Universidad Nacional del Altiplano Escuela Profesional de Ingenieria Agricola
Ingenieria del Drenaje Ing. Roberto Alfaro A. Profesor Auxiliar Escuela Profesional de Ingenieria Agricola
Basado en Agricultural Drainage Por Gary Sands University of Minnesota
Alcances
Definiciones
Historia & Estado
Necesidad para drenaje
Instalaciones de Drenaje
Impactos del drenaje
Que se esta haciendo
Donde obtener mas informacion
Libros de Texto
Libros de Texto
Que es Drenaje Artificial? Ud. Podria estar familiarizado con:
Drenaje de Cimentaciones para Construcciones
Perimetro son drenes tuberia “tile”
Drenaje Artificial para Agricultura Drenaje Subsuperficial (“Tile”)
Drenaje Superficial
Historia & Estado del Arte
Origen del Drenaje
El drenaje se origina con los holandeses a traves de los “polders” en el siglo XIX (cavidades de donde se bombea el agua)
Siglo XIX Darcy y Dupuit establecen la teoria del flujo de agua hacia los pozos, y en el siglo XX Roth aplica las teorias de Darcy y Dupuit hacia el drenaje, 30 años mas tarde “Hooghoudt” evoluciona la ciencia del drenaje haciendo intervenir la relacion agua-suelo-planta, sobre todo para suelos homogeneos y en forma muy restringida para suelos heterogeneos.
25% de Suelos Agricolas estan Artificialmente Drenados
Extension del Drenaje Subsuperficial (’92) 51 millon acres de zona de maiz
Causas de Salinidad y mal Drenaje en la Costa Peruana Causa
Area (%)
Reducción del uso de las aguas subterraneas en riego
43.32
Mal drenaje y baja eficiencia de riego
84.87
Cultivos de alto consumo y modulo de riego elevado
76.18
Riego con agua muy salina y/o elevado ascenso a capilar
48.06
Practicas de riego inadecuadas (lamina y frecuencia)
97.30
Insuficiente riego en suelos muy salinizados
57.22
Deficiente mantenimiento de las obras y tarifa de agua muy bajas
100.00
Actividades de drenaje continuan Reemplazo de sistemas antiguos
Patron drenaje reemplaza drenaje objetivo
Necesidad para Drenaje
Porque los Agricultores hacen Drenes?
Incrementar produccion y producir ganancia
Reducen riesgos en produccion
Mejorar el “resultado final”
Pero porque es Necesario el Drenaje?
Factores de Precipitacion
Demasiado en el momento equivocado del año
Factores de Suelo Permeabilidad limitada Capas restrictivas limitan el movimiento hacia abajo Capas compactadas de trabajando suelo humedo Salinidad del suelo
Drenaje ocurre cuando: Espacios de poros están rellenados La gravedad excede la tensión superficial La gravedad atrae el agua hacia abajo 17
Tipos de Sistemas de Drenaje Drenaje Superficial • Sistema de Drenes Aleatorios • Sistema de Drenes Paralelo • Sistema de Drenes Transversal a la Pendiente • Camellones Anchos (Bedding) • Camellones angostos (Narrow raised beds)
Interceptor • Sistema de Drenes Aleatorios
Drenaje Sub Superficial • Drenes Entubados • Drenes Topo
Copiright, 2012. ALFARO
Tipos de Sistemas de Drenaje
Drenaje Superficial
Drenaje SubSuperficial
Sistema de Drenes Aleatorios Sistema de Drenes Paralelo Sistema de Drenes Transversal a la Pendiente Camellones Anchos (Bedding) Camellones angostos (Narrow raised beds)
Arida, Irrigada Bajar nivel freatico después del riego/lluvias
Interceptor
Proteger tierras de cultivo de fuentes de agua subterránea alta
Tipos de Sistemas de Drenaje
Drenaje Superficial
Drenaje Superficial
Drenaje Superficial
Tipo Analisis Drenaje Subsuperficial Estado Permane nte
• Regiones Húmedas • Control de nivel freático constante
Estado No Permane nte
Intercepto r
• Árida, Irrigada • Bajar nivel freatico después del riego/lluvias
• Proteger tierras de cultivo de fuentes de agua subterránea alta
Copiright, 2012. ALFARO
Funciones Primarias de Drenes Agricolas
Control de nivel freático – aereación zona raíz EBID Densidad de Drenaje de 20 f/acre
Remocion de sales desde zona de raiz HCCRD Densidad de drenaje de 22 f/acre mas sistemas de campo
Efectos de redimiento de Salinidad
Salinidad y Lavado
Alfalfa Cotton Peppers
100% ECe ECiw 2.0 1.3 7.7 5.1 1.5 1.0
90% 75% 50% Maximum ECe ECiw ECe ECiw ECe ECiw ECe 3.4 2.2 5.4 3.6 8.8 5.9 16.0 9.6 6.4 13.0 8.4 17.0 12.0 27.0 2.2 1.5 3.3 2.2 5.1 3.4 9.0
ECe = Conductancia Especifica del Extracto Saturado, mS/cm
ECiw = Conductancia Especifica de Agua de Riego, mS/cm LF = Fraccion de Lavado
EC iw LF 5 EC e EC iw Ayers and Westcot (1976)
Suelos Humedos de los U.S.
~ 50% Cuencas de Minnesota R. and Red R. son clasificados pobremente drenados
Wet soils of the continental US (USDA, Resource and Conservation Appraisal, Part I: Soil, Water, and Related Resources in the United States, 1980).
Precipitacion – Patrones & Tendencias Extremos & Tendencias SERIE DE TIEM PO DE PRECIPITACION TOTAL M ENSUAL ORIGINAL (m m ) ESTACION ARAPA (114) 400 350
1911, 40.44”
300
200 150 100 50
1910, 10.21”
0
1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Precipitación (mm)
250
Tiempo (años)
Balance de Agua Estacional
Problemas del Exceso de Agua en el Suelo
Respuesta del Cultivo a pobre aireación
Problemas de emergencia de cultivos Crecimiento de cultivo retrasado en las condiciones húmedas a principio y final Variabilidad de rendimiento mayor año a año (tiempo)
Puntualidad de operaciones de campo afectado
Patrones de Trafico interrumpidos
Aumento de sales en zona de raiz de los cultivos
Compactacion de Suelo empeorado en suelos humedos
Efecto de la compactación es a muy largo plazo!
Beneficios de Drenaje TIERRA NO DRENADA
Verano
Primavera
TIERRA DRENADA TUBO
Verano
Primavera
Maximo Rendimiento Esperado % Expected Yield of Maximum % de
Retraso de siembra y rendimiento de cultivos Soybeans Soya
Corn Cebada
Barley Maiz
Nº Esperado de Días Trabajo de Campo en Soil Suelos Drenados Expected No. ofde Field Workdays on Drained
Trabajos de Drenaje
Formas de Agua de Suelo AGUA CAPILAR AIRE
AGUA GRAVITACIONAL
90 – 120 cm
Moviendo un Nivel Freatico
Agua “Gravitational” removida (de poros mas grandes)
Remanentes de agua en poros mas pequeños
No tomar mucha agua para suelos finos
Caida del N.F. ocurre en horas a dias
Prof. Debajo de la Superficie del Terreno
Suelos de Alto Nivel Freatico 0 1
UN TANTO POBREMENTE DRENADO
2 3
PROF. RAIZ
4 5 6 ENE
MAR
MAY
JUL
SEP
NOV
P = R + ET + DP P = R + ET + DP + D
Un Simple Balance de Agua
Si no llueve .... Que no se drene
Curvas Caracteristicas de Agua de Suelo
. PM AGUA DISPONIBLE PLANTA
CC
AGUA DRENABLE
SATURACION
CONTENIDO DE AGUA VOLUMETRICO
Agua Drenable & Tipo Suelo
.
AGUA DRENABLE AGUA DRENABLE
CC
Porosidad Drenable El espacio poroso drenable (μ) es una parte del espacio poroso total, y corresponde al volumen de agua que pierde un acuífero no confinado al bajar el nivel freático desde una posición inicial a un nivel final más profundo (Figura 6.14.). Roberto Alfaro
Valores de Porosidad Drenable, Capacidad Textura Suelo
De Campo
Punto de Marchitez
Porosidad Drenaje
Arcillas, Arcilla Franco, Arcilla Limosa Franco Bien Estructurado Arenas
Ejemplo: una porosidad drenable de 5% significa que el nivel freatico cae/sube 100 pulgadas por cada 5 pulgadas de agua drenada. Roberto Alfaro
Impactos de Drenaje
Drenar, o No Drenar . . . Muchos beneficios de produccion del drenaje
Pero muchos asuntos rodean la practica
Impactos de Drenaje
Hidrologia
Calidad de Agua
“Etapas” del Drenaje
Pastos pradera nativa, campos humedos, altas tasas de evaporacion y transpiracion.
(1800‟s – 1920‟s) Conversion a agricultura con/ drenaje temprano, abriendo zanjas,
Zanjado continua, targeted tiling, entrada superficial en depresiones, cultivo en surco mas intensivo
(fin 60‟s – principio 70‟s) llegada de plasticos, arados de drenaje, grandes proyectos de drenaje patrón, menos cultivos en la rotación
(actual) reemplazo de antiguos tile, intensificacion en campos drenados previamente
Impactos segun el Tipo de Drenaje? Drenaje Subsuperficial
Drenaje Superficial
Los Impactos del Drenaje Tile. . . Con Drenaje Artificial
Sin Drenaje Artificial
Incremento de perdidas de nitrato-nitrogeno
Incremento de sedimento & perdida de fosforo
Caudales pico mas bajos, flujos bajos mas sostenidos
Caudales pico mas altos, inundacion mas localizada
Menos temporales de Humedales
Mas temporales de Humedales
N tiene cerca 9.5 millon acres remanente (~50%)
Incremento de habitat
Envejecimiento y reparacio de infraestructura insuficiente
Dependera del drenaje natural – unica manera
Tierras agricolas productivas benefician tanto nivel local y nacional
"Ingresos" derivados de otros servicios ecológicos
Hipoxia/Anoxia de Sistemas Costeros
Hipoxia (bajo oxigeno) en ecosistemas costeros es un impulso detras de la investigacion
Sistemas muy complejos
Sistemas Costeros de limitacion de nitrogeno
Upper Midwest responsable de la cantidad de nitrato
Nitrogeno por Drenaje de Cuenca 2002 estimated nitrate/nitrite loading: 960,000 metric tons (12th highest in 22 yrs)
Cantidad de Agua & Hidrologia
Inundacion catastrofica (‟1986, „1998, ‟2012)
Inundacion Localizada
Perdida de Wetlands
Sociedad de colocacion de valores mas altos
Incremento de drenaje asociado con perdida de wetlands Estados con notable perdida de wetlands (1860-1900) Swamp land act acres granted
¿Que se esta haciendo?
Nuevo Drenaje “Mantra”
Drenaje sólo es necesario para asegurar la transitabilidad y la producción de cultivos - y ni una gota más!
Diseño de Drenaje & Manejo
Drenaje Convencional
0.75 – 0.90ftm 2½-3
Drenaje Superficial
Controlled Drainage Drenaje Controlado
Diseño de Drenaje & Manejo
Figure 1.The outlet is raised after harvest to reduce nitrate delivery.
Figure 2. The outlet is lowered a few weeks before planting and harvest to allow the field to drain more fully.
Figure 3. The outlet is raised after planting to potentially store water for crops.
Annual row crop area
Biocurtain strip area
0 0.2
0.7
0.4 0.6 0.8
0.6 0.5 0.4
1 1.2 1.4
0.3 0.2
1.6
0.1
1.8
0
2 1
31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 Julian day
Precipitation (10x mm)
Infil, ET, and Drain (10x mm)
0.8
Resumen
El Drenaje es una parte vital de la agricultura en Puno y muchas partes del mundo
Algunos de nuestros mas productivos suelos son drenados artificialmente
Hay impactos ambientales positivos y negativos asociados con el drenaje agricola
A menos que hagamos cambios amplios y sustanciales en el uso del suelo, la hidrología y la calidad del agua puede ser ajustado, pero no ha cambiado significativamente
Poca investigación y educación se lleva a cabo a lo largo del Peru en el drenaje agrícola
Calculadores de Diseño de Drenes
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/tools_java.html
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/?ss=16&navtype=SubNavigation&cid=n