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Caudales Máximos y Operaciones Forestales en el Sur de Chile

Andrés Iroumé^[1]

Resumen

En Chile los bosques de plantaciones ocupan actualmente casi dos millones de hectáreas y contribuyen con el 10% del total de las exportaciones del país. A futuro, se espera un aumento de la importancia del rol económico del sector forestal, ya que las plantaciones crecerán en este decenio a 2,6 millones de hectáreas las plantaciones y a que existen unas 4,5 millones de hectáreas de bosques nativos potencialmente productivas. Las empresas forestales, junto con seguir buscando fórmulas para reducir sus costos de producción y aumentar la rentabilidad de las inversiones, se ven ahora enfrentadas a mayores exigencias sociales por un desempeño más amigable con el ambiente, de modo de evitar o mitigar los impactos de sus actividades, e incorporarse a los procesos de certificación para así mantener la competitividad en el marco de un mercado global.

Las agencias regulatorias de aguas, ambientales, la opinión pública y las propias empresas forestales del país están concientes de los impactos de la actividad forestal en la cantidad y calidad de las aguas, especialmente en aquellas zonas donde se concentran operaciones forestales a gran escala. Una de las preocupaciones se relaciona con el efecto de los caudales de crecida luego de cosechar extensas superficies de bosques de plantaciones.

Se presentan resultados de una investigación en cuencas experimentales bajo diferentes coberturas. Se comparan los caudales máximos de dos cuencas vecinas, una cubierta por una plantación joven de Eucalyptus nitens que cubre el 81% de su superficie, y la otra que presenta una cobertura correspondiente a una plantación recién establecida de Eucalyptus nitens y Pinus radiata en el 68% de su superficie. En promedio, los caudales unitarios máximos en la primera de ellas son menos de un 1% inferiores a los generados en la segunda (235 y 237 l/s/km², respectivamente), aún cuando las diferencias no son estadísticamente significativas (95%).

Además, se comparan los caudales en una cuenca de 34,4 hectáreas de superficie, en las condiciones de pre y post-cosecha de un bosque adulto de Pinus radiata que cubría el 79,4% de la superficie de la cuenca. En promedio, los caudales máximos instantáneos aumentaron un 120% luego de cosechado el bosque (diferencia estadísticamente significativa al 95%). Puesto que los volúmenes de las tormentas en los períodos de pre y post-cosecha no presentaron diferencias estadísticamente significativas (95%), el aumento en los caudales máximos se asocia a la reducción de la cubierta por efecto de la cosecha a tala rasa de la plantación.

La principal conclusión de esta investigación es que la reducción de la cubierta de bosques genera aumentos en los caudales máximos en las cuencas estudiadas. Los mayores efectos ocurren luego de cosechar a tala rasa parte importante de la superficie de la cuenca.

Palabras claves: caudales máximos; operaciones forestales; cosecha a tala rasa; plantaciones; Chile

Introducción

Los cambios de uso del suelo, especialmente los asociados a procesos de forestación y deforestación, generan impactos hidrológicos sobre la cantidad, distribución y calidad del agua, erosión y transporte de sedimentos, cuya magnitud varía entre diferentes regiones hidrológicas por la heterogeneidad ambiental y la extensión de la superficie afectada (Wang y otros 1998).

Actualmente, los bosques de plantaciones, que ocupan unas dos millones de hectáreas (CONAF-CONAMA 1999), contribuyen con el 10% del total de las exportaciones de Chile. Se espera a futuro un aumento de la importancia del rol económico del sector forestal, ya que al 2010 habrá unas 2,6 millones de hectáreas de plantaciones y además existen cerca de 4,5 millones de hectáreas de bosques nativos potencialmente productivas. Las empresas forestales, junto con seguir buscando fórmulas para reducir sus costos de producción y aumentar la rentabilidad de las inversiones, se ven enfrentadas a mayores exigencias sociales por un desempeño más amigable con el ambiente, de modo de evitar o mitigar los impactos de sus actividades, e incorporarse a los procesos de certificación para así mantener la competitividad en el marco de un mercado global (CORMA 2002). Las agencias regulatorias de aguas, ambientales, la opinión pública y las propias empresas forestales del país (CORMA 2001) están concientes de los impactos de la actividad forestal en la cantidad y calidad de las aguas, especialmente en aquellas zonas donde se concentran operaciones forestales a gran escala. Una de las preocupaciones se relaciona con el efecto en la producción de agua luego de cosechar extensas superficies de bosques de plantaciones.

La forestación reduce los caudales máximos, anuales y estacionales por el mayor consumo de agua por parte de los bosques en comparación con otros tipos de cubiertas vegetacionales, principalmente por la pérdida por evaporación del agua interceptada por las copas y por las mayores transpiraciones, ya que los árboles pueden acceder a mayores reservas de agua del suelo por su sistema de raíces profundas (Calder 1992). La deforestación y las operaciones de cosecha asociadas aumentn los caudales de las crecidas y los riesgos de inundaciones y generan mayores erosiones y transporte de sedimentos.

En Chile, las pérdidas por intercepción varían entre 204 y 1.097 mm/año para bosques de latifoliadas (especies nativas y eucaliptos) y entre 199 y 579 mm/año para bosques de coníferas, valores que dependen de los bosques y las características de las precipitaciones (Huber e Iroumé 2001, Iroumé y Huber 2002). En los meses de verano, el consumo de agua en plantaciones de Pinus radiata y Eucalyptus globulus luego de un año del establecimiento es más de 10 mm/día, lo que genera una disminución paulatina de las reservas de agua del suelo (Oyarzún y Huber 1998).

No existen estudios en Chile que cuantifiquen el efecto del crecimiento de una plantación sobre los caudales. Sin embargo, en Nueva Zelanda Fahey (1994) muestra que la producción de agua se reduce entre 30-50% luego de reforestar cuencas con praderas. Fahey y otros (1998), también en Nueva Zelanda, encuentran que seis años después de plantar con Pinus radiata el 67% del área de una cuenca la escorrentía anual se redujo en 130 mm en comparación con la de una cuenca bajo pradera.

Numerosos estudios muestran la existencia de relaciones significativas entre aumentos en los caudales máximos y superficie cosechada o deforestada, aún cuando no existen datos para las condiciones Chilenas. Jones y Grant (1996), analizaron información de más de 30 años en cuencas pequeñas y más de 50 años en cuencas grandes en el Oeste del estado de Oregon (Estados Unidos), mostrando que los caudales máximos aumentaron en más de un 50% en las cuencas pequeñas y un 100% en las grandes, luego de la cosecha de los bosques. Caissie y otros (2002) compararon los caudales máximos antes y después de la cosecha del bosque en dos cuencas en Canadá, detectando cambios sólo en la cuenca en la cual se intervino el 23% de la superficie. La magnitud de aumento del caudal máximo durante las tormentas en post-cosecha, dependió de la extensión de la vegetación removida y del nivel de compactación y alteración del suelo.

El objetivo de este trabajo es mostrar el efecto de las intervenciones sobre la cubierta vegetal en los caudales máximos de cuencas de la Décima Región de Chile. Se comparan los caudales máximos en dos cuencas vecinas con diferente cobertura, y las diferencias en los caudales en las condiciones de pre y post-cosecha de la plantación en una tercera.

Materiales y Método

El estudio se realiza en tres cuencas ubicadas en la Décima Región de Chile. Las cuencas Los Ulmos (LU) se encuentran a 40 km al sur de la ciudad de Valdivia mientras que la cuenca La Reina (LR) está a 56 km al noroeste de Osorno. La localización de las cuencas se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Ubicación de las cuencas.

En todas estas cuencas, las precipitaciones son pluviales concentrándose principalmente en los meses invernales y no existiendo meses secos sin precipitación. Los suelos rojos arcillosos en las cuencas LU se originaron de cenizas volcánicas antiguas depositadas sobre el complejo metamórfico de la costa, mientras que la cuenca LR se ubica sobre un plano depositacional no glacial cuyo material componente son rocas sedimentarias con una litología dominante de andesita y basalto (CORFO 1964, IREN 1978).

La cuenca Los Ulmos1 (LU1) tiene un superficie de 10,8 ha y una altitud entre 175 y 230 m.s.n.m., mientras que Los Ulmos2 (LU2) tiene 16,1 ha de superficie y altitudes entre 155 y 210 m.s.n.m. La cuenca LR tiene 34,4 ha de superficie y su altitud es entre 35 y 225 m.s.n.m. Todas las cuencas son controladas por estaciones fluviométricas artificiales de sección conocida, que disponen de almacenadores continuos de nivel de aguas, para las cuales se han desarrollado las curvas de aforo respectivas. La precipitación en las cuencas se registra mediante pluviógrafos digitales.

En las cuencas LU, se comparan los caudales máximos instantáneos para el período diciembre 1999 a enero 2002.

En este período, LU1 está cubierta por una plantación de Eucalyptus nitens establecida el año 1997 que cubre el 81% de la superficie de la cuenca, mientras el 19% restante son caminos y la vegetación a orilla de cauces. Al inicio del período de estudio, la plantación tenía algo más de 2 años de desarrollo, 1.600 arb/ha, las copas aún no se habían cerrado y los árboles individuales tenían una altura de unos 3,3 m y el 70% de las raíces de 0,3 m de profundidad. La cobertura de copas era aproximadamente el 60%.

Durante este período, la cuenca LU2 presenta una menor cobertura arbórea. Cubren el suelo de esta cuenca la vegetación arbustiva regenerada naturalmente y las plántulas de Eucalyptus nitens (7,3 ha) y Pinus radiata (3,7 ha) de una nueva plantación establecida en el 2000 sobre los terrenos que ocupaba una plantación de Pinus radiata que abarcaba el 68% de la superficie de la cuenca y que fue cosechada durante el periodo enero-marzo del año 1999 (antes del inicio del monitoreo de caudales). El 32% restante está ocupado por algunos rodales no intervenidos de diferentes especies, la vegetación a orilla de cauces y los caminos.

Por la diferencia en superficie entre ambas cuencas (LU1 y LU2 tienen 10,8 y 16,1 ha respectivamente), el análisis se realiza comparando los caudales máximos instantáneos unitarios (l/s/km²). Se utiliza análisis de varianza (ANOVA) para comparar estadísticamente las diferencias de caudales entre ambas cuencas.

Para la cuenca LR (34,4 ha de superficie), se comparan los caudales máximos instantáneos del período enero 1998 a agosto 1999 considerado de pre-cosecha (cubierta de una plantación de Pinus radiata establecida el año 1977 que cubre el 79,4% de la superficie de la cuenca, mientras el 20,6% restante es vegetación a orilla de cauces) con los correspondientes al período marzo 2000 a enero 2002 de post-cosecha (suelo cubierto con residuos de la cosecha y plántulas de la nueva plantación de Eucalyptus nitens establecida en otoño del 2000 y la vegetación a orilla de cauces en el 20,6% de la superficie de la cuenca). Se compara mediante ANOVA las diferencias entre los volúmenes de las tormentas que generan los caudales máximos en los períodos de pre y post-cosecha, y las diferencias entre los caudales máximos entre ambos períodos. En caso de no haber diferencias estadísticamente significativas entre las precipitaciones de las tormentas de ambos períodos, se supone que las diferencias entre los caudales se explican por los cambios en la cubierta vegetal ocurridos en la cuenca entre un período y otro.

Resultados

En la Figura 2 se han graficado los caudales unitarios máximos instantáneos para las cuencas LU1 y LU2, en función del volumen de las tormentas. Se muestran además las líneas de tendencia entre caudales unitarios máximos y precipitación total (P) de las tormentas asociadas, cuyo propósito es orientar y no generar un modelo entre estas variables.

Figura 2. Caudales unitarios máximos instantáneos (l/s/km²) para las cuencas LU1 y LU2.

Se puede ver que los caudales unitarios máximos son algo mayores en la cuenca con menor cubierta vegetal. En promedio, los caudales unitarios máximos en LU1 son menos de un 1% inferiores a los generados en LU2 (235 l/s/km² en LU1 y 237 l/s/km² en LU2), aún cuando las diferencias no son estadísticamente significativas (95%).

De acuerdo a estos resultados, una plantación de casi 5 años luego de establecida, como la que existe en LU1, no genera aún intercepciones y consumos por transpiración significativamente mayores que los de la cubierta de LU2, cuya nueva plantación está en las primeras etapas de desarrollo. Es posible que en los años siguientes pueda observarse una mayor diferencia entre los caudales unitarios máximos de las cuencas LU1 y LU2, a medida que los árboles de Eucalyptus nitens de la plantación de LU1 se desarrollen y las copas empiecen a cerrarse. Sin embargo, algunos años después estas diferencias deberían nuevamente reducirse. En LU2 se cosechó el bosque que cubría el 68% de la superficie de la cuenca, quedando el 32% restante con una cubierta que no fue modificada.

En la Figura 3 se han graficado los caudales máximos instantáneos para la cuenca LR en función del volumen de las tormentas, para los períodos de pre-cosecha (enero 1998 a agosto 1999) y post-cosecha (marzo 2000 a enero 2002).

Figura 3. Caudales máximos instantáneos (l/s) en la cuenca LR para las condiciones de pre y post-cosecha.

De igual forma que en la figura anterior, se muestran las líneas de tendencia entre caudales máximos y precipitaciones totales (P), siempre con la intención de orientar y no con el propósito de generar un modelo entre estas variables. Se puede ver que los caudales máximos en LR son mayores en la condición de post-cosecha que el período de pre-cosecha. En promedio, los caudales instantáneos son 25,3 l/s en el período de pre-cosecha y de 55,6 l/s en el período inmediatamente siguiente a la cosecha. Es decir que, en promedio, los caudales máximos instantáneos en LR aumentaron un 120% luego de cosechado el bosque, diferencia que es estadísticamente significativa (95%). Puesto que los volúmenes de las tormentas en los períodos de pre y post-cosecha no presentaron diferencias estadísticamente significativas (95%), el aumento en los caudales máximos se asocia a la reducción de la cubierta en LR para el período 2000-2002 por efecto de la cosecha a tala rasa de la plantación inicial que cubría el 79,4% del área de la cuenca.

Al reducirse la cubierta de bosques, unos 500 mm/año se incorporarían al ciclo de escorrentía (Huber e Iroumé 2001). Menores intercepciones y mayor humedad en los suelos al reducirse el consumo de agua, son elementos que favorecen la generación de caudales (Calder 1992).

El efecto de la reducción de la cubierta vegetal en los caudales máximos se analiza comparando los hidrogramas de crecidas generadas en LR por tormentas de verano en condición de pre-cosecha (18/3/1998, precipitación de 13 mm) y en condición de post-cosecha (20/3/2000, precipitación de 13,4 mm, y 25/2/2001, precipitación de 14,4 mm), Figura 4.

Figura 4. Hidrogramas de crecidas por tormentas similares seleccionadas en condición de pre-cosecha (1998) y post-cosecha (2000 y 2001).

Para la tormenta de la condición de pre-cosecha, la diferencia entre el caudal correspondiente al flujo base (1,1 l/s) y el peak (5,3 l/s) es de 4,2 l/s. Para las tormentas de la condición de post-cosecha, el caudal pasó de 2,6 l/s a 10,7 l/s (tormenta del año 2000) y de 4,1 a 13,3 l/s (año 2001), es decir las diferencias entre los caudales al inicio de la tormenta y al momento del peak fueron 8,1 y 9,2 l/s, respectivamente. Luego de la cosecha, la diferencia entre caudal al inicio de la crecida y caudal máximo durante la misma, es al menos dos veces superior al generado por una tormenta de similar magnitud cuando la cuenca estaba cubierta con la plantación de Pinus radiata.

En el Cuadro 1 siguiente, se presentan los caudales máximos (l/s/km²) para el periodo marzo 2000 a enero 2002, para las cuencas LU1, LU2 y LR. Para este periodo, la cuenca LR se encuentra en la condición de "post-cosecha".

Cuadro 1. Caudales máximos (l/s/km²) en las tres cuencas estudiadas, periodo marzo 2000 a enero 2002.

Se puede ver que, en promedio, los caudales máximos unitarios de la cuenca de mayor superficie (LR) son inferiores a los de las cuencas LU. Sin embargo, las diferencias en los caudales máximos unitarios registrados en las tres cuencas para el periodo marzo 2000 a enero 2002 no son estadísticamente significativas (95%). La plantación de Eucalyptus nitens de la cuenca LU1 que cumplió 5 años a mediados del 2002, aún no genera efectos de importancia en reducir los caudales, si se les compara con los registrados en las otras dos cuencas (LU2 y LR) con menor cobertura.

Conclusiones

La cosecha de los bosques genera aumentos en los caudales máximos en las cuencas estudiadas, y los mayores efectos ocurren luego de cosechar a tala rasa parte importante de la superficie de la cuenca.

La cosecha a tala rasa de una plantación de Pinus radiata que cubría el 68% de la superficie de una cuenca generó caudales unitarios máximos levemente superiores a los de una cuenca vecina cubierta por una plantación joven de Eucalyptus nitens de 3 a 5 años de edad que cubre el 81% de su superficie, aún cuando las diferencias no son estadísticamente significativas. Esta plantación joven no parece generar aún intercepciones y consumos por transpiración significativamente mayores que los de la cubierta de la cuenca recién intervenida.

Sin embargo, la cosecha a tala rasa de una plantación de Pinus radiata que cubría el 79,4% de la superficie de otra cuenca estudiada, generó en promedio aumentos del 120% (diferencias estadísticamente significativas al nivel de confianza del 95%) en los caudales instantáneos con respecto a la condición de pre-cosecha. En esta cuenca y para tormentas individuales, las diferencias entre caudales al inicio de la tormenta y los caudales máximos instantáneos pueden llegar a ser más de 2 veces superiores luego de la cosecha del bosque, en comparación con tormentas en período de pre-cosecha.

Los mayores caudales máximos, en comparación con los registrados antes de cosechar el bosque, son aún evidentes luego de 4 a 5 años de la intervención. Una nueva plantación recientemente establecida no produce efectos significativos en reducir las magnitudes de los caudales máximos a valores similares a los de la condición de pre-cosecha.

Agradecimientos

Investigación financiada por el proyecto S-2002-19 de la Dirección de Investigación y Desarrollo, Universidad Austral de Chile. El autor agradece a la Corporación Nacional Forestal por su apoyo en los trabajos sobre la cuenca La Reina.

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