumulan una fracción de la sal producida en la cuenca. Los drenajes totalmente endorreicos acumulan toda la sal que se genera en la cuenca. Fig. 2  Salida del lago Titicaca en Desaguadero, Puno, Perú. Fig. 3  Lagunas salinas cerca de Río Negro, Mato Grosso do Sul, Brasil. 4.  EL EFECTO DEL RIEGO EN LA ESCORRENTÍA La irrigación aumenta la evapotranspiración; esto causa una reducción en la escorrentía. Al aumentar V y reducir Q, el riego aumenta la proporción V/Q. En el entorno habitual, la irrigación reduce la escorrentía anual a Qa, en la cual Qa = escorrentía anual antropogénica, en m. Por lo tanto: Ra = Qa A (3) en la cual Ra = volumen antropogénico de escorrentía anual, en m3. Además de una reducción en la escorrentía de Qo a Qa, la cantidad de sal en la escorrentía puede aumentar de So a Sa, donde Sa es la cantidad anual de sal entregada al océano por escorrentía antropogénica, en gramos. La relación K, definida de la siguiente manera: K = (Sa - So) / So (4) es una indicación de la influencia del desarrollo del riego en una cuenca, incluida la medida en que se ha implementado un drenaje efectivo de los flujos de retorno. Con K = 0, es decir, en ausencia de riego, o en ausencia de flujos de retorno, no hay exportación adicional de sales. Con K > 0, hay una exportación adicional de sales. En la práctica, K suele ser mayor que cero, porque el desarrollo del riego promueve nuevas sales, particularmente en regiones áridas y semiáridas, además de movilizar sales antiguas que pueden haber estado ya en el perfil del suelo debido a una historia previa de endorreísmo. 5.  EL CONCEPTO DE BALANCE DE SALES EN UNA CUENCA Se dice que una cuenca está en equilibrio salino cuando no hay un aumento significativo de sal (acumulación de sal) durante el período de análisis, por decir, un año. Una cuenca en equilibrio salino es una cuenca exorreica; una cuenca endorreica o semidorreica no está en equilibrio salino. Las cuencas semiexorreicas no suelen estar en equilibrio salino. Para que una cuenca exorreica desarrollada permanezca en equilibrio salino, la concentración media de sal en la escorrentía antropogénica debe ser: Ca = Sa / Ra (5) en la cual Ca = concentración media de sal en la escorrentía antropógena, en gr/m3. Dada la Ecuación 4, se concluye que: Ca = (1 + K) So / Ra (6) Por lo tanto: Ca Ra = (1 + K) So (7) Dada la Ecuación 2, se concluye que: Ca Ra = (1 + K) Co Ro (8) y con las Ecs. 1 y 3: Ca Qa = (1 + K) Co Qo (9) a partir del cual: Qa = (1 + K) Qo / (Ca /Co) (10) Para el caso de K = 0, es decir, sin exportación adicional de sal, tomado como primera aproximación: Qa = Qo / (Ca /Co) (11) La Ecuación 11 es particularmente importante porque establece que la escorrentía antropogénica está inversamente relacionada con la proporción de concentraciones medias de sal antropogénica y prístina. En el límite, conforme Qa → 0, se concluye que (Ca /Co) → ∞, es decir, la sal se acumula sin límite en la cuenca, desafiando el equilibrio salino. Para lograr el equilibrio salino de una cuenca, el valor de Qa debe permanecer finito; es decir, la escorrentía antropogénica debe seguir siendo una fracción finita de la escorrentía prístina. Además, la fracción mínima a reservar para el balance salino de una cuenca se puede calcular fijando la relación C /Co a un valor viable, determinado por consenso de las partes interesadas. Por ejemplo, si Co = 300 gr/m3, y un valor de Ca = 1,500 gr/m3 se considera aceptable, entonces la proporción de concentración media de sal antropogénica a prístina es: Ca /Co = 5 (12) y la proporción de escorrentía antropogénica a prístina es: Qa /Qo = 0.2 (13) Cuando K > 0, la Ec. 10 es aplicable. Por ejemplo, supongamos que K = 0.1 y Ca /Co = 5. Luego: Qa /Qo = 0.22 (14) Además, supongamos un alto valor de la relación de exportación de sal adicional, K = 0.5, es decir, una cuenca altamente desarrollada. Con Ca /Co = 5, Eq. 10 conduce a: Qa /Qo = 0.3 (15) 6.  ESTUDIO DE CASO: CUENCA DEL LAGO TULARE, CALIFORNIA Un caso un tanto extremo de secuestro de sal natural/antropogénico combinado está representado por la cuenca del Lago Tulare, en el extremo sur del valle central de California. El Lago Tulare funciona como una cuenca endorreica la mayor parte del tiempo, recolectando su propia escorrentía local y regional, además del eventual desbordamiento estacional del río Kings, ubicado hacia el norte. Sin embargo, durante períodos extremos de escorrentía, se sabe que ésta cambia de dirección y fluye hacia el norte, en dirección al valle del río San Joaquín (Fig. 4). Así, históricamente, el Lago Tulare había funcionado como una cuenca semiendorreica, con drenaje ocasional hacia el norte. Fig. 4   Cuenca del lago Tulare, California, c. 1874. En los últimos 120 años, el desarrollo de irrigación en la cuenca del Lago Tulare ha resultado en la conversión de toda la escorrentía en vaporización. Si bien la intención (de la irrigación) es convertir la escorrentía en evapotranspiración, una parte sustancial de la escorrentía es convertida en evaporación (de estanques de suministro de agua y estanques de evaporación). En consecuencia, cada gota de agua que precipita en la cuenca ahora es captada; por lo tanto, no se deja salir ni un ápice de sal. Por el momento, el sistema de riego funciona porque el sistema de drenaje lleva la salmuera lejos de la zona de las raíces, manejándola y acumulándola en estanques de evaporación (Fig. 5). A medida que el sistema continúa operando, se hace evidente la necesidad de localizar depósitos de evaporación adicionales. Sin embargo, es claro que el sistema es insostenible, trayendo consigo la certeza de su eventual desaparición. Fig. 5  Estanque de evaporación en la cuenca del lago Tulare, condado de Tulare, California. 7.  OBSERVACIONES FINALES El análisis conceptual formulado en este artículo demuestra que se debe preservar una proporción mínima de escorrentía antropogénica a prístina en el desarrollo del riego, si se desea que una cuenca logre un grado razonable de equilibrio salino. No puede haber un balance de sal si la proporción de escorrentía antropogénica a prístina es cero, es decir, si toda la escorrentía prístina se convierte en vaporización. Hay un límite máximo de la cantidad de escorrentía que se puede apropiar para usos consuntivos. Ignorar este límite conduce a una pérdida del equilibrio salino de la cuenca, práctica que es insostenible. Por lo tanto, la regulación de la cantidad de agua de una cuenca es absolutamente necesaria para preservar la calidad de la tierra. En otras palabras, la preservación de la calidad del agua no debe lograrse a expensas de la degradación de la calidad de la tierra. SIMBOLOGÍA A = área de drenaje de la cuenca (m2); Ca = concentración media de sal en la escorrentía antropogénica (gr/m3); Co = concentración media de sal en escorrentía prístina (gr/m3); E = evaporación (m); ET = evapotranspiración (m); K = relación de exceso de sales debido al riego, entregadas a los océanos, a sales entregadas al océano por escorrentía prístina, Ec. 4; Q = escorrentía (m); Qa = escorrentía anual antropogénica (m); Qo = escorrentía anual prístina (m); Ra = escorrentía anual antropogénica (m3); Ro = escorrentía anual prístina, (m3); Sa = cantidad anual de sal entregada al océano por la escorrentía antropogénica (gr); So = cantidad anual de sal entregada al océano por escorrentía prístina (gr); y V = vaporización, definida como la suma de la evaporación y la evapotranspiración (m).

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