1. Evaluación de impactos ambientales en Cuencas Hidrográficas a través de
Sistema de Modelación Hidrológico Europeo (SHETRAN), en la Región de los
Lagos del Sur de Chile.
Héctor Adriazola Smith Samuel Francke Campaña
Ingeniero E. Agrícola Dr. Ingeniero Forestal
1.- INTRODUCCIÓN:
En el marco del convenio entre los Gobiernos de Chile y Gran Bretaña, “Manejo de
Cuencas Hidrogr áficas en Chile: Aplicación y Desarrollo del Sistema Hidrológico Europeo
(SHE) a problemas de erosión e inundaciones en Cuencas Vulnerables de Chile”, a través de la
Universidad de Newcastle Upon Tyne y el Instituto de Hidrología, el convenio: CNTR 93 - 2083
- A "RIVER BASIN MANAGEMENT, PROJECT CHILE".
El Proyecto comprende la transferencia tecnológica del sistema de modelación
hidrológico europeo y transporte de sedimentos (SHETRAN) a la Corporación Nacional Forestal
(CONAF), por medio de las Instituciones Británicas mencionadas anteriormente.
El Modelo SHETRAN funciona con parámetros de base física y espacialmente
distribuido, lo que objetiviza el proceso de medición, al utilizar leyes universales, a diferencia de
los modelos empíricos tradicionalmente empleados.
El modelo SHETRAN ha sido aplicado ampliamente en Cuencas Hidrográficas de los
países de la Comunidad Económica Europea y algunos Estados de Norteamérica, con el objeto de
contar con una herramienta de apoyo a la toma de decisiones en evaluaciones de impacto
ambiental y en el monitoreo de medidas de mitigación ambiental en lo que respecta a procesos de
escurrimiento superficial, erosión, sedimentación y eutroficación, entre otros. Además, se
contempla los componentes de migración y transporte de contaminantes.
Con el objeto de calibrar el modelo, lograr su desarrollo y validación en la zona sur del
país, se seleccionó una Cuenca Experimental representativa, que servirá de modelo para evaluar
impactos ambientales de intervenciones forestales en el ciclo hidrológico de zonas de alta
pluviometría (2500 mm anuales), de suelos volcánicos frágiles y altamente susceptibles a la
erosión.
2.- OBJETIVOS DE LA MODELACION HIDROLOGICA FORESTAL MEDIANTE
SHETRAN
2.1 Objetivos generales
2.1.1- Apoyar los planes de desarrollo regional y nacional a través del uso de tecnologías de
modelación de última generación.
2.1.2.- Evaluar los impactos ambientales en cuencas hidrográficas con el objeto de mitigar,
controlar y evaluar los procesos de erosión y sedimentación, así como también aminorar

2. los efectos negativos de las inundaciones.
2.2. Objetivos específicos
2.2.1.- Transferencia del modelo SHETRAN para proveer a la Corporación Nacional Forestal
(CONAF) de la capacidad para simular y evaluar impactos de erosión e inundaciones en
el manejo de cuencas.
2.2.2.- Desarrollo de políticas y lineamientos para balancear los factores económicos y
ambientales del manejo de cuencas hidrográficas.
2.2.3.- Desarrollar un modelo de simulación de erosión por cárcavas.
3.- MATERIAL Y METODOLOGÍA:
3.1 MATERIAL:
Se seleccionó una microcuenca hidrográfica demostrativa y representativa (55 Km.
Noroeste de la ciudad de Osorno) de una superficie de 35 há., en la Cordillera de la Costa
(40º20’Latitud Sur y 73º31´ Longitud Oes te), de la Comuna San Juan de la Costa, Provincia de
Osorno, Región de Los Lagos, Chile.
Los suelos del área corresponden a una transición de rojos arcillosos/volcánicos, que
pertenecen a serie de suelos de la Unión y Ñapeco, de buen drenaje, profundos, texturas
moderadamente finas y de alta susceptibilidad a los procesos de erosión y que presentan un uso
de aptitud preferentemente forestal (clase VII de capacidad de uso).
Bioclimáticamente pertenecen a un clima templado costero del tipo Cf según Köppen, con
precipitaciones medias anuales que superan los 2.500 mm. y temperaturas medias anuales de 7º
C.
El uso actual del suelo del área: se encuentran cubiertos con plantaciones de Pinus radiata
de 24 años de edad, con una altura promedio de 32 metros, de un rodal adulto con una densidad
de 850 árboles por há., un área basal de 50 metros cuadrados por há. y sin manejo forestal
silvicultural, se exceptúa la inclusión de una poda de tránsito; esta especie que representan el
79.6% de la Cuenca y el 20.4% restante corresponden a cubiertas nativas de protección.
Las variaciones altitudinales de la microcuenca hidrográfica oscilan entre una cota
máxima de 253 m.s.n.m. y una cota mínima de 33 m.s.n.m., es decir, un rango de amplitud
altitudinal de 220 m. de desnivel.
Las variaciones de las profundidades de los suelos del área, de acuerdo a las
prospecciones realizadas, oscilan entre rangos de 0.5 m a 1.9 m de profundidad, es decir, de
suelos moderadamente profundos a muy profundos, respectivamente.
Parámetros morfométricos de la microcuenca La Reina, Provincia de Osorno, Región de
Los Lagos, 42º Latitud Sur, Chile:

3. PARAMETROS UNIDAD DE MEDICION
Area de la cuenca 35 há.
Longitud cauce principal 1 Km.
Pendiente media de la Cuenca 24%
Pendiente media del cauce 15%
Precipitación máxima en 24 hrs. 120 mm
Coeficiente de escorrentía media 0.4
Diferencia de cotas altitudinales 220 m.
Tiempo de concentración Giandotti 0.52
Tiempo de concentración USCS 0.14
Caudal mínimo 4 l/seg.
Caudal máximo medido 117 l/seg.
Superficie cubierta c/pino 27.28 há.
Superficie cubierta c/nativas 7.01 há.
3.2.METODOLOGIA
3.2.1.CAMPO:
La recolección y obtención de información se lleva a cabo a través de estaciones de aforo
tipo “flumme”, estación metereológica total (weather station), estaciones de monitoreo de
sedimentos y limnigráficas, sonda de neutrones, entre otros.
Se han efectuado prospecciones específicas de suelo, test de infiltrometría, análisis
granulométricos, determinaciones de niveles de humedad y alturas de napas freáticas.
La información se obtiene a través de módulos de almacenamientos “storage model”, que
extrae la información de los diversos instrumentos y equipos.
3.2.2 Procesamiento de datos.
La información se traspasa a computadores personales y se procesa en estaciones de
trabajo “workstation”, que requiere el ingreso de la siguiente información básica:
- Soporte (altitudes, cobertura vegetacionles, tipos de suelos)
- Intercepción del dosel (tipo de cultivos)
- Evaporación (intercepción de Rutter y evapor. de ecuación de Pennam – Monteih).
- Canales y escurrimientos (Ecuación de balances de masas y ley de Momentum/fricción).
- Modelo unidimensional de zonas no saturadas (Ecuación de Richard).
- Modelo de flujo saturado (Ecuación de Bucineg)
- Modelo de derretimiento de nieve.
En base a los input requeridos por el modelo SHETRAN, el modelo entrega alrededor de
40 variables como output:

4. De flujo:
Caída pluviométrica neta mm/hr
Evaporación potencial mm/hr
Evaporación actual mm/hr
Evaporación desde la superficie del suelo mm/hr.
Evaporación desde la intercepción almacenada mm/hr.
Drenaje desde la intercepción almacenada mm/hr
Almacenamiento en la copa mm/hr.
Infiltración mm/hr.
Tasa de intercambio de almacenamiento
en zona no saturada mm/hr.
Profundidad del paquete de nieve metros
Temperatura del paquete de nieve ºCelcius
Profundidad del nivel freático bajo la
superficie metros
Flujo de zona saturada m3/seg
Escurrimiento superficial m3/seg
Profundidad del agua superficial metros
Intercambio de flujo entre el canal y
acuífero m3/seg
Cara de intercambio de flujo entre canal y
acuífero m3/seg
Intercambio de flujo entre la zona no
saturada y el canal m3/seg
Presión de la cabecera de la zona no
saturada metros
Contenido de agua en la zona no saturada m3/m3
De sedimentos:
Profundidad de pérdida/ cama de sedimentos mm
Concentración instantáneas de sedimentos
promediado sobre el volumen de la superficie de
agua en un elemento mg/l
Tasa de infiltración de partículas finas en
la capa superior m3/seg
Tasa de infiltración de partículas finas en la
capas inferior m3/seg
Tasa de erosión superficial mm/día
Tasa de erosión lateral de cada banco del arroyo mm/día
Tasa de descarga de sedimentos kg/seg
Descarga neta de sedimentos desde un elemento kg/seg
Fracción de la cama de sedimentos en un grupo
controlado
Concentración de los sedimentos en el agua
descargada desde un elemento promediado sobre un
tiempo controlado mg/l
Total del área de sección cruzada de sedimentos

5. netos depositados m2
Adicionalmente existe un módulo de migración de contaminantes, que caracteriza los
procesos que ocurren en los recursos suelos e hídricos.
5.- ANALISIS DE RESULTADOS:
5.1.- Precipitación y evaporación:
Los registros de precipitaciones:
1996 965,4 mm;
1997 3.272,0 mm;
1998 1.619,4 mm.
1999 1.173,0 mm
2000 2.557,8 mm
Los procesos de evaporación potencial para los períodos estudiados corresponden a
1996 904 mm.
1997 1.721 mm.
1998 2.240 mm.
5.3.- Simulación a través del modelo Shetran:
A manera de ejemplo de salida gráfica se presenta, en los gráficos adjuntos, los resultados
del proceso de simulación empleando Shetran para las variables hidrológicas en el período
comprendido entre 1996 y 1998, de las cubiertas de Pinus radiata sin intervención (gráfico 1° A)
y con intervención a tala rasa (gráfico 1° B).
Al comparar la situación de los rodales talados (simulaso) y sin talar, se puede observar
que las tasas de evaporación desde la superficie del suelo resultan mayores en áreas intervenidas
respecto de las no intervenidas, lo que también se manifiesta en los niveles de precipitaciones
netas y en las variaciones que experimentan los niveles freáticos; lo que se asoc ia también con
procesos de escurrimiento superficial y de erosión en rodales sometidos a tala rasa.
En el proceso de simulación a través del modelo Shetran, también se refleja
adecuadamente una mayor tasa de evapotranspiración en cubiertas vegetacionales de Pinus
radiata (0,66 mm/hr.) al compararlo con tasas de rodales sometidos a tala rasa (0,05 mm/hr.),
donde resultará necesario definir a futuro si los consumos de agua de plantaciones forestales, por
evapotranspiración, podrían sobrepasar los aportes de las precipitaciones y las variaciones de
almacenamiento de agua en el suelo.

6. Gráfico Nº 1ª A Simulación Gráfico Nº 1 B Simulación
sin intervención con intervención
En gráfico N° 2 se presenta el resultado del proceso de simulación mediante Shetran para
una semana crítica del mes de julio de 1997, donde se representan las variaciones que
experimentan los sedimentos registrado en la desca rga de la microcuenca sometidas a
intervención y sin intervención.
Si bien los niveles de los caudales registrados en la descarga resultan levemente
superiores en la situación sin bosque, al comparalos con la situación con bosque. En lo que
respecta a la carga de sedimentos en la situación con intervención, se registran diferencias
altamente significativas, que en promedio corresponden a diferencias del órden del 100%,
comparando las situaciones de simulación mediante Shetran.
Gráfico Nº 2 Simulación de ls descarga de sedimentos

7. 6.- CONCLUSIONES:
6.1.- Aplicabilidad del modelo SHETRAN
El estudio de caso de la microcuenca La Reina está demostrando preliminarmente la
capacidad del modelo Shetran de evaluar variaciones climáticas, procesos hidrológicos, procesos
de erosión, rendimiento de sedimentación e hídricos. Se ha logrado simular también tendencias
de impactos ambientales por intervenciones forestales en plantaciones de Pinus radiata
cosechadas a tala rasa.
6.2.- Representación espacial del modelo SHETRAN.
En particular la flexibilidad del modelo permite realizar aplicaciones a diferentes escalas
espaciales para la representación de mapas temáticos altitudinales, topográficos, edáficos,
freáticos y de cobertura vegetacional; los que resultan de alta utilidad para concebir estudios,
proyectos y evaluaciones de tipo ambientales.
6.3.- Resultados de la simulación mediante Shetran.
? El estudio ha demostrado la capacidad de SHETRAN para reproducir el efecto hidrológico, al
modelar el caudal con cubierta boscosa tanto a nivel anual como en tormentas individuales,
en una cuenca experimental de la Región de Los Lagos.
? La utilización de este modelo requiere un adecuado entrenamiento y una mayor experiencia
hidrológica que el uso de modelos tradicionales, ya sea para la preparación de datos,
calibración del modelo o interpretación de los resultados obtenidos.
? Atención considerable debe concentrarse en la provisión de información necesaria para la
aplicación del modelo. Esto por que el nivel de certeza en las simulaciones depende de la
calidad de la información, lo que involucra un gran número y bien detallado set de
parámetros.
? La experiencia de la utilización de SHETRAN en la microcuenca experimental, indica sin
embargo que la mayoría de los anteceden requeridos por el modelo pueden obtenerse de
tes
estudios anteriores de similares características o bien desde mediciones de campo.
? Los resultados del proceso de calibración señalan un coeficiente de determinación (r2) y un
error medio cuadrático (EMC), de 0,9 y 99,3% respectivamente, entre los valores simulados y
medidos de caudal.
? En el periodo de validación, se determinó que los parámetros calibrados para la microcuenca
experimental, sobrestiman el caudal en un 28,4%. Entre los meses de abril y septie mbre la
sobrestimación llega a un 37,9%. Mientras que, entre octubre y marzo los parámetros
calibrados subestiman el caudal en un 21,3%.

8. ? Se comprobó la capacidad del modelo de simular la tendencia en el comportamiento de la
descarga, tanto en tiempo como en dinámica, de eventos de precipitación individual,
entregando una razonable y adecuada representación física del régimen hidrológico de la
cuenca estudiada.
? Los parámetros más influyentes en las simulaciones del modelo son aquellos que describen
las características físicas del suelo. Entre estos destacan la conductividad hidráulica del suelo
no saturado (Kuz), la conductividad hidráulica de la zona saturada (Ksz) y el coeficiente de
Strickler (Strk ). Los parámetros que describen las características de la vegetación no
presentan gran influencia en la sensibilidad de las simulaciones.
? Se recomienda la obtención de los primeros por medio de mediciones directas o bien de
valores referenciales muy cercanos al área en estudio. Para los parámetros vegetacionales, es
factible utilizar solo valores de referencia, los cuales pueden obtenerse en estudios de
características similares realizados con anterioridad.
? La relación utilizada en el cálculo de evapotranspiración puede originar una variación en los
resultados entre caudal simulado y medido. Se sugiere determinar esta relación, tanto para
especies nativas como exóticas de importancia forestal en nuestro país.
? SHETRAN demuestra la capacidad de proveer una evaluación de los efectos originados en el
caudal por cambios en el uso del suelo, ya sea, a nivel anual o bien en eventos individuales.
De esta manera se esperan mayores caudales en la situación sin bosque, tanto a escala anual
como en tormentas individuales, situación que ha sido confirmada por otros estudios.
? El presente estudio se considera satisfactorio y es factible concluir que SHETRAN entrega
una representación física razonable del régimen hidrológico, prediciendo el impacto de
posibles cambios futuros en esta condición para una microcuenca experimental ubicada en la
Región de Los Lagos.
6.4.- Etapa actual del Proyecto.
El proyecto que se está desarrollando, a contar de mediados de 1996, inicialmente se
encuentraba realizando las fases de obtención de muestras, calibración de instrumentos,
determinación de parámetros de la cuenca, caracterización de información vegetacional y
dasométrica, con el objeto de examinar y caracterizar la línea base de la cuenca hidrográfica sin
intervención forestal. Durante 1999 se intervino a tala rasa con, actualmente esta se encuentra
reforestada con Eucaliptos Nitens y se esta evaluando computacionalmente las transformaciones
ocurridas.
6.5.- Manejo Hidrológico forestal sostenible.
A través del empleo de la herramienta de modelación ambiental, SHETRAN, aplicada a
estudios hidrológicos forestales, se busca evaluar los impactos de intervenciones forestales, de tal
forma de modificar a futuro los sistemas de cosechas de bosques, que logre un equilibrio entre el
desarrollo económico y el desarrollo sostenible de los recursos naturales.

9. Bibliografía:
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