VÍAS NUEVASEN EL DRENAJE DE

TIERRAS AGRÍCOLAS

ConferenciaUniversidad Agraria La MolinaLima, Perú, Junio 2004

www.waterlog.infoR.J.Oosterbaan

1. LA VISIÓN INTERNACIONAL MODERNA

Proyectos de drenaje:• Son dañinos para el medio ambiente• Causan desperdicio de aguas de riego• Tienen que financiarse según los mecanismos

del mercado• Deben iniciarse por asociaciones de usuarios• No deben subsidiarse por el gobierno y los

usuarios son responsables del mantenimiento

2. RAZONES DE LA VISIÓN MODERNA

• Existían proyectos no económicos

• Gobiernos no tenían suficientes recursos para cubrir las pérdidas financieras y asumir las responsabilidades del manejo

• En el proceso de la globalización los proyectos deberían ser auto-suficientes y funcionar como empresas independientes

3a. Información del comité ejecutivo de la conferencia

• Desde 1991 INADE ejecuta proyectos en forma muy limitada

• Por la construcción de presas en el norte del país el aprovechamiento de los acuíferos se ha reducido

• Las organizaciones de usuarios (“O de U”) hacen un mantenimiento deficiente

• Se estima que más de 300 000 ha sufren de problemas de drenaje y/o salinidad

3b. Comentario acerca de la información

• El mantenimiento por las “O de U” es deficiente porque (1) el mantenimiento no tiene efecto, y/o (2) los integrantes de las “O de U” tienen intereses divergentes

• Esta charla va a prestar amplia atención a las otras observaciones del comité

4. AJUSTES PRÁCTICOS

• La visión moderna es algo miope y parcialmente falsa (grandes subsidios a los agricultores en EEUU y Europa)

• Sin embargo han habido proyectos no-económicos y/o dañinos al medio ambiente

• Por ello es aconsejable desarrollar una estrategia nueva y práctica

5. Primera Observación

Para estudiar los posibles ajustes vamos a verun diagrama general que presenta:

• los efectos de sistemas de drenaje, • las metas y los beneficios• los costos• el análisis económico

6. DIAGRAMA BENEFICIOS Y COSTOS DEL DRENAJE

7a. Segunda observación

• En el pasado la influencia de la profundidad del nivel freático ha recibido mucha atención

• Menos atención fue dado a la parte hidrológica, la descarga (incluyendo sus efectos indirectos), y el balance hídrico, incluyendo las condiciones del acuífero

7b. Continuación segunda observación

• En zonas áridas regadas con acuíferos profundos y problemas de salinidad, los balances de agua y sales precisan mas atención

8. Secuencia de presentación

• Primero se mostrarán algunos ejemplos de la relación rendimiento de cultivo con profundidad media estacional de la tabla freática con datos obtenidos en los terrenos de los mismos campesinos

• En seguida, y con mas énfasis, se tratarán los aspectos hidrológicos

9a. Figura cosecha y profundidad freático en Egipto

9b. Profundidad del freático en Egipto

• En la previa figura se nota que para maíz, trigo y algodón la profundidad promedia estacional de 70 cm o mas no influye la cosecha

• Para valores menos de 70 cm afortunadamente no hay datos

10a. Caña y profundidad del freático

• Vamos a ver que para la producción de caña de azúcar en Australia el valor crítico de la profundidad media del freático también es mas o menos 70 cm

10b. Figura caña de azúcar y profundidad

100

yield t / ha

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0.3 0.4 0.5 0.7 0.8

0200 180 160 140 120 100 80 60 40

number of days

= number of days with thewatertable shallower than 0.5 m

= average watertable depth

0.9average depth of the watertable in m0.6

10c. Interpretación datos de caña

• El valor crítico del freático es alrededor de 70 cm de profundidad

• La gran mayoría de las observaciones se encuentran en la zona de rendimientos reducidos

• La región estudiada sufre fuertemente de problemas de drenaje

10d. Continuación análisis datos de caña

• Un proyecto de drenaje tendría un gran efecto económico

• Asumiendo que después de ejecutar un sistema de drenaje el nivel freático se encuentre por debajo del nivel crítico, el rendimiento del drenaje se deja calcular comparando la producción promedia actual con la producción máxima en el gráfico

11. Datos adicionales algodón en Egipto

average watertable depth during winter in m

6250

cotton yield (lint and seed)in kg / ha

5000

3750

2500

1250

00.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

upper envelope

lower envelope

12a. Conclusión acerca de la profundidad del freático

Datos de campo como presentados en las figuras de caña y algodón proveen hechos importantes acerca del

• valor crítico de la profundidad, • el porcentaje de áreas con problemas de drenaje• el aumento de la producción que se puede

esperar cuando se resuelven los problemas

12b. Continuación conclusión acerca profundidad del freático

• Datos de campo son mas reales que los de experimentos controlados de laboratorio o en áreas experimentales

• El análisis se puede hacer con el programa SegReg de www.waterlog.info. que provee todos los parámetros estadísticos necesarios

13. Análisis valor crítico con SegReg

14. Conclusión acerca del sistema de drenaje

• La profundidad crítica es menor que las mencionadas en la literatura

• Los sistemas de drenaje pueden ejecutarse mas económicamente a menor profundidad y se conserve mas agua

• Esto significa una primera vía nueva en el drenaje agrícola

15. Aspectos hídricos

Ahora vamos a ver los aspectos hídricos y volvemos a ver parte del diagrama visto anterior mente

16. DIAGRAMA PARCIAL CON EL ENFOQUE HÍDRICO

17. Sistemas de drenaje

• El funcionamiento hidrológico de sistemas de drenaje depende del tipo de sistema

• Vamos a ver una clasificación de sistemas

18. CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE DRENAJE AGRÍCOLAS

19a. Tercera observación

• En regiones áridas regadas con acuíferos profundos el sistema de drenaje de campo mas apropiado es el subterráneo

• Sin embargo, sistemas subterráneos regulares, con flujo libre, no-controlado, han originado problemas ambientales y pérdidas de agua

• Por ello ……

19b. Continuación tercera observación

• Por ello … será preferible estudiar la aplicación de sistemas con control de descarga

• Volveremos a ver la clasificación de sistemas de drenaje con enfoque en sistemas controlados

20. CLASIFICACIÓN PARCIAL CON ENFOQUE EN LOS SISTEMAS CONTROLADOS

21. Drenaje subterráneo controlado en Egipto

• Sistemas de drenaje subterráneo controlado con compuertas son usados en Egipto en zonas con extenso cultivo de arroz para evitar pérdidas excesivas de agua durante el verano

• Este método podría significar la segunda vía nueva en el drenaje agrícola

22a. Drenaje controlado en la India

• Los colectores profundos de sistemas de drenaje por tubos horizontales en la India terminan en una poza amplia donde se colecciona el agua de drenaje y de donde se bombea el agua hacia los drenes de evacuación superficiales.

• El bombeo se hace solo durante la parte del año en que hay suficiente agua de lluvia disponible

• Este práctico sirve …..

22b. Continuación caso la India

• Este práctico sirve …. más para controlar la salinidad que el freático

• En otros períodos, con regadío, se permite que las plantas aprovechan el agua subterránea por ascenso capilar

• Se ha observado que el drenaje no se produce todos los años pero solo cuando el monzón es suficiente

• Así se ahorra bastante agua de riego, que es escaso

23a. Tipo de acuífero

• En las siguientes figuras vamos a reconocer la relación entre los sistemas de drenaje y el tipo de acuífero

23b. ACUÍFERO PROFUNDO NEUTRO

soil surfaceAwater divide

ditch orpipedrain

wa abter t lepercolation

deep flow ofpercolation water

23c. ACUÍFERO CON DRENAJE NATURAL

soil surfaceCditch or

pipedrain percolation

wat a lert b e

natural drainageto the aquifer

23d. ACUÍFERO CON FLUJO ASCENDENTE

soil surfaceBditch or

pipedrain percolation

wat a lert b e

upwardseepage

flow depth of percolationwater restricted due to

upward seepage

24a. Cultivo de arroz

• Terrenos con flujo ascendente y tabla de agua superficial son aptos para el cultivo de arroz, pero se debe controlar la salinidad

• Esto se hace por zanjas a una profundidad de 0.5-0.6 m y equipadas con compuertas simples

• Para el control de salinidad, solo en escasos momentos, cuando el agua esté disponible, se da una aplicación extra de agua de riego y se abren las compuertas para que los sales se evacuan

24b. Continuación cultivo de arroz

• El resto del tiempo las compuertas quedan cerradas evitando pérdidas de agua excesivas

• Durante la cosecha las compuertas pueden abrirse de nuevo para asegurar el acceso al campo

• Aquí se abre una posible tercera vía nuevade drenaje agrícola

24c. Continuación cultivo de arroz

• Los sistemas con zanjas abiertas poco profundas no son difíciles de instalar

• Los mismos campesinos o contratistas locales los pueden hacer

• Para diseño, construcción, y mantenimiento se requiere una unidad social o asociación de usuarios

• En la sierra existen ejemplos de unidades sociales en las comunidades y el trabajo es organizado en “faenas”

24d. Continuación cultivo de arroz

• Hace treinta años hubo un área piloto de drenaje cerca de Camaná

• Se instaló un sistema de drenaje subterráneo entubado en u terreno con flujo ascendente desde el acuífero para desalinizar el suelo y posibilitar el cultivo de arroz

• Hoy en día se recomendaría un sistema controlado de zanjas abiertas en vez de la tubería

25a. Cuarta observación, flujo ascendente

• Problemas de salinización se manifiestan especialmente en acuíferos con flujo ascendente

• Aquí, el lavado del suelo es imposible sin sistema de drenaje, pero …

• El sistema de drenaje descarga mucha agua, que se pierde, mientras ….

• El agua subterráneo ascendente a menudo es de buena calidad

• Entonces ….

25b. Continuación cuartaobservación

• Entonces …. vale la pena estudiar la posibilidad de utilizar el agua subterráneo mediante pozos bombeados a la vez controlando la profundidad del freático y la salinidad

• ¿Como se presentan flujos ascendentes en el Perú? Véase la siguiente figura

26. Hidrogeología en la zona costera del Perú

27. Pozos verticales

• Sistemas de drenaje por pozos verticales también son controlados y el funcionamiento depende operación de la bomba

• A mi conocer las ventajas de sistemas de drenaje por pozos en zonas no arrozales y con acuíferos profundos con flujo ascendente en el Perú no son muy estudiadas

28a. Quinta observación

• La zona costera parece ofrecer posibilidades de utilizar sistemas de drenaje por pozos bombeados porque los acuíferos son permeables y profundos

• El agua bombeado se puede utilizar para riego adicional y/o para la lavar los suelos salinizados

• Sistemas por pozos se dejan controlar fijando un calendario de bombeo

28b. Continuación quinta observación

• Gran parte del agua subterránea se pierde directamente al mar sin uso útil, mientras con pozos el parte del agua perdida podría ser utilizado, así aumentando la disponibilidad (véase la hidrogeología costera)

• La planificación requiere la aplicación de un modelo integrado riego-salinidad-flujo subterráneo (p.e. SahysMod que ha sido desarrollado para este tipo de propósitos, www.waterlog.info)

29a. Repetición hidrogeología en la zona costera

30. Ejemplo balance hídrico

• Se trata del área Somate Bajo en el proyecto San Lorenzo, situación 1970

• Sobre una franja (F) de unos 1000 m las tierras desarrolladas para riego han sido abandonadas por problemas de drenaje y salinidad

• El suelo es arenoso sobre una capa de arcilla compactada de profundidad y permeabilidad desconocida

• El espesor de la capa arenosa disminuye en dirección aguas abajo hasta que desaparece

31. Sección transversal Somate bajo

32. Continuación ejemplo balance

• El terreno abandonado es vegetado por totora y arbustos

• La evaporación actual se puede estimar en por lo menos E = 2 mm/día

• El freático se mantiene constante a 0.2 – 0.4 m de profundidad

• Entonces la evaporación es suplementada por flujo subterráneo

33. Drenaje interceptor Somate Bajo

• La descarga del dren interceptor seráQ = K G D = 2 x 0.01 x 2 =

0.04 m3/día por m longitud del dren• El aporte de agua subterránea equivale

A = F x E = 1000 x 0.002 =2 m3/día por m longitud del dren

• El dren no solucionará el problema• La capa arenosa no tiene capacidad suficiente

para aportar todo el agua subterránea

34. Primera conclusión Somate bajo

• El agua subterránea es aportada a través de un acuífero potente por debajo de la capa arcillosa

• Prueba extra es que el freático cruce esta capa

• La causa de la ascendencia del agua subterránea es una formación barrera geológica que separa la zona de Somate del río Chira

35. Segunda Sección transversal Somate Bajo

36a. Conclusión general Somate Bajo

• Siempre es importante investigar la situación geo-hidrológica

• La solución del problema de drenaje en Somate Bajo podría basarse en un sistema de pozos bombeados

36b. Continuación Conclusión Somate

• Los pozos bajarán el nivel freático y permiten que se lavan los sales del suelo

• Los pozos proveen agua de riego originando de las pérdidas aguas arriba gratis

36c. Continuación Conclusión Somate

• Los terrenos abandonados se pueden comprar baratísimos

• Después de la recuperación los suelos pueden ser cultivados, vendidos, o rentados

• El bombeo de los pozos se debe continuar continuo, pero el agua se puede vender también

36d. Continuación Conclusión Somate

• Para mantener el balance de sales sería importante asegurar que parte del agua subterránea sigue corriendo aguas abajo o que parte del agua bombeado es drenado por una zanja superficial

• La recuperación de Somate Bajo sería buena inversión y buen negocio

37. Capa superficial poco permeable

• En Somate y en muchas zonas costeras existen capas arcillosas poco permeables que cubren acuíferos profundos

• Cuando las capas son superficiales se puede introducir el cultivo de arroz drenado por zanjas poco profundas con flujo controlado

• También se pueden introducir otros cultivos con sistemas de pozos

38a. Caso Chacupe

• Me recuerdo el caso de Chacupe no lejos de Chiclayo

• Suelo arcilloso pesado (2 m) y salino sobre un acuífero con flujo ascendente

• El área se recuperó con cultivo de arroz y drenes entubados en 3 años

• El agua de riego se consiguió por decreto• Después de terminar ……

38b. Continuación caso Chacupe

• Después de terminar ……la recuperación el agua se utilizó donde se utilizaba anteriormente y el área fue abandonado

• Claramente el escasez de agua constituyó la razón por la cual la recuperación no era duradera

• La aplicación de un sistema de pozos bombeados podría haber resultado en mas éxito duradero por disponer de agua de riego permanente

38c. Continuación caso Chacupe

• Con el cultivo de arroz, el drenaje se podría hacer por zanjas poco profundas en vez de drenes entubados

• Las zanjas serían mas baratos y mas eficientes porque la permeabilidad del suelo es mayor en la superficie (la parte enraizado) que a mayor profundidad

38d. Continuación caso Chacupe• Una vez recuperado el terreno, el mantenimiento

del balance de sales se efectuará por la percolación al freático, posibilitado por el uso de los pozos

• Un modelo de flujo subterráneo ayudaría en estimar la cantidad de agua subterránea disponible para el riego a largo plazo

• Ejemplo modelos que incluyen efectos de la salinidad y uso para el riego son SaltMod y SahysMod en www.waterlog.info

39a. Balance de agua y sales en SaltMod

39b. Ejemplo de SahysMod• En la siguiente figura veremos la red de

rectángulos utilizada en un abanico aluvial en Irán (Garmsar)

• En cada rectángulo se aplica SaltMod y la conexión entre los rectángulos es asegurado por un modelo de flujo subterráneo

• En Irán se aplicó el modelo para estudiar la fuga de agua subterránea y la ampliación de permisos para instalar pozos

• El uso de pozos requiere conocimiento de la cantidad de agua extraíble segura

39c. Red de rectángulos, Garmsar

40a. Flujo subterráneo en valles

• De la siguiente figura se puede apreciar que el uso de pozos también es aplicable en valles con fondo anegado

• Cerca del mar la cuña de intrusión de agua salina es causa del flujo ascendente en el acuífero

• En Somate la causa es una barrera geológica• En el fondo de los valles la causa es la

confluencia de flujos proviniendo de ambos lados

40b. Figura flujo subterráneo en un valle

41a. Resumen de las vías nuevas

1 Los sistemas de drenaje pueden ejecutarse mas económicamente a menor profundidad

2 Se aplican sistemas de drenaje subterráneo controlado con compuertas en vez de sistemas con flujo libre

41b. Continuación resumen de las vías nuevas

3 Terrenos con flujo subterráneo ascendente y tabla de agua superficial son aptos para el cultivo de arroz, pero se debe controlar la salinidad por zanjas superficiales con flujo controlado por compuertas simples

4 Terrenos con flujo subterráneo ascendente, tabla de agua superficial, y salinidad, son aptos para el riego por pozos bombeados

42. Se termina la presentaciónGracias por su atención