Introducción
⌅La
deposición de sedimentos en los embalses es un proceso que contribuye,
de forma significativa, al deterioro de esas fuentes de agua, las cuales
se usan en diversas actividades, entre las cuales sobresalen el consumo
humano y el riego de los cultivos. La importancia económica,
medioambiental y social de este problema requiere que se analicen los
aspectos fundamentales del mismo (Gonzalo & Mora, 2021Gonzalo A. & Mora, J (2021). Gestión Integral de Sedimentos de Embalses: razones para su justificación. https://www.google.com/search?channel=fs&client=ubuntu&q=Sedimentos+en+embalses
). Entre esos aspectos sobresalen el
volumen y características de los sedimentos en cada uno de los embalses
que se estudie; uso que se le puede dar a los sedimentos extraídos de
los embalses; procedencia de los sedimentos, en relación con el
comportamiento de una serie de componentes clave de los ecosistemas
terrestres (ET) y agroecosistemas (AES) que inciden sobre el embalse en
cuestión (Rivero et al. 2024Rivero,
L., López, S., Farradaz, M., Fuentes, E., Pérez, J. M., Demedio, M.,
Fraser, T., Beltrán, A., Morales, R., & La O, M. (2024). Metodología
para la aplicación de Ciencia e Innovación Tecnológica en apoyo a
seguridad alimentaria sostenible. Ingeniería Agrícola, 14(1).
).
A este último aspecto está dedicado el presente trabajo, el que toma
como ejemplo al embalse Niña Bonita, en la provincia La Habana.
El análisis integral del territorio donde se encuentre el embalse, es un problema clave para abordar lo referente al volumen y características de los sedimentos, así como su posible uso. Para esto tenemos en cuenta los principales factores incidentes, como la geología, el suelo, corrientes superficiales de agua, cubierta vegetal, pendiente del terreno, uso de la tierra y población, todos dentro de los límites de la cuenca y/o subcuenta que abastecen al embalse de que se trate.
Lo anterior implica que el análisis debe ser bajo un enfoque sistémico Rivero et al. (2024)Rivero,
L., López, S., Farradaz, M., Fuentes, E., Pérez, J. M., Demedio, M.,
Fraser, T., Beltrán, A., Morales, R., & La O, M. (2024). Metodología
para la aplicación de Ciencia e Innovación Tecnológica en apoyo a
seguridad alimentaria sostenible. Ingeniería Agrícola, 14(1).
,
para lo cual se aprovechan los avances que han alcanzado las
tecnologías de la información, con su eje central en la Geomática y las
cuatro áreas tecnológicas primarias de la misma (en lo adelante ATPG):
Sistema de Posicionamiento Global por Satélite (GPS); Teledetección
(TD), Modelo Asistido por Computadoras (CAD) y Sistema de Información
Geográfica (SIG). En lo que va de este siglo estas tecnologías se han
fortalecido con el desarrollo de programas muy avanzados para la
adquisición, organización, procesamiento, análisis e integración de
información McBratney et al. (2003)McBratney, A. B., Mendonca Santos, M. L., & Minasny, B. (2003). On Digital Soil Mapping. Geoderma, 117(1-2), 3-52.
; Malone et al. (2017)Malone, B. P., Minasny, B., & McBratney, A. B. (2017). Using R for Digital Soil Mapping. Springer International Publishing.
todo lo cual favorece la caracterización de los territorios donde están
enclavadas las principales fuentes de agua, con énfasis en los
embalses.
Lo planteado en el párrafo anterior ha permitido
desarrollar una línea de trabajo en el Instituto de Suelos del
Ministerio de la Agricultura, enfocada a la caracterización integral de
territorios como paso previo al estudio de variables e indicadores de
los componentes clave de ET y AES, en cuyo marco se inscribe el problema
de los sedimentos en los embalses. Trabajos realizados en esta
dirección se refieren a la incidencia conjunta de la cubierta vegetal,
el clima y relieve sobre la erosión de los suelos y sus consecuencias Rivero et. al. (2013)Rivero,
L., Ruiz, J., Rivero, M., & Tamariz, V. (2013). Los suelos, la
cobertura vegetal y el relieve en el municipio de Tzicatlacoyan, estado
de Puebla, México. Revista GEOMINAS, 61, 95-105.
, evaluación de indicadores de calidad del suelo García et al. (2024)García,
C., Martínez, F., Rivero, L., Morales, A., Dueñas, G., Caraballo, A.,
Oliva, D., & Oliva Á. D. (2024). Evaluación de indicadores de
calidad de suelos en la Finca “Los Olivas”, provincia de Matanzas. Ingeniería Agrícola 14 (2).
y un esquema para la aplicación de tecnologías avanzadas de la
información (TAInf) en el estudio, conservación y mejoramiento de
ecosistemas terrestres (ET) y agroecosistemas (AES) propuesto por Rivero et. al. (2025)Rivero, L., Farradás, M., García, C., Beltrán, A., & Morales, M. (2025). Tecnologías Avanzadas de la Información (TAInf) en el estudio, conservación y mejoramiento de ecosistemas terrestres (ET) y agroecosistemas (AES). Ingeniería Agrícola 15.
.
En
el amplio marco de esta compleja problemática, es necesario considerar
el aprovechamiento de la lluvia, lo que está relacionado con el hecho de
que la agricultura de secano ocupa una gran parte de las áreas de
cultivo en el mundo (Droogers & van de Giesen, 2010Droogers,
P., & van de Giesen, N. (2010). Food and Water: Analysis of
potentially new themes in water management - future trends and research
needs. https://www.futurewater.nl/wp-content/uploads/2011/05/BMBF_Food_v05.pdf
). De acuerdo con Herrera et. al (citados por Arcia & Herrera (2023)Arcia,
P. J., & Herrera, P. J. (2023). Primera aproximación de
agrupamiento espacial de suelos para la gestión del agua con fines de
riego. Ingeniería Agrícola, 13(3), ISSN: 2227-8761.
,
en Cuba solo está bajo riego el 8,7 % del área cultivable, lo que
implica la necesidad de incrementar las áreas de riego. Al mismo tiempo,
la necesidad del ahorro de agua.
En correspondencia con lo planteado en los párrafos anteriores, este trabajo se propone los siguientes objetivos: (1) crear el Sistema de Información Geográfica (SIG) para el territorio que aporta los sedimentos al referido embalse; (2) caracterización integral del territorio incidente sobre el embalse Niña Bonita, con énfasis en los aportes de sedimentos.
Materiales y Métodos
⌅Ubicación geográfica y caracterización general del área de estudio
⌅El área de mayor incidencia sobre el embalse Niña Bonita, desde el punto de vista del aporte de sedimentos y su posible uso, se muestra en la Figura 1. Se delimita la parte media superior de la cuenca hidrográfica del Río Jaimanitas (línea roja), así como la subcuenca que abastece al embalse (línea amarilla). El Río Jaimanitas desemboca en la costa norte, en las inmediaciones del pueblo costero del mismo nombre; sin embargo, el área de mayor interés para este trabajo es la parte de la subcuenca cuyas aguas vierten directamente a la presa, situada al sur de la línea discontinua de color rojo. En la imagen se muestran áreas a ambos lados del límite de la subcuenca y hasta unos 3.5 km al norte de la línea roja discontinua, debido a que también se tiene en cuenta el posible uso de los sedimentos en el mejoramiento de suelos de pequeñas fincas, huertos, organopónicos y otros tipos de unidades productivas.
El centro del embalse se ubica por el Sistema de Coordenadas Long/Lat (WGS 84) (EPSG: 4326).
Longitud: -82.490462, Latitud: 23.034939
Coordenadas planas: 347232 m E, 356895 m N.
Área del embalse: 92.07 ha (920700 m2).
Capacidad de embalse aproximada: 4603500 m3
Área de vertimiento directo al embalse: 1014.56 ha
Año de construcción: 1970
Análisis previo del territorio
⌅Se
realizó el análisis previo del territorio sobre la base de imágenes de
Google Pro de alta resolución, en las que se pudieron apreciar los
elementos de superficie que resultan de mayor interés en el aporte de
sedimentos al embalse de referencia. Se hizo énfasis en la configuración
de la red de corrientes superficiales de agua que tributan al embalse
(ríos y arroyos). Para esto, además de las imágenes, se utilizó el
modelo de elevación digital del terreno (MEDT) creado a partir de cuevas
de nivel a intervalos de 2,5 metros. Se visualizó la distribución
geoespacial (DGE) de la cubierta de la tierra en el referido territorio,
la que está compuesta por diferentes formaciones vegetales,
construcciones fabriles e infraestructura poblacional. Para la
visualización previa del relieve se utilizó un mapa de pendiente, creado
a partir de las mismas curvas de nivel utilizadas para crear el MEDT.
También se utilizó el mapa de suelos del territorio a escala 1: 25 000,
al cual se le hicieron arreglos para adecuarlo a los objetivos de este
trabajo. Después de los arreglos se hizo la correlación entre la II
Clasificación Genética de los Suelos de Cuba utilizada en el Mapa
Nacional de los Suelos de Cuba a escala 1: 25 000 DNSF (1998)DNSF.
(1998). Mapa Nacional de Suelos a escala 1: 25 000. [Documentos del
Instituto de Suelos, La Habana, Cuba]. Instituto de Suelos, La Habana,
Cuba.
y la Clasificación de los Suelos de Cuba 2015 (Hernández et al. 2015Hernández,
A., Pérez, J. M., Bosch, D., & Castro, N. (2015). Clasificación de
los suelos de Cuba 2015. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas e
Instituto de Suelos. Ediciones INCA; ISBN: 978-959-7023-77-7.
).
El contenido de materia orgánica del suelo (MO %) y densidad aparente (d en Mg m-3) se determinaron en cinco sitios de muestreo, distribuidos en la referida subcuenca (ver Figura 2). La MO se determinó en el laboratorio del Instituto de Suelos de acuerdo con NC 1043: 2014. La d se determinó por el método de los cilindros (NC ISO 11 272, 2003NC
ISO 11272 (2003). Calidad del suelo, determinación de la densidad
aparente en base al suelo seco. Publisher: Oficina Nacional de
Normalización, La Habana, Cuba.
). Los datos se dan para la profundidad de 0 - 30 cm del suelo.
El criterio para definir grados de erosión es el siguiente:
Creación del Sistema de Información Geográfica (SIG)
⌅Para la creación del SIG se utilizaron los materiales e información referidos en el epígrafe anterior, procesada con el programa QGIS versión 3.14, a partir de lo cual se realizaron los arreglos pertinentes antes de conformar la versión final de la salida en formato digital.
Concepción metodológica para el análisis integral de factores incidentes
⌅Se
partió de la concepción de la incidencia de un conjunto de factores en
cualquier tipo de proceso que ocurra en ET y AES, en este caso el
proceso referido al arrastre y deposición de sedimentos en un embalse.
Esos factores están estrechamente interrelacionados y se pueden
clasificar de acuerdo con sus características y propiedades. Por
ejemplo, un suelo aportará menos sedimentos al embalse en la misma
medida en que esté protegido contra la erosión hídrica y, al mismo
tiempo, esa protección está determinada por el comportamiento de otros
factores como la cubierta vegetal, la pendiente del terreno y el uso de
la tierra. Sobre esta línea y con tecnologías avanzadas de la
información Rivero et al. (2024)Rivero,
L., López, S., Farradaz, M., Fuentes, E., Pérez, J. M., Demedio, M.,
Fraser, T., Beltrán, A., Morales, R., & La O, M. (2024). Metodología
para la aplicación de Ciencia e Innovación Tecnológica en apoyo a
seguridad alimentaria sostenible. Ingeniería Agrícola, 14(1).
,
podemos llegar a un valor único que define la medida en que una
fracción del área total, incide sobre el objeto en cuestión, en este
caso el embalse Niña Bonita. La fracción de área se definió como una
cuadrícula de 10 x 10 m, sobre cada una de las cuales hay un determinado
tipo de coincidencia de factores, y como estas coincidencias son
finitas y repetitivas en el espacio, podemos crear una distribución
geoespacial que define la forma en que cada sección de área ejerce la
incidencia sobre el embalse. Todas las salidas quedan contenidas en el
SIG en forma de capas de información, cada una con la componente
espacial (mapa) y una base de datos asociada.
Resultados y Discusión
⌅Sistema de Información Geográfica (SIG) del territorio
⌅En cada territorio es de suma importancia contar con una distribución geoespacial y una base de datos, de modo que se facilite el monitoreo de los principales indicadores y variables que caracterizan al área de mayor incidencia sobre el embalse, lo que se puede extender al territorio que, de una u otra forma, tiene que ver con la fuente de agua en cuestión. El SIG incluye todos los elementos para la ubicación geográfica de la cuenca y la subcuenca que abastece al embalse. Con el modelo de elevación digital del terreno (MEDT), a partir de curvas de nivel cada 2.5 m y la pendiente, de conjunto con las corrientes superficiales de gua, queda determinada el área de aportes directos a la fuente de agua.
El SIG también contiene la información sobre los suelos del área y la cubierta de la tierra, los que resultan imprescindibles para el análisis de la problemática que se plantea el trabajo. En el análisis de la dimensión político-social del problema intervienen la distribución geoespacial de la población, la que está asociada a una forma determinada de la red vial y otros elementos del terreno, todo de forma interrelacionada con el arrastre y deposición de los sedimentos y las características específicas de estos.
Toda
la información contenida en el SIG se puede apreciar sobre imágenes
georreferenciadas de alta resolución, con la posibilidad de la ubicación
exacta de objetos en las formas más modernas de aplicar los sistemas de
coordenadas globales, con adaptaciones adecuadas para nuestro País (Rivero et al. 2025Rivero, L., Farradás, M., García, C., Beltrán, A., & Morales, M. (2025). Tecnologías Avanzadas de la Información (TAInf) en el estudio, conservación y mejoramiento de ecosistemas terrestres (ET) y agroecosistemas (AES). Ingeniería Agrícola 15.
). A modo de ejemplo del SIG, se presenta la Figura 2 para el área de aportes directos al embalse, con capas de información
(temas) superpuestas y ejemplo de una serie de sitios de muestreo (Tabla 1).
El SIG está conformado por conjuntos de archivos propios del programa
(en este caso QGIS) y se maneja de forma automatizada en el momento de
realizar las aplicaciones que corresponda.
| Sitio No. | Factor suelo | Factor pendiente | Factor cubierta de la tierra | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Subtipo de suelo | Grado erosión | MO (%) | d en Mg * m -3 | Pend (%) | Tipo de cubierta y grado de cubrimiento | |
| 1 | Ferralítico Rojo Agrogénico | Débil | 4,18 | 1,23 | 0,50 a 1,00 Llano | Superficie arbolada con buena cobertura |
| 2 | Pardo Sialítico Pardo Erogénico | Madia | 2,89 | 1,21 | 1,10 a 2,00m Casi llano | Manigua, con una cobertura de la superficie deficiente |
| 3 | Pardo Sialítico Pardo Erogénico | Media | 2,75 | 1,22 | 4,10 a 8,00 Ondulado | Arboles con cultivos varios intercalados, cobertura de la superficie que varía entre adecuada y deficiente |
| 4 | Pardo Sialítico Pardo Erogénico | Media | 3,05 | 1,17 | 4,10 a 8,00 Ondulado | Arboles con cultivos varios intercalados, cobertura de la superficie que varía entre adecuada y deficiente |
| 5 | Fersialítico Rojo Erogénico | Fuerte | 3,75 | 1,25 | 4,10 a 8,00 Ondulado | Manigua con cultivos varios intercalados. Cobertura de la superficie deficiente |
El suelo representado en el sitio 3 pudo haber perdido el 50 % de su horizonte “A” de 0,18 m de espesor. De aquí deriva que de cada hectárea (ha) de ese suelo, se han ido con las aguas de escorrentía un aproximado de 1100 Mg. Una parte considerable de esa cantidad de partículas de suelos ha ido a parar al fondo del embalse, el que fue construido en el año 1970, hace algo más de 50 años. De esta forma, el suelo ha contribuido a formar la capa de sedimentos y al proceso de colmatación de la referida fuente de agua, así como a la afectación de su calidad. Nótese que nos estamos refiriendo solo a una ha de uno de los suelos, por lo que podemos imaginar lo que daría el cálculo para toda el área que tributa directamente al embalse.
Caracterización integral del territorio incidente sobre el embalse
⌅El problema de los sedimentos no solo tiene incidencia sobre la fuente de agua afectada, sino también sobre el territorio circundante, que puede abarcar mayor o menor extensión y ser más o menos complejo (Figura 3). Es necesario integrar información, conocimientos y experiencia práctica (base cognitiva), lo que en la actualidad es posible a partir de una adecuada racionalización de tiempo y recursos a emplear en este empeño, para lo cual se han desarrollado tecnologías avanzadas de la información (TAInf).
La mayor parte de los sedimentos que llegan a los embalses en general, y específicamente para el caso de estudio, proceden de la erosión de los suelos que se encuentran aguas arriba y dentro de los límites de la cuenca hidrográfica y/o subcuencas que abastecen a estos tipos de depósitos de agua. También pueden llegar sedimentos procedentes de desechos sólidos y líquidos que van a parar a los cauces de ríos y arroyos, sobre todo en áreas con alta densidad de población, como es el caso que nos ocupa (Figura 3). Esto puede causar la contaminación de las aguas con sustancias que son dañinas para la salud humana y animal, lo que se agrega al daño causado por la colmatación y la disminución de la capacidad de embalse.
Para
abordar los aspectos señalados en el párrafo anterior es necesario
definir el área de mayor incidencia sobre el embalse, cuyos límites son
los parteaguas que determinan los aportes a la fuente estudiada. En la Figura 3 esta área está delimitada con la línea amarilla para las partes sur,
este y oeste de una subcuenca dentro de la cuenca hidrográfica
Jaimanitas, mientras que el límite norte de los aportes está delimitado
con la línea roja discontinua. El área de aportes ocupa una superficie
de 1014,56 ha de tierra, dentro de la cual existen cuatro subtipos de
suelos, de acuerdo con la Clasificación de los Suelos de Cuba 2015 (Hernández et al., 2015Hernández,
A., Pérez, J. M., Bosch, D., & Castro, N. (2015). Clasificación de
los suelos de Cuba 2015. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas e
Instituto de Suelos. Ediciones INCA; ISBN: 978-959-7023-77-7.
). Por ser este el componente de mayor incidencia sobre el embalse, en la Tabla 2 se muestran los datos de mayor interés, de acuerdo con los objetivos del presente trabajo.
| id | Subtipo de suelo | prof_m | grad_eros | MO (%) | d_apar | área_ha |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,34 | Débil | 3,18 | 1,12 | 34,35 |
| 2 | Ferralítico Rojo Agrogénico | 0,75 | Débil | 3,16 | 1,23 | 0,72 |
| 3 | Pardo Sialítico Pardo Erogénico | 0,30 | Fuerte | 2,15 | 1,23 | 5,98 |
| 4 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,34 | Débil | 2,98 | 1,13 | 30,46 |
| 5 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,32 | Débil | 3,15 | 1,15 | 48,08 |
| 7 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,36 | Débil | 2,10 | 1,14 | 0,54 |
| 8 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,40 | Débil | 2,76 | 1,18 | 2,50 |
| 9 | Fersialítico Rojo Erogénico | 0,18 | Fuerte | 2,36 | 1,25 | 9,30 |
| 10 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,35 | Débil | 2,98 | 1,13 | 12,36 |
| 11 | Ferralítico Rojo Agrogénico | 0,68 | Débil | 4,15 | 1,28 | 12,12 |
| 12 | Pardo Sialítico Pardo Gléyico | 0,32 | Débil | 3,05 | 1,17 | 0,12 |
| 13 | Ferralítico Rojo Agrogénico | 0,70 | Débil | 3,75 | 1,20 | 33,45 |
| 14 | Ferralítico Rojo Agrogénico | 0,75 | Débil | 4,18 | 1,16 | 171,66 |
| 15 | Pardo Sialítico Pardo Erogénico | 0,32 | Fuerte | 2,19 | 1,21 | 199,49 |
| 16 | Pardo Sialítico Pardo Erogénico | 0,35 | Media | 2,89 | 1,16 | 371,73 |
Leyenda: significado de los nombres de las columnas de la Tabla 2.
Id = identificador numérico del área específica de suelos (polígono);
prof_m = profundidad del perfil del suelo en m; grad_eros = grado de
erosión; MO % = contenido en materia orgánica en porciento (profundidad 0
- 30 cm); d_apar = densidad aparente o peso volumétrico en Mg m-3 (profundidad 0 - 30 cm); area_ha = área en hectáreas.
Por
los subtipos de suelos y los grados de erosión, pudiera pensarse que
los aportes de sedimentos no alcanzan valores muy altos; sin embargo, de
la Tabla 2 se deduce que
existen 586.50 ha con grados de erosión entre media y fuerte, las que
han estado aportando sedimentos durante algo más de 50 años. En un
trabajo de este tipo también es necesario considerar el régimen de
lluvias y los cambios ocurridos por el efecto del cambio climático según Cutié & Lapinel (2013)Cutié, V., & Lapinel, B. (2013). La Sequía en Cuba. Un Texto de Referencia. Instituto de Meteorología, Centro del Clima.
;
no obstante, el presente artículo no se propone como objetivo entrar en
todos los detallas que requiere esta arista del problema.
Conclusiones
⌅- La metodología propuesta sigue una secuencia en la caracterización de una subcuenca hidrográfica que aporta sedimentos a una fuente de agua, para lo cual toma de ejemplo al embalse “Niña Bonita”, en la provincia La Habana, Cuba. Con el uso del Sistema de Información Geográfica (SIG) integra información de componentes clave en el aporte de sedimentos, como suelos, cubierta de la tierra, relieve del terreno y otros.
- El embalse “Niña Bonita” ocupa una superficie de 92.07 ha, con un área de vertimiento de 1014.56 ha y capacidad aproximada de 4603500 m3, la que se estima se encuentra muy afectada.
- El criterio de afectación deriva de que existen dentro del área de vertimiento 586.50 ha de suelos con categorías de erosión entre media y fuerte, lo que ha incidido sobre el embalse durante algo más de 50 años, a partir de la construcción en el año 1970.
- Para la continuidad de este tipo de trabajos, se recomienda profundizar en los cálculos de aportes de sedimentos, con estudios más detallados sobre el régimen de lluvias en los territorios de que se trate, así como la interrelación entre la lluvia y los demás factores incidentes.