agua - gas - agroindustria bolivia

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Osvaldo RosalesOsvaldo Rosales Ayala es ingeniero hidrogelogo. Desde 1985 hasta 2006, se desempe como catedrtico en la Carrera de Ingeniera Civil de las universidades Catlica y Gabriel Ren Moreno de Santa Cruz. Asimismo, de sta ltima fue Jefe de Laboratorio. Entre los aos 1974 y 1983, Rosales hizo cursos de especializacin en evaluacin y desarrollo del recurso agua subterrnea, en Alemania y Japn. Fue tambin delegado de la Asociacin Latinoamericana de Hidrologa Subterrnea (ALHSUD) en Bolivia y asesor de diferentes entidades en temas de hidrologa subterrnea, construccin y fiscalizacin de pozos para agua. Ing. Osvaldo Rosales A. Consultor y asesor en hidrologa subterrnea E-mail: [email protected]

Thomas A. Cochrane

AGUA GAS Y AGROINDUSTRIAAGRCOLA EN SANTA CRUZ

GESTIN SOSTENIBLE DE AGUA PARA RIEGO

Thomas A. Cochrane Fajardo es ingeniero agrcola e hidrlogo. Sus intereses profesionales incluyen el desarrollo agrcola sostenible y la minimizacin de impactos ambientales. Nacido en Santa Cruz, es hijo de Thomas T. Cochrane, un reconocido ingeniero agrnomo, especialista en suelos, quien lo influy con sus numerosas contribuciones para el desarrollo agrcola sostenible en Bolivia y la conservacin de la Amazona. Con la presente publicacin, Thomas A. Cochrane desea inspirar al sector agrcola de Santa Cruz a mejorar su productividad y, al mismo tiempo, preservar la riqueza hdrica y ecolgica de la regin. Actualmente se desempea como catedrtico en ingeniera de recursos naturales en el departamento de Ingeniera Civil de la Universidad de Canterbury en Christchurch, Nueva Zelanda y participa en varios proyectos internacionales relacionados al desarrollo sostenible de recursos naturales. Dr. Ing. Thomas A. Cochrane, PhD Consultor de Agteca S.A. Santa Cruz, Bolivia Dept. of Civil Engineering University of Canterbury, Christchurch, New Zealand E-mail: [email protected]

BOLIVIA

Thomas A. Cochrane

Timothy J. Killeen

Osvaldo Rosales

Timothy J. KilleenTimothy J. Killeen es un cientfico norteamericano con ms de 20 aos de residencia en Bolivia. Durante su larga trayectoria profesional se ha dedicado a la investigacin bsica en temas relacionados a la botnica, ecologa y geografa. Sabiendo que la investigacin debe responder a la necesidades de la sociedad, Killeen ha prestado su conocimiento a diferentes proyectos de desarrollo para mitigar los impactos ambientales relacionados a la construccin de gasoductos y carreteras. Con la presente publicacin, busca apoyar la productividad agrcola en el departamento de Santa Cruz, a tiempo de proteger sus recursos hdricos. Dr. Timothy J. Killeen, PhD CABS, Conservation International E-mail: [email protected]

AGUA GAS Y AGROINDUSTRIAAGRCOLA EN SANTA CRUZ

GESTIN SOSTENIBLE DE AGUA PARA RIEGO

BOLIVIA

CONTENIDO: Potencial de las fuentes de agua subterrnea y superficial. Temas de conservacin de agua para zonas de alto riesgo ecolgico. Sistemas de riego agrcola, zonificacin y economa. Gas y otras alternativas como fuente energtica para el desenvolvimiento del riego agrcola.

El contenido del presente libro es de responsabilidad de sus autores y no compromete la opinin de Conservacin Internacional ni de los otros financiadores. Los lmites de mapas presentados en este texto son slo referenciales y por tanto no tienen valor legal alguno.

Esta investigacin fue posible gracias al apoyo financiero y en especie de Conservacin Internacional-Bolivia, de CI-CABS (Center for Applied Biodiversity Science), Transredes S.A., Gas TrasBoliviano S.A., Agteca S.A, Wildlife Conservation Society, Museo de Historia Natural Noel Kempff Mercado-Carrera de Ingeniera Civil, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnologa de la Universidad Autnoma Gabriel Ren Moreno, Capitana de Alto y Bajo Izozog y la University of Canterbury de Nueva Zelanda. La publicacin del presente libro estuvo a cargo de Conservacin Internacional-Bolivia.

Primera edicin: 2006 Depsito Legal: Cuidado de la edicin: Ftima Molina C. Mery Ruth Mariaca Z. Diseo y diagramacin: Molina&Asociados Editores: Conservacin Internacional-Bolivia Calacoto, Calle 13 N 8008 Telf.: 2797700 Fax: 2114228 La Paz - Bolivia Web: www.conservation.org.bo E-mail: [email protected] Fotos portada: Hermes Justiniano Fotos interior: Robert Reynolds (Fig. 3.7, 6.8, 6.9 y 6.12) Osvaldo Rosales (Fig. 2.18, 2.19, 2.20, 2.21, 5.19, 5.20, 6.10 y 6.11) Mapas y tablas: Thomas A. Cochrane Timothy J. Killeen (slo captulo 7)

A Oscar Castillo, por su apoyo en la parte inicial del estudio. A Stephan Halloy y Morris Israel, por sus comentarios y observaciones que resultaron muy tiles para mejorar este texto. A Michael Painter, funcionario de Wildlife Conservation Society, y a Tony Henshaw, por coordinar el apoyo financiero del estudio por parte de Transredes y GTB, as como por su aporte en el desarrollo de la investigacin. A Eduardo Forno y al personal de Conservacin Internacional-Bolivia por su apoyo en la produccin de este texto.

AGUA, GAS Y AGROINDUSTRIA GESTIN SOSTENIBLE DE AGUA PARA RIEGO AGRCOLA EN SANTA CRUZ BOLIVIA

NDICE

1.

INTRODUCCIN ...............................................................................................................................1 1.1. Antecedentes ................................................................................................................................1 1.2. Descripcin del estudio y objetivos ...............................................................................................2 1.2.1. Descripcin del estudio ..................................................................................................2 1.2.2. Objetivos .......................................................................................................................2 1.3. rea de estudio .............................................................................................................................4 1.4. Informaciones y mapas temticos .................................................................................................5 1.4.1. Imagen satelital y pozos .................................................................................................5 1.4.2. Mapa topogrfico ..........................................................................................................6 1.4.3. Mapas de vegetacin ......................................................................................................6 1.4.4. Mapa de aptitud agrcola ...............................................................................................7 AGUAS SUBTERRNEAS..................................................................................................................11 2.1. Definiciones hidrogeolgicas ......................................................................................................11 2.2. Consideraciones fisiogrficas y suelos .........................................................................................15 2.2.1. Fisiografa ....................................................................................................................15 2.2.2. Suelos...........................................................................................................................17 2.3. Caractersticas geolgicas, estratigrficas y litolgicas ..................................................................18 2.3.1. Consideraciones geolgicas y geomorfolgicas .............................................................18 2.3.2. Perfiles litolgicos de los pozos en la regin de estudio ..................................................23 2.4. Consideraciones sobre los depsitos de agua subterrnea ............................................................33 2.5. Perforacin de pozos y costos ......................................................................................................37 HIDROLOGA Y CLIMATOLOGA..................................................................................................39 3.1. Factores hidrolgicos ..................................................................................................................39 3.1.1. Caractersticas hidrolgicas de la cuenca del Ro Grande ..............................................39 3.1.2. Caractersticas hidrolgicas de la cuenca del ro Parapet ..............................................42 3.1.3. Caractersticas hidrolgicas de la cuenca del ro Pira ....................................................43 3.2. Factores climatolgicos ...............................................................................................................43 3.2.1. Precipitacin ................................................................................................................44 3.2.2. Temperatura, humedad relativa y vientos .....................................................................47 3.2.3. Evapotranspiracin ......................................................................................................50 3.3. Recarga de acuferos por precipitacin y por ros .........................................................................51 3.4. Factores hidralicos para aguas subterrneas ...............................................................................53 CALIDAD DEL AGUA .......................................................................................................................55 4.1. Calidad del agua superficial ........................................................................................................56 4.2. Calidad del agua subterrnea ......................................................................................................57 4.3. Riesgos de contaminacin del agua subterrnea y superficial .......................................................59

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5.

RIEGO AGRCOLA ............................................................................................................................61 5.1.1. Proyectos de riego nacional ..........................................................................................64 5.1.2. Iniciativas privadas de riego ..........................................................................................64 5.2. Requerimientos de riego .............................................................................................................66 5.2.1. Clculo del dficit de lluvia ..........................................................................................66 5.3. Fuentes de energa para riego agrcola .........................................................................................67 5.3.1. Combustibles y electricidad .........................................................................................67 5.3.2. Empresas que trabajan en la distribucin de gas ...........................................................70 5.4. Bombas de riego .........................................................................................................................70 5.4.1. Fuentes energticas para bombas ..................................................................................72 5.4.2. Determinacin de la potencia de la bomba ...................................................................73 5.4.3. Sistema de bombeo por viento .....................................................................................74 5.5. Sistemas de riego ........................................................................................................................75 5.5.1. Sistemas de riego por aspersin ....................................................................................75 5.5.2. Sistemas de riego por superficie ....................................................................................77 5.5.3. Sistemas de micro riego ................................................................................................79 5.5.4. Eficiencia y vida til de los sistemas de riego ................................................................81 5.5.5. Costos de los sistemas de riego .....................................................................................82 5.6. Economa agrcola y cultivos de la regin ....................................................................................84 5.6.1. Produccin y precios de la soya ....................................................................................86 5.6.2. Produccin y precios de otros cultivos ..........................................................................88 5.6.3. Produccin ideal con riego ...........................................................................................95 ZONIFICACIN DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA Y POTENCIAL DE RIEGO...................97 6.1. Caractersticas de cada zona ........................................................................................................98 6.1.1. Anlisis comparativo de los datos meteorolgicos .........................................................99 6.1.2. AP: rea protegida sedimentaria del Chaco ................................................................101 6.1.3. BI: Baados de Izozog ................................................................................................101 6.1.4. GU: Arenales de Guanaco ..........................................................................................102 6.1.5. IG1, IG2, IG3: rea de influencia del Ro Grande .....................................................103 6.1.6. PI1, PI2, PI3: reas norte alrededor del ro Pira ........................................................104 6.1.7. PM1, PM2, PM3: Pie de monte ................................................................................105 6.1.8. RG1, RG2, RG3: Aluviales antiguos del Ro Grande ..................................................107 6.1.9. RP: Aluviales del ro Parapet .....................................................................................109 6.1.10. SC: Arenales del sur de Santa Cruz .............................................................................110 6.1.11. Disponibilidad y dficit de agua en cada zona ............................................................111 6.2. Modelos econmicos y factibilidad del riego .............................................................................112 6.2.1. Ejemplo de riego en la zona del Parapet .....................................................................112 6.2.2. Comparacin de variables econmicas para determinar la factibilidad del riego extensivo en las zonas RP, RG1, RG2 y RG3 ................................................115 6.3. Disponibilidad y consumo de agua subterrnea para riego ........................................................119 6.4. Utilizacin de aguas superficiales en las regiones RP, IG1, IG2 e IG3 ........................................121 TEMAS AMBIENTALES Y DE CONSERVACIN .........................................................................123 7.1. Principios generales sobre el manejo y la conservacin de cuencas .............................................123 7.2. Conservacin de la biodiversidad como objetivo de la conservacin de cuencas ........................124 7.3. Identificacin de impactos y riesgos relacionados con el uso agrcola del agua ...........................125

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7.

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8.

RECOMENDACIONES SOBRE RIEGO AGRCOLA, TEMAS HDRICOS E IMPACTOS AMBIENTALES ......................................................................131 8.1. Zonificacin ............................................................................................................................131 8.2. Agua subterrnea y superficial ..................................................................................................133 8.3. Monitoreo ................................................................................................................................133 8.4. Riego agrcola ..........................................................................................................................133 8.5. Recomendaciones para la regin sur de TCO, Parque Nacional Kaa-Iya y humedales (unidades: AP, BI, GU, RP) .....................................................................134 8.6. Recomendaciones para la mitigacin de los impactos ambientales .............................................136 REFERENCIAS .................................................................................................................................139 9.1. Publicaciones ...........................................................................................................................139 9.2. Instituciones ............................................................................................................................141

9.

10. ANEXOS............................................................................................................................................143 10.1. Contenido del CD anexo .........................................................................................................143 10.2. Datos econmicos de produccin agrcola ................................................................................144 10.3. Informaciones adicionales climatolgicas y geolgicas ..............................................................147 10.4. Datos de pozos .........................................................................................................................151 10.5. Datos de riego ..........................................................................................................................158 10.6. Coeficientes de cultivo (Kc) para clculo de necesidades de agua para cultivos tpicos ................159

NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Mapa mostrando el rea de estudio dentro de la llanura crucea y las estructuras fisiogrficas sobre un mapa topogrfico DEM de esta regin. .........................................................................................................3 Figura 1.2. Mapa cartogrfico regional delimitando el rea de estudio..................................................................................4 Figura 1.3. Ubicacin de pozos utilizados en el estudio sobrepuestos en una imagen satelital LandSat de 1991.....................5 Figura 1.4. Modelo de elevacin digital (DEM-NASA STRM 90m) con elevacin de pozos ................................................6 Figura 1.5. Clasificacin de vegetacin de la regin..............................................................................................................7 Figura 1.6. Interpretacin de la imagen LandSat para obtener un mapa temtico de la vegetacin de la regin sur .........................................................................................................................8 Figura 1.7. Aptitud agrcola conforme el estudio del PLUS 1996 .........................................................................................9 Figura 2.2. Pozo en regin de acufero libre o semi-confinado ............................................................................................12 Figura 2.1. Geometra y smbolos de bombeo en pozos mostrando los conos de depresin y niveles potenciomtricos . .........................................................................................................12 Figura 2.3. Flujo de aguas subterrneas mostrando valores de residencia de agua ...............................................................13 Figura 2.4. Ejemplo de cmo el bombeo contnuo de agua de pozos cerca de ros o lagos puede secar al ro o lago.............................................................................................................14 Figura 2.5. Ejemplo de cmo el nivel del acufero puede bajar excesivamente despus del bombeo contnuo de agua si hay alguna barrera o formacin geolgica limitante en el acufero ....................................................14

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Figura 2.6. Mapa fisiogrfico PLUS...................................................................................................................................16 Figura 2.7. Ejemplo de textura de suelos de la regin norte de Santa Cruz..........................................................................17 Figura 2.8. (a) Mapa estructural de Bolivia ........................................................................................................................18 Figuras 2.8. (b) Columna estratigrfica de la regin subandina sur ......................................................................................19 Figura 2.8. (c) Mapa geolgico de Bolivia ..........................................................................................................................19 Figura 2.9 . Mapa mostrando dos cortes geolgicos de la regin; al norte y al sur ................................................................20 Figura 2.10. Corte geolgico del subsuelo norte derivado de perforaciones de pozos pretolferos (B-B). ..............................20 Figura 2.11. Corte geolgico del subsuelo sur mostrando estratigrafa de la regin (A-A) ....................................................21 Figura 2.12. Descripcin bsica de tres zonas predominantes de la regin de estudio............................................................22 Figura 2.13. Ubicacin de pozos con informacin litolgica detallada..................................................................................24 Figura 2.14. Distribucin de pozos en la localidad Tita (cerca de los Baados de Izozog)......................................................31 Figura 2.15. Perfiles litolgicos de pozos para agua de estudio Abap-Izozog presentado en la publicacin de Lutz Werding (1977)........................................................................................................33 Figura 2.16. Profundidad del nivel esttico calculado computacionalmente utilizando informacin de pozos.......................35 Figura 2.17. Superficie de nivel esttico calculado utilizando DEM y datos de pozos............................................................36 Figura 2.18. Diseo de pozo mediante muestreo de sedimentos y perfilaje elctrico .............................................................37 Figura 2.19. Instalacin de tubera.......................................................................................................................................37 Figura 2.20. Instalacin de grava en pozos ...........................................................................................................................37

Figura 2.21. Desarrollo de pozo...........................................................................................................................................37 Figura 3.1. Mapa mostrando estaciones metereolgicas con valores de precipitacin anual .................................................44 Figura 3.2. Precipitacin media anual ................................................................................................................................45 Figura 3.3. (a) Variacin de precipitacin en el mes de enero y estaciones mostrando medias de velocidad de vientos ....................................................................................................................................45 Figura 3.3. (b) Variacin de precipitacin en el mes de abril y estaciones mostrando medias de velocidad de vientos ....................................................................................................................................46 Figura 3.3. (c) Variacin de precipitacin en el mes de julio y estaciones mostrando medias de velocidad de vientos ....................................................................................................................................46 Figura 3.3. (d) Variacin de precipitacin en el mes de octubre y estaciones mostrando medias de velocidad de vientos ....................................................................................................................................47 Figura 3.4. Isotermas mostrando temperatura media anual en la regin .............................................................................48 Figura 3.5. Medias mensuales de evapotranspiracin potencial (ETo).................................................................................51 Figura 3.6. Recarga por precipitacin (infiltracin lenta) y prdida de agua por evapotranspiracin....................................51 Figura 3.7. a) Recarga del acufero por ros ........................................................................................................................52 Figura 3.7. b) Recarga del acufero por ros (infiltracin rpida) y prdida por evaporacin ................................................52 Figura 4.1. Ejemplo de distribucin vertical del agua subterrnea en la llanura crucea ......................................................57 Figura 4.2. Interpolacin de valores de conductividad elctrica (microhmios/cm) de pozos seleccionados...........................58 Figura 5.1. Diseo y operacin de sistemas de riego para determinar factibilidad de riego ..................................................61 Figura 5.2. reas de prioridad de riego segn el Programa Nacional de Riego (PRONAR) .................................................62

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Figura 5.3. Proyectos de riego en las provincias de Cordillera, Andrs Ibaez y Chiquitos ..................................................63 Figura 5.4. Identificiacin de cuatro localidades de riego por pivote central en la zona de expansin agrcola al este de Ro Grande mediante imagen de satlite LandSat, 2001 ....................................................................65 Figura 5.5. Mapa de deficiencia de agua por precipitacin en el deprtamento de Santa Cruz ..............................................66 Figuras 5.6. Consumo anual de diesel para el cultivo de soya en Santa Cruz ........................................................................68 Figura 5.7. Consumo anual de diesel para el cultivo de trigo en Santa Cruz........................................................................68 Figura 5.8. Distribucin y almacenamiento de GLP o gas natural comprimido para uso rural ............................................70 Figura 5.9. Tres tipos de bombas comnmente utilizadas para riego agrcola ......................................................................71 Figura 5.10. Ejemplo de sistema de bombeo de pozos profundos con motor externo para riego (pivote central) ...................71 Figura 5.11. Sistemas mecnicos de bombeo por viento .......................................................................................................74 Figura 5.12. Sistema elctrico de bombeo por viento ...........................................................................................................75 Figura 5.13. Materiales utilizados en la construccin de sistema de pivote central ................................................................76 Figura 5.14. Sistemas de riego por pivote central..................................................................................................................76 Figura 5.15. Imagen de satlite mostrando detalle de sistema de riego con pivote central en tierras bajas este de Santa Cruz ...........................................................................................................................................76 Figura 5.16. Sistema de avance frontal con canales con (a) bombeo con combustible y (b) bombeo elctrico........................77 Figura 5.17. Sistema de avance frontal con mangueras .........................................................................................................77 Figura 5.18. Sistemas de mangueras y caones de agua ........................................................................................................77

Figura 5.19. Desvo del Ro Grande para riego superficial....................................................................................................78 Figura 5.20. Canal de riego con compuerta repartidora........................................................................................................78 Figura 5.21. Riego superficial por surcos utilizando mangueras y bomba .............................................................................78 Figura 5.22. Riego por caudal discontnuo ..........................................................................................................................79 Figura 5.23. Sistemas de micro-riego extensivos...................................................................................................................79 Figura 5.24. Componentes tpicos de micro-riego................................................................................................................79 Figura 5.25. Diferentes tipos de mangueras con micro-poros ...............................................................................................80 Figura 5.26. Permetro de aplicacin de agua por mangueras de micro-riego con micro-poros con respecto a diferentes tipos de suelos ...........................................................................................................80 Figura 5.27. Localizacin de emisores de micro-riego para la eliminacin de sales del suelo o agua de la zona de races de cultivo. ...............................................................................................................81 Figura 5.28. Sistema LEPA para aplicacin de agua .............................................................................................................83 Figura 5.29. Configuracin de sistema de riego por pivote central movible en rea total de 200 ha.......................................84 Figura 5.30. Precio de la soya en la Comunidad Andina para aceite crudo y soya en grano ...................................................87 Figura 6.1. Zonificacin para riego en base de disponibilidad de agua, variaciones climticas, aptitud agrcola y factores fisiogrficos .............................................................................................................98 Figura 6.2. Precipitacin media anual con barras de error mostrando medias altas y bajas en cada zona. .............................99 Figura 6.3. Evapotranspiracin potencial estimada para zonas de la regin. ......................................................................100 Figura 6.4. Imagen de satlite LandSat 2001 y DEM mostrando los relieves en colores y la ubicacin de la regin de influencia a la Laguna Concepcin .........................................................................................102

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Figura 6.5. Esquema de la zona de Arenales de Guanaco ..................................................................................................103 Figura 6.6. Artculo del peridico que informa sobre problemas por inundaciones en la zona IG2....................................103 Figura 6.7. Artculo del peridico que informa sobre consecuencias de las inundaciones en la zona IG1 ...........................103 Figura 6.8. Zonas de inundacin potencial (alagamiento) en la unidad IG3 .....................................................................104 Figura 6.9. PI3 zona norte de expansin agrcola ..........................................................................................................104 Figura 6.10. Foto de la unidad PM1 con el sub-andino en el fondo....................................................................................105 Figura 6.11. Pequeos atajados en la regin PM1 y PM2 ...................................................................................................107 Figura 6.12. Unidad de pie de monte PM3........................................................................................................................107 Figura 6.13. Fotos de la unidad RG2 cerca de la lnea frrea Santa Cruz Puerto Quijarro (Puerto Surez) ........................108 Figura 6.14. Zona SC sur de la ciudad de Santa Cruz.........................................................................................................110 Figura 6.15. Comparacin de uso de diferentes combustibles versus posibles ingresos de agricultura bajo riego con sistema pivote central ..............................................................................................................117 Figura 6.16. Ingresos de agricultura bajo riego con sistema de pivote central en funcin al tamao de rea bajo riego ...........................................................................................................................................117 Figura 6.17. Ingresos de agricultura bajo riego con pivote central en funcin a aos de plazo para pago de crdito por compra de equipos de riego pivote central con tasa financiera de 10% anual ............................118 Figura 6.18. Ingresos de agriculutura bajo riego con sistema pivote central en funcin a tasa de crdito porcentual por ao con cinco aos de plazo ...................................................................................................118 Figura 6.19. Ingresos de agricultura bajo riego con sistema de pivote central para las zonas RP, RG1, RG2 y RG3 que se extienden de sur a norte en la llanura crucea...................................................................118

Figura 7.1. El lecho del ro Parapet donde sale de las serranas sub-andinas......................................................................125 Figura 7.2. El lecho del ro Parapet donde el caudal del ro desaparece en una zona arenosa .............................................126 Figura 7.3. El lecho del ro Parapet donde el caudal del ro reaparece en los Baados de Izozog (BI) ................................126 Figura 7.4. Los Baados de Izozog en la regin del cruce del gasoducto de Gas Trans Boliviano (GTB) ............................127 Figura 7.5. El sector norte de los Baados de Izozog y de la Laguna Concepcin ..............................................................128 Figura 7.6 El Ro Grande cerca la comunidad de Okinawa .............................................................................................129 Figura 8.1. Zonificacin de la llanura crucea mostrando zonas viables para riego extensivo.............................................132 Mapa 10.1. Mapas de precipitacin mostrando estaciones de WMO (NOAA_ghcn) e isoyetas de FAO ............................147 Mapa 10.2. Mapa hidro-geolgico de Bolivia a escala 1:2,500,000 ...................................................................................148 Mapa 10.3. Mapa fisiogrfico del municipio de Cabezas...................................................................................................149 Mapa 10.4. Mapa geolgico del municipio de Cabezas .....................................................................................................150 Mapa 10.5. Mapa de pozos de agua identificados y utilizados en este estudio ....................................................................151

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NDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Valores referentes al almacenamiento potencial de agua en acuferos (Davis & Cornwell, 1991) .......................15 Tabla 2.2 Formaciones geolgicas en la regin de estudio ................................................................................................21 Tabla 2.3 Perfiles litolgicos de pozos para agua de la zona Este de Santa Cruz ................................................................25 Tabla 2.4 Perfiles litolgicos de pozos para agua de la localidad Yarirenda del municipio Cabezas.....................................26 Tabla 2.5 Perfiles litolgicos de pozos para agua de la localidad Itai de la provincia Cordillera. .........................................27 Tabla 2.6 Perfiles litolgicos de pozos para agua de la zona norte de Santa Cruz...............................................................28 Tabla 2.7 Perfiles litolgicos de pozos para agua de la zona sur de Santa Cruz ..................................................................29 Tabla 2.8 Perfiles litolgicos de pozos principales para agua de la ciudad de Santa Cruz (SAGUAPAC) en un radio de 500 metros ...............................................................................................................................30 Tabla 2.9 Datos de perforacin de pozos cercanos al ro Parapet .....................................................................................31 Tabla 2.10 Correlacin litolgica de pozo para agua en la zona Tita ...................................................................................32 Tabla 2.11 Costos promedios para exploracin de pozos....................................................................................................38 Tabla 2.12 Ejemplo de estructura de costos para un pozo de 143 metros de profundidad utilizando tubera de acero Roscoe Moss de 8 pulgadas.................................................................................................................38 Tabla 3.1. Resumen de informacin hidrolgica de la cuenca del Ro Grande entre 1945-1971 ........................................40

Tabla 3.2. Descarga media mensual en m3/s de la cuenca del Ro Grande medida en la estacin Abap de 1971 a 1974 ...............................................................................................................41 Tabla 3.3. Descarga media mensual en m3/s de la cuenca del Ro Grande medida en la estacin Puerto Pailas de 1972 a 1974......................................................................................................41 Tabla 3.4. Descarga media mensual en m3/s de la cuenca del ro Parapet medida en la estacin San Antonio de 1972 a 1974 ......................................................................................................42 Tabla 3.5. Resumen de informacin hidrolgica de la cuenca del ro Pira entre 1945 y 1966 ...........................................43 Tabla 3.6. Valores medios mensuales de humedad relativa del aire (%) .............................................................................48 Tabla 3.7. Datos de direccin promedia mensual de vientos (N-norte, S-sur, SE-sur este, NO-nor oeste, NE-nor este, E-este) .................................................................................................................49 Tabla 3.9 Mtodos para el clculo de ETo .......................................................................................................................50 Tabla 3.10 Clculo de evapotranspiracin potencial en (mm/da) para estaciones con datos de temperatura, humedad y vientos...........................................................................................................................................50 Tabla 4.1. Factores para evaluar la calidad de agua para riego ............................................................................................55 Tabla 4.2. Gua para la interpretacin de calidad de agua para riego..................................................................................56 Tabla 4.3. Subdivisin de conductividad elctrica en varias categoras para definir mejor la clase de agua para riego ..........56 Tabla 4.4. Medios hidrogeolgicos y su vulnerabilidad a contaminacin de aguas subterrneas .........................................59 Tabla 5.1. Lista de sistemas de riego actual (2001) para el rea de estudio, segn el PRONAR ..........................................63 Tabla 5.2. Propuesta de proyectos para el departamento (Ministerio de Desarrollo Sostenible)..........................................64 Tabla 5.3. Resumen de algunos coeficientes de cultivo (Kc) por mes para la regin del chaco segn los cculos del PRONAR ........................................................................................................67

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Tabla 5.4. Precios de combustibles en octubre de 2003.....................................................................................................69 Tabla 5.5. Contenido representativo de energa de combustibles y electricidad .................................................................69 Tabla 5.6. Valores tpicos de eficiencia para plantas de bombeo representativas para riego con valores expresados en porcentajes...............................................................................................................69 Tabla 5.7. Comparacin de bombas movidas por GLP .....................................................................................................72 Tabla 5.8. Caudales de agua necesarios (litros por segundo por hectrea) para sistemas de riego con eficiencia de 80% ....................................................................................................73 Tabla 5.9. Caudales de agua necesarios (litros por segundo por hectrea) para sistemas de riego con eficiencia de 60% ....................................................................................................73 Tabla 5.10. Ejemplos de precios de bombas sumergibles elctricas (Bergely) .......................................................................74 Tabla 5.11. Eficiencia de los sistemas de riego para suelos franco-arenosos ..........................................................................81 Tabla 5.12. Estimativa de vida til (aos) de varios componentes para riego .......................................................................82 Tabla 5.13. Costos de inversin en sistemas de riego promedios en EE.UU ........................................................................82 Tabla 5.14. Comparaciones entre sistemas de alta y baja presin y sistemas LEPA de riego por pivote central......................83 Tabla 5.15. Valor bruto de la produccin agropecuaria regional de Santa Cruz, 2002 .........................................................85 Tabla 5.16. Produccin de soya en Santa Cruz, verano de 2001 2002 (ANAPO) .............................................................86 Tabla 5.17. Siembra directa en Santa Cruz 2001 2002 (ANAPO)....................................................................................86 Tabla 5.18. Evolucin de la produccin de soya de verano..................................................................................................87 Tabla 5.19. Evolucin de la produccin de soya de invierno ...............................................................................................88

Tabla 5.20. Produccin de maz en campaa de verano en Santa Cruz................................................................................89 Tabla 5.21. Evolucin de la produccin de trigo en Santa Cruz ..........................................................................................90 Tabla 5.22. Evolucin de la produccin de girasol en Santa Cruz........................................................................................91 Tabla 5.23. Evolucin de la produccin de sorgo de invierno en Santa Cruz .......................................................................92 Tabla 5.24. Evolucin de la produccin de sorgo de verano en Santa Cruz..........................................................................92 Tabla 5.25. Evolucin de la produccin de azcar en Santa Cruz........................................................................................93 Tabla 5.26. Evolucin de la produccin de carne bovina en Santa Cruz ..............................................................................94 Tabla 5.27. Produccin ideal con buen manejo y riego para diferentes cultivos obtenidos de un anlisis de produccin ptima de la regin de Santa Cruz .......................................................95 Tabla 5.28. Posible incremento en la produccin actual con riego y buen manejo agrcola ..................................................95 Tabla 5.29. Parmetros zootcnicos de la produccin ganadera en Santa Cruz, 2001 ..........................................................96 Tabla 6.1 Zonificacin de la llanura crucea....................................................................................................................97 Tabla 6.2. Valores de precipitacin, ETo y rea para cada zona..........................................................................................99 Tabla 6.3. Precipitacin media mensual para cada zona en mm ......................................................................................100 Tabla 6.4. Precipitacin media mnima para cada zona en mm .......................................................................................101 Tabla 6.5. Necesidades de agua para riego en diferentes cultivos de la zona PI2...............................................................105 Tabla 6.6. Necesidades de agua para riego en la Zona PM1, para diferentes cultivos........................................................106 Tabla 6.7. Necesidades de agua para riego en diferentes cultivos de la zona RG1 .............................................................108

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Tabla 6.8. Necesidades de agua para riego en diferentes cultivos de la zona RG2 .............................................................109 Tabla 6.9. Necesidades de agua para riego en diferentes cultivos de la zona RP................................................................110 Tabla 6.10. Necesidades de agua para riego en diferentes cultivos de la zona SC................................................................111 Tabla 6.11. Comparacin general de la disponibilidad y dficit de agua y necesidades de riego para la regin....................112 Tabla 6.12. Disponibilidad de agua subterrnea mediante perforacin de pozos ...............................................................112 Tabla 6.13. Necesidad de riego de soya de verano en San Antonio del Parapet calculado con programa de riego de la FAO CROPWAT...................................................................................................................113 Tabla 6.14. Ejemplo de anlisis de riego con programa CROPWAT para Soya Verano en zona RP....................................114 Tabla 6.15 Descripcin de variables utilizadas en ejemplo de factibilidad econmica de riego ..........................................115 Tabla 6.16 Ejemplo de resultados econmicos de factibilidad de riego .............................................................................116 Tabla 6.17. Estimativas de volumen de agua disponible en el subsuelo para extraccin por pozos hasta 500 metros...........119 Tabla 6.18. Recarga por precipitacin y percolacin profunda ..........................................................................................120 Tabla 6.19. Uso mximo de agua subterrnea para riego sostenible ...................................................................................120 Tabla 6.20. Nmero de pozos y costos para riego en zonas RP, RG1, RG2 y RG3 .............................................................121 Tabla 6.21. Valores estimados de recarga del acufero por infiltracin del ro (total y en poca seca y hmeda) ..................121 Tabla 6.22. Posible uso de agua superficial del ro Parapet ...............................................................................................122 Tabla 6.23. Posible uso de agua superficial del Ro Grande ...............................................................................................122 Tabla 10.1. Estructura de costos operativos y de produccin soya - siembra directa - maquinaria alquilada .......................162

Tabla 10.2. Santa Cruz: estructura de costos operativos y de produccin de trigo - siembra directa - maquinaria alquilada ............................................................................................163 Tabla 10.3. Estructura de costos operativos y de produccin de girasol - siembra directa - maquinaria alquilada ...............164 Tabla 10.4. Coeficientes de cultivo (kc) para valles mesotrmicos y chaco (Fuente: PRONAR) .......................................177

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PRLOGO

Bolivia est embarcada en un proceso de desarrollo social y econmico en el que el potenciamiento de una agricultura moderna y sostenible tiene un papel sustancial. Miles de ciudadanos dependen directa o indirectamente de las labores agrcolas que, adems, son trascendentales para la seguridad alimentaria del pas. Paralelamente, considerando que el pas vive una etapa de fuertes cambios polticos y sociales, se posiciona nuevamente y de manera fundamental el tema de la proteccin y uso sostenible los recursos naturales. La agricultura es un pilar fundamental de la economa del departamento de Santa Cruz, sin embargo, tiene una limitante fundamental, el agua. Es por esto que, con gran profundidad tcnica, este libro analiza la disponibilidad y sostenibilidad del uso del agua subterrnea y superficial para riego agrcola en la regin. Pero va ms all, analiza el gas como la ms interesante fuente de energa para hacer posible el riego con aguas subterrneas as como a la economa detrs del riego en la agricultura. Este libro, precisamente, trata estos tres temas: agua, gas y agroindustria, como aportes al sector productivo. Pero no se queda ah, los enmarca de una manera moderna y provocativa con los temas crticos de la conservacin del recurso agua y los vincula a una escala mayor con la conservacin de la biodiversidad. La investigacin, desarrollada por los expertos Thomas A. Cochrane, Timothy J. Killeen y Osvaldo Rosales, durante el 2004, pretende dar informacin y orientacin al sector productivo agrcola y al pblico en general sobre el potencial de los sistemas de riego en la llanura crucea y el uso de gas como fuente energtica para el bombeo

de aguas subterrneas, pero tambin alerta sobre sus riesgos. El texto se constituye en una contribucin al desarrollo del pas aportando tcnicamente a la agricultura crucea y la proteccin de recursos ecolgicos y ambientales invaluables. Desde una perspectiva cientfica, identifica los riesgos econmicos, lmites hdricos y los posibles impactos ambientales que esa iniciativa puede generar. En ese sentido, el texto muestra que el riego con agua subterrnea puede mejorar la produccin agrcola, pero reconoce que la sustentabilidad del recurso agua subterrnea para riego depende de la proteccin de importantes espacios ecolgicos, en las estribaciones de los andes y la llanura crucea, que recargan los acuferos. Si stos se ven afectados, las propuestas de riego con aguas subterrneas no tendran viabilidad a mediano y largo plazos. En ese sentido, la investigacin de Cochrane, Killeen y Rosales identifica reas donde el riego extensivo puede o no ser viable. Finalmente, demuestra claramente que el camino para una agricultura productiva y sostenible en Santa Cruz no es expandiendo la frontera agrcola y por ende causando una masiva deforestacin, sino haciendo ms productivos los que ya han sido habilitados para esos fines y conservando mejor los suelos en ellos.

Erwin Aguilera Director Departamental de Recursos Naturales y Medio Ambiente Prefectura de Santa Cruz

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(1) INTRODUCCIN

El propsito de este estudio es proveer a educadores, productores agrcolas, conservacionistas y tcnicos de diferentes profesiones una zonificacin de la regin de Santa Cruz que presenta condiciones favorables de riego para el desarrollo agrcola, utilizando como fuente agua subterrnea y superficial. Se presentan temas econmicos relacionados al uso de energa como ser el uso del gas natural, gas licuado de petrleo (GLP), diesel y otros para fomentar el riego, as como los posibles impactos ambientales relacionados al desenvolvimiento del riego agricola. Este libro trata de los aspectos tcnicos del riego, del uso racional de los recursos hdricos subterrneos y la proteccin de las zonas hmedas (pantanales y lagunas) y de las reas de alto riesgo ecolgico. El estudio se basa en el anlisis de la informacin obtenida en los siguientes temas, discutidos en diferentes secciones del estudio: 1. Aguas subterrneas: En esta seccin hacemos una descripcin de las caractersticas fsicas que presentan mejores condiciones para el almacenamiento del agua subterrnea. Se describe las condiciones geolgicas, fisiogrficas, y geomorfolgicas de cada regin de estudio. Se hace un anlisis de los probables niveles de agua esttica en una regin y se precisa la direccin de los flujos subterrneos. En el Anexo presentamos datos sobre caudales, profundidad de pozos, dimetros, tipos de tubera, filtros, niveles estticos y niveles dinmicos de varios pozos en la regin de estudio. 2. Hidrologa y climatologa: En esta seccin presentamos un anlisis de los datos hidrolgicos y climatolgicos de la regin. Se calculan factores como evapotranspiracin y se han estimado los valores de recarga de agua para los acuferos. 3. Calidad del agua: En esta seccin se indica la calidad del agua subterrnea y superficial. 4. Riego agrcola: En esta seccin se discuten los diferentes asuntos relacionados con el riego agrcola. Pre(1)

sentamos los diferentes tipos de riego, las fuentes de energa para el riego como ser el uso del gas natural, energa elica y otros, y los factores econmicos del riego. 5. Zonificacin de la regin de Santa Cruz en base a la disponibilidad de agua para riego: En esta seccin se presenta una zonificacin de la regin de Santa Cruz en base a la informacin hidrogeolgica, hidrolgica, climatolgica, la calidad del agua para riego y la sostenibilidad del desenvolvimiento extensivo de aguas subterrneas para riego. 6. Temas ambientales y de conservacin: En esta seccin se describen los posibles impactos ambientales que la agricultura y particularmente el riego extensivo pueden tener en el ambiente y en los recursos naturales. Muchos de los temas abordados pueden ser profundizados siguiendo las referencias mencionadas y tambin mediante la lista global de enlaces que se presenta al final del estudio.

1.1. ANTECEDENTESBolivia cuenta con reservas de gas natural estimadas en aproximadamente 53 trillones de pies cbicos (TCF, por su sigla en ingls), lo que la pone en el segundo lugar de Sudamrica. La monetizacin de estas reservas es una prioridad nacional. Actualmente se realiza mediante la exportacin de gas a Brasil y Argentina, la cual tiene la tendencia de aumentar paulatinamente en los aos futuros. Simultneamente, la sociedad boliviana pide que las reservas de gas no solamente sean un recurso natural explotado y exportado, sino tambin un instrumento de fomento del desarrollo integral de la economa. Esto podra lograrse destinando un volumen importante de gas al consumo interno. Consecuentemente, el gobierno nacional y el sector privado estn fomentando iniciativas de elaboracin de productos y venta de servicios relacionados con el gas natural, con nfasis en su uso domstico y en los productos con valor agregado para la exportacin.

Bolivia tambin cuenta con una enorme biodiversidad. Es uno de los 18 pases conocidos como mega diversos en el planeta. Ello se debe a la variedad de regiones biogeogrficas que posee, la Amazona, la Chiquitania, el Gran Chaco, el Pantanal y los Andes. A diferencia de otros muchos pases, Bolivia todava cuenta con paisajes silvestres con poca presencia humana y de enorme extensin, lo que le permite proporcionar al mundo servicios ecolgicos de gran importancia. La sociedad boliviana ha realizado avances importantes en el compromiso de conservar la biodiversidad y de asegurar la sostenibilidad del desarrollo.

1.2. DESCRIPCIN DEL ESTUDIO Y OBJETIVOS1.2.1. DESCRIPCIN DEL ESTUDIO Este documento describe un modelo de desarrollo que surge de un reciente reconocimiento, en el departamento de Santa Cruz, de las interrelaciones entre: 1) la gran disponibilidad de gas como energa de bajo costo, 2) abundantes recursos subterrneos y superficiales de agua, y 3) la necesidad de mejorar la produccin agrcola en las zonas de expansin agrcola de Santa Cruz. Se trata de un modelo de produccin agrcola basado en sistemas de riego de gran, mediana y pequea escala, con mtodos modernos de irrigacin. El riego puede mejorar dramticamente la rentabilidad de las actividades agrcolas en el departamento de Santa Cruz, reduciendo los riesgos climticos que han afectado a las inversiones en agricultura durante la ltima dcada. Al mismo tiempo, se podra utilizar las abundantes reservas de gas natural para mejorar los ingresos por exportaciones de granos y derivados con valor agregado, y apoyar as la creacin de nuevas fuentes de trabajo en un sector clave para la economa nacional. Estas acciones evitaran la concentracin de gente pobre en los centros urbanos. Este estudio prev una zonificacin agrcola segn un modelo de uso racional del agua superficial y subterrnea (entendiendo por racional el que no afecte al sistema ecolgico ni ocasione la prdida de humedales de importancia, particularmente en los baados de Izozog y en Laguna Concepcin). Las poblaciones de vida silvestre en el Parque Nacional Gran Chaco Kaa-Iya son extremadamente dependientes de los baados de Izozog durante meses crticos de la poca seca, y la desaparicin de los humedales podra causar el colapso de grandes(2)

poblaciones de la fauna del lugar, ocasionando daos irreversibles a una de las reas ms importantes para la vida silvestre en el pas. Tambin podran ser afectadas las aves migratorias que, provenientes de Norteamrica y de la Patagonia, utilizan la Laguna Concepcin como un paradero de descanso durante sus largas migraciones estacionarias. La desaparicin de este humedal tendra impactos a nivel hemisfrico. Los recursos hdricos son especialmente importantes para las comunidades tradicionales asentadas a lo largo del ro Parapet. Por un lado, las comunidades dependen de la vida silvestre del Gran Chaco, que les provee de una parte importante de las protenas que requieren para sobrevivir. Pero, an ms importante, estas comunidades usan los acuferos libres (superficiales) del ro Parapet para el consumo domstico y para alimentar los sistemas tradicionales de riego de la agricultura de subsistencia. Un uso no racional de los recursos hdricos podra tener graves impactos negativos para ellas, ocasionando la prdida de sus formas tradicionales de vida y la degradacin de los ecosistemas de los cuales dependen. La importancia de los dos humedales mencionados fue reconocida en 2001 por el gobierno de Bolivia, que los design como sitios RAMSAR, es decir, les confiri el estatus de humedal de importancia global (Convenio RAMSAR), y se comprometi a conservar sus ecosistemas y a garantizar el uso racional de los recursos hdricos relacionados con ellos (http://www.ramsar.org/wssd_wwf_bolivia.htm). Adicionalmente, es fundamental pensar en el sistema hdrico en su conjunto. Tanto las aguas superficiales como las aguas subterrneas de la cuenca baja del ro Parapet dependen en gran medida de la cuenca alta (zona subandina), la cual debe ser protegida adecuadamente. 1.2.2. OBJETIVOS El principal objetivo del estudio de los recursos hdricos y del potencial de riego del rea de la llanura crucea, es decir, de la regin integrada por Santa Cruz y la Tierra Comunitaria de Origen (TCO) Kaa-Iya, es reunir el material bsico necesario para delinear las metas, las estrategias y los programas de uso, distribucin, control, administracin y preservacin (en calidad y cantidad) de los recursos hdricos, para lograr su aprovechamiento sustentable y satisfacer los requerimientos actuales y futuros de los pobladores de la regin, contribuyendo as a su desarrollo econmico. Se pretende contribuir hacia

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un uso racional de los recursos naturales para satisfacer los siguientes objetivos: Satisfacer la demanda actual y futura de agua para: - Contribuir al mejoramiento de la salud pblica. - Alimentar eficientemente los sistemas de riego. Proteger y conservar el agua y el medio ambiente. Contribuir al desarrollo econmico, atendiendo la demanda de agua de la agricultura y la ganadera.

Para alcanzar los objetivos indicados se plantean las siguientes metas: Mantener los acuferos con la cantidad y calidad adecuadas para su aprovechamiento.

En zonas con dficit, mejorar el suministro de agua para la ganadera, agricultura y los dems sectores, desarrollando un programa de cosecha de aguas mediante la perforacin de pozos o el acopio de las aguas del verano, ya provengan directamente de las lluvias o lo hagan de las escorrentas torrenciales de la regin. Usar eficientemente el agua, introduciendo patrones de utilizacin que mejoren su aprovechamiento domstico, ganadero y agrcola. Preservar la disponibilidad y calidad del agua para el futuro. Aplicar una estrategia municipal para la planificacin, administracin y asignacin de los recursos hdricos, mediante programas de mediano y largo plazo.

Figura 1.1. Mapa mostrando el rea de estudio dentro de la llanura crucea y las estructuras fisiogrficas sobre un mapa topogrfico DEM de esta regin.

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Hacer participar a la poblacin y a las organizaciones interesadas en los recursos hdricos en la ejecucin de los programas que ataen al recurso agua. Establecer sistemas de medicin e informacin de los recursos hdricos, para disponer de estimaciones confiables sobre la calidad y cantidad de stos, as como del uso que le dan los diferentes sectores productivos.

1.3. REA DE ESTUDIOEl rea de estudio est situada dentro de la unidad fisiogrfica denominada llanura chaco-beniana (denominada llanura crucea, la cual est representada en la Figura 1.1.; sus lmites estn definidos en la Figura 1.2.) Esta rea se extiende desde el lmite sur de la provincia

de Guarayos hasta el ro Parapet en el sur. Est limitada al este por el ro San Julin y la serrana de San Jos de Chiquitos, al oeste por el pie de monte sub-andino y al sur-este por los cerros aislados del alto Paragua. Esta regin comprende las zonas de la TCO Kaa-Iya, baados de Izozog y las zonas integradas del norte, as como las zonas de expansin agrcola norte y este de Santa Cruz. En la Figura 1.1. mostramos el rea de estudio en un mapa topogrfico de la regin. En la Figura 1.2. mostramos el rea de estudio que incluye la TCO Kaa-Iya, baados de Izozog y las zonas integradas del norte, as como las zonas de expansin agrcola norte y este de Santa Cruz. En este mapa se muestran tambin caminos, ros, provincias, vas frreas y gasoductos y reas protegidas.

Figura 1.2. Mapa cartogrfico regional delimitando el rea de estudio.

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1.4. INFORMACIONES Y MAPAS TEMTICOSDada la diversidad de temas presentados en este estudio, se requiri la compilacin de varios datos e informaciones regionales. En cada seccin de este libro detallamos las fuentes de la informacin, para que el lector pueda ubicar datos adicionales, en caso de querer hacerlo. Una gran parte del trabajo de compilacin y anlisis de la informacin fue realizado digitalmente, con sistemas de informacin geogrficos (ArcGIS). Con la finalidad de dar al lector una visin amplia de las caractersticas de la regin de estudio, a continuacin se muestran algunos mapas temticos con una ligera descripcin. La proyeccin usada para los mapas

presentados en este documento es SAD 69, UTM zona 20. 1.4.1. IMAGEN SATELITAL Y POZOS En la Figura 1.3. se puede encontrar una imagen satelital de la regin de estudio, que es una compilacin de varias imgenes LandSat TM de 1990 a 1991, obtenida de la NASA en formato MrSid. En este mapa tambin se muestra la ubicacin de los pozos de agua que son utilizados para el abastecimiento humano; sin embargo, esta informacin no refleja la cantidad real de pozos de la regin, sino tan slo los pozos cuyas datos de perforacin fueron compilados y estuvieron disponibles para la realizacin de este estudio. En el Anexo 10.4. se mues-

Figura 1.3. Ubicacin de pozos utilizados en el estudio sobrepuestos en una imagen satelital LandSat de 1991.

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tra mapas con mayor detalle y una planilla con la ubicacin y los datos tcnicos de cada pozo. En la actualidad existe una cantidad muy significativa de pozos construidos en la llanura crucea, con una profundidad que vara de los 20 hasta los 400 metros, y con dimetros de 3 a 14 pulgadas. La mayora de los pozos estn concentrados en la subregin integrada que comprende la parte norte de Santa Cruz. 1.4.2. MAPA TOPOGRFICO Un mapa topogrfico se muestra en la Figura 1.4. ste fue derivado del Modelo de Elevacin Digital DEM de la NASA, con resolucin horizontal de 90 m. La variacin de los colores del mapa nos muestra los cambios de relieve; puede verse que la franja verde

ocupa gran parte de la amplia llanura aluvial crucea, cayendo en una suave pendiente hacia el norte. En este mapa tambin se muestra la ubicacin de los pozos. El nmero asociado a cada pozo representa el valor de la elevacin superficial en la que fue perforado. En posteriores secciones de este documento hacemos referencias a este mapa topogrfico. 1.4.3. MAPAS DE VEGETACIN En la Figura 1.5. presentamos una clasificacin preliminar de la vegetacin y la expansin agrcola de la regin, realizada por el Museo de Historia Natural Noel Kempff Mercado utilizando imgenes LandSat del ao 2000, en poca seca. Podemos observar la expansin agrcola en color rojo y los humedales en color azul claro. La

Figura 1.4. Modelo de elevacin digital (DEM-NASA STRM 90m) con elevacin de pozos.

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regin de los humedales aparece limitada en la Figura, por haberse realizado esta clasificacin en tiempo seco y porque se refiere a los tipos de vegetacin. En tiempos de lluvia, el alargamiento de las reas de los humedales (especialmente en la regin de los baados de Izozog) es significativo. En la Figura 1.6. mostramos una interpretacin de imgenes LandSat realizada por CABI y el Museo de Historia Natural Noel Kempff Mercado que muestra las diferencias de la vegetacin de la regin sur. 1.4.4. MAPA DE APTITUD AGRCOLA Un mapa de aptitud agrcola para la regin de estudio es presentado en la Figura 1.7. Este mapa tiene

como base el estudio de plan de uso de suelo del departamento de Santa Cruz (PLUS 1996). El mapa muestra en colores verdes las zonas apropiadas para la agricultura y la ganadera, en color amarillo y anaranjado las zonas apropiadas para la ganadera y los cultivos permanentes, y en rojo las zonas que deben ser destinadas a otros usos, ya que no son apropiadas para agricultura extensiva. Para cada una de las reas, se presentan varios datos sobre las limitaciones de las actividades productivas, como el drenaje, la erosin elica, la fertilidad y otros. Mayores detalles pueden encontrarse en las memorias del PLUS 1996.

Figura 1.5. Clasificacin de vegetacin de la regin (fuente: Museo de Historia Natural NKM utilizando imgenes LandSat 2000).

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Figura 1.6. Interpretacin de la imagen LandSat para obtener un mapa temtico de la vegetacin de la regin sur. (Fuente: CABI/WCS).

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Figura 1.7. Aptitud agrcola conforme el estudio del PLUS 1996.

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(2) AGUAS SUBTERRNEAS

Es de conocimiento popular que Santa Cruz tiene un gran potencial de aguas subterrneas, pero el conocimiento tcnico y la informacin especfica sobre este asunto son limitados. Un estudio detallado del agua subterrnea demandara una gran inversin econmica y tcnica, la cual no se ha realizado hasta el momento. En el presente trabajo, la evaluacin de este recurso se hizo sobre la base de la informacin recolectada por varios estudios independientes, y a observaciones directas en el campo, lo que ha dado resultado lo siguiente: Una relacin de las definiciones hidrogeolgicas que ayudan al lector a entender el estudio de las aguas subterrneas. Se provee referencias en cada seccin para una mayor informacin sobre cada tema. Una descripcin de las condiciones geolgicas, fisiogrficas y geomorfolgicas que definen las condiciones de los depsitos de agua subterrneos (acuferos) de la regin. Se muestra los perfiles litolgicos de los pozos, la correlacin litolgica, la ubicacin de la red de pozos de agua a travs de mapas, y cortes geolgicos estructurales del subsuelo que muestran la configuracin por debajo de la superficie del terreno hasta los 2.400 m. Se hace un anlisis de los probables niveles de agua esttica en la regin de estudio, y se muestra la direccin del flujo subterrneo. En el Anexo 10.4. se incluye un cuadro en el que se da la ubicacin de la red de pozos, su caudal de produccin, su nivel esttico y dinmico, el tipo de tuberas y filtros empleados en los pozos, y sus fechas de construccin.

2.1. DEFINICIONES HIDROGEOLGICASPara entender los procesos del sistema de aguas subterrneas es preciso definir la terminologa utilizada en este documento. Aqu presentamos la descripcin de(11)

dicha terminologa y algunos conceptos generales sobre el estudio de las aguas subterrneas. Acufero: Una unidad geolgica que tiene la capacidad de almacenar y transmitir suficiente agua para proveer cantidades razonables a los pozos para consumo humano o agrcola (por ejemplo arenas, gravas, piedras areniscas, rocas calcreas y dolomas, basaltos y rocas gneas y metamrficas fracturadas). Camada confinadora: Una unidad geolgica que tiene poco o nada de permeabilidad intrnseca (menos que 10 micro Darcys, md), como por ejemplo: arcillas pesadas, sales y rocas gneas y metamrficas no fracturadas, o sea, una camada que impide el movimiento de agua. El agua subterrnea se encuentra en los acuferos en tres diferentes condiciones; segn stas hablamos de acuferos confinados, acuferos libres y acuferos semi-confinados. Acuferos confinados son aquellos que se encuentran debajo de una camada confinadora formada de materiales como arcillas o rocas. Un acufero libre carece de confinacin por una camada impermeable y permite la infiltracin directa de agua de la superficie. Los acuferos semi-confinados son aquellos que tienen un cierto nivel de confinacin, pero permiten la recarga de agua por infiltracin superficial. Por ejemplo, las camadas de materiales tales como los limos no impiden completamente el paso vertical del agua; un sistema as se denomina semi-confinado (Figura 2.2.) Estos acuferos semiconfinados todava pueden recibir una recarga vertical, pero a un ritmo muy inferior que los acuferos libres, y esto es significativo en trminos de la sostenibilidad del acufero a largo plazo. Los acuferos libres son a menudo de poca profundidad y se encuentran con frecuencia sobre uno o ms acuferos confinados. Los acuferos libres tambin se llaman acuferos de nivel fretico y se recargan directamente por la precipitacin.

Los acuferos confinados se presentan en profundidades considerables y generalmente cubren otros acuferos confinados. Se recargan a menudo por grietas o por aberturas en las capas impermeables que se encuentran sobre o debajo de ellos. Los acuferos confinados en formaciones geolgicas complejas pueden estar expuestos en la superficie de la tierra y pueden recargarse directamente por infiltraciones de las lluvias. Los acuferos confinados tambin pueden recibir la recarga de un rea adyacente alta, por ejemplo una montaa. El agua que se infiltra por la roca fracturada de las montaas puede fluir hacia abajo y despus moverse lateralmente en los acuferos confinados. El nivel del agua de un acufero confinado no sube ni baja libremente porque es confinado por la camada (que acta como una tapa). La confinacin causa presurizacin en el agua. En algunos casos, la presin de un acufero confinado es suficiente para echar un chorro de agua varios pies sobre la superficie de la tierra, una vez abierto el pozo. Tales pozos se llaman: pozos artesianos que fluyen, o surgentes. Los acuferos confinados tambin se llaman a veces acuferos artesianos. Cuando un pozo se perfora en un acufero libre, su nivel del agua llega generalmente al mismo nivel que el de la superficie del acufero. Esto es, en la mayora de los casos, al nivel fretico. En contraste, cuando un pozo se(a) Superficie potenciomtrica original

Nivel Esttico

Figura 2.2. Pozo en regin de acufero libre o semi-confinado (basta que el bombeo exceda el rea de confinacin).

2rCama confinadora

s2 s s1

Acufero confinado

K

h r1

h1 r2

h2

D

H

Impermeable (b) Superficie potenciomtrica original = nivel fretico

2rw s2 s1 sSuperficie potenciomtrica despus de bombeo h2

K H

h1 h r1

r2Impermeable

Figura 2.1. Geometra y smbolos de bombeo en pozos mostrando los conos de depresin y niveles potenciomtricos. (a) acufero confinado y (b) acufero libre. Fuente: H. Bouwer, Groundwater Hydrology, New York: McGraw-Hill, 1978.

perfora en un acufero confinado, el nivel del agua puede llegar a una cierta altura sobre el nivel fretico y quizs incluso sobre la superficie de tierra, segn cun presurizada est el agua. Si una cantidad de pozos se perfora en un acufero confinado, el nivel del agua se elevar en cada pozo hasta cierto nivel. Estos niveles de los pozos forman en conjunto una superficie imaginaria llamada superficie potenciomtrica o piezomtrica, como muestra la Figura 2.1. La superficie potenciomtrica es para un acufero confinado lo que el nivel fretico es para un acufero libre. O sea, indica a qu nivel llegara la superficie de un acufero confinado si la cama que lo confina fuera removida. Cuando se bombea agua de un pozo, el nivel del agua en el pozo disminuye y ocurre lo que se llama un cono de depresin (ver Figura 2.1). El tamao y la influencia de este cono de depresin dependen de las caractersticas del bombeo, del pozo y del tipo de acufero. Los acuferos ms productivos, confinados o libres, estn generalmente en depsitos de arena y de grava, porque stos suelen tener espacios vacos grandes (porosidad) para contener el agua. Las rocas con aberturas grandes tales como cavidades o fracturas tambin pueden ser acuferos altamente productivos. Generalmente, cuanto ms pequeo es el tamao del grano de los depsitos de grava y arena, o menor la fractura de las rocas, menos agua producir el acufero, porque habr pocos espacios vacos que puedan contener el agua. La porosidad de un acufero tambin tiene influencia en su capacidad de transmitir agua. La porosidad es una medida de la cantidad de espacio que hay en un acufero. Tpicamente, las arcillas y las gravas tienen altas porosidades, mientras que los suelos francos, las arenas, y las mezclas de diversos tamaos de grano tienen porosidades bajas. En general, las arenas y las gravas trans(12)

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miten fcilmente el agua y tienen altas conductividades hidrulicas (en la gama de 50-1000 m/da). Los suelos francos y las arcillas transmiten el agua mal y tienen conductividades hidrulicas bajas (en la gama de 0.001-0.1 m/da). La velocidad con la cual el agua viaja a travs de un acufero es proporcional a la conductividad hidrulica y al gradiente hidrulico, y proporcionalmente inversa a la porosidad. De estos tres factores, la conductividad hidrulica tiene generalmente un efecto mayor sobre la velocidad. As, los acuferos con altas conductividades hidrulicas, tales como depsitos de arena y de grava, generalmente transmiten agua ms rpidamente que los acuferos con conductividades hidrulicas ms bajas, tales como los acuferos con camadas de limos o de arcillas. Sin embargo, flujos rpidos pueden ocurrir en rocas con cavidades o en rocas fracturadas. Los sistemas de agua subterrnea son dinmicos: el agua est continuamente en movimiento desde las reas de recarga a las reas de descarga. En sistemas con acuferos grandes, centenares de aos pueden transcurrir para el paso del agua a travs de la parte subterrnea del ciclo hidrolgico (Figura 2.3.) Los caudales no exceden algunos metros por da, muy pobres comparados con los caudales de hasta ms de un metro por segundo con que fluyen los ros. Sin embargo, las velocidades pueden ser mucho ms altas all donde el agua fluye a travs de sistemas geolgicos con fracturas. Las velocidades dependen de factores como la densidad de la red de la abertura o de las fracturas. En piedra caliza fracturada las velocidades tambin pueden ser mucho ms rpidas. Por estaa) Regiones hmedas Zona de recarga del acufero Zona no saturadaZona de descarga perenne de menor importancia

razn, en un nico pozo se puede obtener agua que reside subterrneamente en diferentes cantidades de tiempo, o sea aguas con un tiempo de residencia diverso. Este es un factor importante que tomar en cuenta cuando se piensa en la degradacin de los contaminantes y en el control de los microorganismos que causan enfermedades, tales como algunas bacterias, virus y protozoos (Foster e Hirata, 1998). La extraccin excesiva de agua subterrnea en sistemas con acuferos libres o semi-confinados puede causar problemas en ros y riachuelos superficiales, como puede verse en la Figura 2.4., que muestra un ejemplo tpico de esta situacin, un caso de extraccin excesiva por bombeo que causa un declive en el nivel de agua y llega a influenciar a un riachuelo cercano al pozo. Asimismo, la extraccin excesiva puede causar que el pozo se seque si hay una barrera como una mancha de arcilla cerca de ste, como ilustra la Figura 2.5. En esta situacin el nivel de agua en el pozo disminuye rpidamente donde hay una barrera como una mancha de arcilla cerca de ste. Las siguientes definiciones y ecuaciones son utilizadas para el clculo de las diferentes propiedades del acufero, y son presentadas aqu para que el lector tenga un entendimiento ms completo del tema. Descarga especfica: Porcentaje de agua que est libre para su drenaje del acufero, nicamente por la influencia de la gravedad. La descarga especfica no es igual a la porosidad porque fuerzas moleculares y de tensin actan para mantener los poros con agua. Ecuacin de Darcy: Esta ecuacin describe que el flujo de agua que atraviesa una muestra del sedimento

Zona de descarga intermitente

Zona de descarga perenne importante

Zona de descarga artesiana

Meses Ao Aos Dcada Siglos Milenios Nivel piesomtrico del agua subterrnea (con niveles mximos y mnimos en el acufero no confinado) Acuitardo (estrato de baja permeabilidad) Acuicludo (estrato virtualmente impermeable)

Figura 2.3. Flujo de aguas subterrneas mostrando valores de residencia de agua (tomado de Foster e Hirata, 1998).

(13)

0Watapitae Well No. 013

10 Cambio de nivel del agua (m) Influencia del cono potenciomtrico en lago o ro 20

Q = flujo K = conductividad hidrulica - funcin del medio poroso y del lquido que pasan por ella. A = rea L = largo h = columna hidrulica (ver Figura 2.1)

Lago o ro se seca 30

K=40

Q A( dh / dL )

50 1 10 Tiempo (das) 100 1000

Permeabilidad (k) o permeabilidad intrnseca (ki en m o Darcy) - propiedad del acufero que mide la habilidad de transmitir agua por el medio poroso.2

Figura 2.4. Ejemplo de cmo el bombeo contnuo de agua de pozos cerca de ros o lagos puede secar al ro o lago. Se muestra el tiempo de bombeo en das y el cambio del nivel del acufero.

g k = ki = ki densidad viscosidad dinmica g - gravedad Densidad y viscosidad del fluido dependen de la temperatura, salinidad, y presin. Hay una relacin entre conductividad hidrulica y permeabilidad que es aproximadamente: K = 1x107 k. Transmisividad (m2/s): Longitud saturada del acufero multiplicado por conductividad hidrulica. T = bK donde b = longitud saturada del acufero Almacenamiento especfico (m-1): Cantidad de agua por unidad de volumen almacenada o retirada del acufero, por unidad de cambio de la columna hidrulica. Ss=_*g(_+__) _ = compresibilidad de material con poros _ = compresibilidad de agua Almacenamiento (S): Volumen de agua que el acufero puede absorber o soltar por unidad de superficie, por unidad de cambio de la columna hidrulica. S = bSs (acufero confinado) o S = Sy + hSs (acufero libre) donde Sy = specific yield o sea, rendimiento especfico. El clculo del volumen de agua disponible en un acufero se puede hacer mediante las ecuaciones de almacenamiento, utilizando datos representativos del material del acufero (Tabla 2.1.)(14)

0Watapitae Well No. 001

10 Cambio de nivel del agua (m) Interseccin del cono potenciomtrico con alguna barrera 20

30

40

50 1 10 Tiempo (das) 100 1000

Figura 2.5. Ejemplo de cmo el nivel del acufero puede bajar excesivamente despus del bombeo contnuo de agua si hay alguna barrera o formacin geolgica limitante en el acufero.

es proporcional a la diferencia de la altura del agua entre los dos extremos, e inversamente proporcional a la longitud de la trayectoria del flujo. La cantidad de flujo es proporcional a la conductividad hidrulica.

Q = KA

h2 h1 dh = KA L dl

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Tabla 2.1. Valores referentes al almacenamiento potencial de agua en acuferos (Davis & Cornwell, 1991) Material del acufero No consolidado Arcilla Limo (franco) Arena fina Arena media Arena gruesa Arena y grava Grava Consolidado Lutitas Granito Areniscas Caliza Roca Fracturada Porosidad (%) 55 35 45 37 30 20 25