UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE AGRONOMÍA

RIEGOS Y DRENAJES

TITULO:

“DRENAJE AGRÍCOLA”

ALUMNO:

NARRO ESQUIVEL, KEVIN

PROFESOR:

ING. PAVEL ARTEAGA CARO

TRUJILLO – PERÚ

2012

I) INTRODUCCION :

El drenaje agrícola es la eliminación del exceso de agua de la superficie del suelo y / o

perfil del suelo de las tierras de cultivo, ya sea por gravedad o por medios artificiales.

Una vez que la tierra se agota el agua como los impactos positivos y negativos de

calidad puede ser documentado. En comparación a la tierra sin despejar en

condiciones naturales, mejorar el drenaje y la producción agrícola suele aumentar las

tasas de pico de escorrentía, las pérdidas de sedimento, y las cargas contaminantes

sobre los recursos hídricos de superficie. Sin embargo, donde la tierra se utiliza para

la producción agrícola, mejorar el drenaje se ha encontrado para reducir el

escurrimiento, las tasas de pico de salida, y las pérdidas de sedimentos, en

comparación con las tierras agrícolas sin escurrir.

Históricamente, la principal razón para el drenaje de las tierras agrícolas ha sido la de

aumentar la producción de cultivos. Drenaje elimina el exceso de agua del suelo y

ayuda a crear un ambiente de root bien aireado que mejora la absorción de la planta

de nutrientes. Drenaje en suelos agrícolas húmedos permite operaciones de campo a

tiempo, y ayuda a crecimiento de las plantas para comenzar temprano, continúan con

vigor, y alcanzar mejores niveles de productividad. En los estados que dependen en

gran medida del suministro de agua de riego superficial, drenaje subterráneo se utiliza

a menudo para evitar la acumulación dañina de sal en el suelo. Drenaje beneficios de

la producción de cultivos, minimizando los riesgos, mejorar la eficiencia y el aumento

de los ingresos netos.

A medida que el público considera que la pérdida de los ecosistemas de humedales

asociados con el drenaje agrícola, la necesidad de mantener la producción de

alimentos económicos también deben ser considerados. (ohioline.osu.edu)

Objetivos. Objetivos específicos y propósitos de una práctica de drenaje.

Restablecer condiciones adecuadas para el desarrollo de los cultivos.

Eliminar el exceso de agua del suelo (superficial o internamente), a fin de

mantener las condiciones de aireación y las actividades biológicas

indispensables para cumplir los procesos fisiológicos relativos al crecimiento

radical. Esto garantizará que los cultivos no se ahoguen y tengan un mejor

desarrollo de las raíces, lo que a su vez significa un adecuado soporte

mecánico y un mayor acceso al agua y a los nutrientes.

Abatir niveles freáticos someros.

Crear condiciones que permitan mediante la aplicación de lavados, remover las sales

en exceso del perfil del suelo y el mantener un balance salino.

II) DESARROLLO DEL TEMA

Definición. El drenaje agrícola es el conjunto de obras que es necesario construir en

una parcela cuando existen excesos de agua sobre su superficie o dentro del perfil del

suelo, con el objeto de desalojar dichos excedentes en un tiempo adecuado, para

asegurar un contenido de humedad apropiado para las raíces de las plantas y

conseguir así su óptimo desarrollo.

Causas. En general, las causas de los problemas de drenaje son de dos tipos, por su

origen (natural o artificial) y por su tipo de actividad (activa o pasiva). Las causas

calificadas como naturales son más frecuentes en las zonas húmedas, mientras que

las artificiales ocurren más frecuentemente en las zonas áridas de riego.

Las causas activas están relacionadas con aportaciones abundantes de agua, ya sean

naturales (lluvias intensas, desbordamientos, inundaciones, etc.) o artificiales (riegos).

Las pasivas son cuando existen impedimentos generalmente naturales para desalojar

dichos excesos de agua, ya sean topográficos, suelos poco permeables, restricciones

del perfil del suelo, etc., aunque también pueden ser artificiales, como obstrucciones

de diferente tipo, red de drenaje inadecuada, azolvamiento, etc.

Para evaluar la gravedad de un problema de drenaje, ambas causas deben ser

analizadas conjuntamente, lo cual en términos cualitativos se explica con relativa

facilidad, pero se complica considerablemente cuando se pretende explicar en

términos cuantitativos. Por ejemplo, una recarga dada puede no producir problemas de

exceso de agua si no se tienen impedimentos para su salida y en cambio, la misma

recarga con dificultades para desalojarse producirá un problema.

Efectos. Los problemas de drenaje se presentan cuando las inundaciones

superficiales asfixian a los cultivos, debido a que el aire es reemplazado por el agua.

Esto evita toda posibilidad de provisión de oxígeno y afecta también a la actividad

biológica y al mismo suelo. Además, internamente reduce el volumen de suelo

disponible para las raíces, afectando la aireación y el desarrollo radicular, por lo que se

disminuye la capacidad de absorción de agua y nutrientes de la mayoría de las

plantas.

Un drenaje interno ineficiente en áreas bajo riego, además de afectar la aireación e

intercambio gaseoso, las aguas freáticas generalmente presentan altos contenidos de

sales, originando en muchas ocasiones problemas de ensalitramiento de los suelos.

Aunque también se presentan en zonas tropicales, las aguas freáticas tienen bajos

contenidos de sales, por lo que más que considerarse como un problema, pueden ser

aprovechadas para la subirrigación de cultivos.

Tipos de problemas de drenaje agrícola. Existen fundamentalmente dos tipos,

superficial y subterráneo.

Drenaje superficial. También llamados por inundación, anegamiento o

encharcamiento de los terrenos, que se caracteriza por la presencia de una capa o

lámina de agua sobre la superficie del terreno que satura la parte superior del suelo.

Esta capa de agua puede cubrir solo las partes más bajas de una parcela, formando

charcos más o menos aislados. Cuando se remueven los excesos de agua que se

acumulan sobre la superficie, se habla de drenaje superficial y este es del presente

trabajo.

Los problemas de drenaje superficial se dan con mayor frecuencia en zonas húmedas,

cuando se rebasa la capacidad natural de drenaje de los suelos, ya sea superficial,

interna o ambas.

Drenaje subterráneo. También conocido como interno o subsuperficial, que se

caracteriza por la presencia de un manto freático cercano a la superficie del terreno

que satura el perfil del suelo y propicia una humedad muy alta en la zona de desarrollo

de las raíces de los cultivos. Cuando se remueven los excesos de agua de una cierta

profundidad del suelo, se habla de drenaje subterráneo.

Los problemas más importantes de drenaje interno se dan en zonas áridas y

semiáridas bajo riego, en donde existen fuertes filtraciones en canales o en las

parcelas que alimentan los niveles freáticos; lo que combinado con una red de drenaje

insuficiente o ineficiente, propicia la elevación de los mantos freáticos.

Características de los dos tipos de drenaje agrícola.

Las características principales de los dos sistemas de drenaje, superficial y

subterráneo, se presentan a continuación.

Sistema de drenaje superficial. Son obras o acciones que se realizan sobre la

superficie del terreno, para propiciar el escurrimiento por gravedad de lo excesos de

agua a velocidades no erosivas y que tampoco cause problemas de sedimentación,

así como para interceptar y desviar el agua que se dirige hacia la parcela desde

terrenos colindantes más altos.

De acuerdo con Palacios (2002), las condiciones que generalmente se presentan para

que ocurra este tipo de problemas, son:

Precipitaciones de “alta” intensidad,

“Baja” velocidad de infiltración del agua en el suelo, inferior a la intensidad de la

precipitación.

“Poca” pendiente de los suelos que no propicia el escurrimiento.

Un sistema de drenaje superficial tiene tres componentes básicos, 1) el sistema de

recolección, 2) el sistema de desagüe y 3) el sistema de colección (drenes

superficiales colectores), que reciben el escurrimiento captado para trasladarlo fuera

de los límites de los terrenos protegidos y posteriormente a algún cauce natural,

reservorio, mar, etc.

El sistema de recolección del agua puede ser uno o componerse de varias de las

siguientes obras:

Nivelación, emparejamiento o “conformación” de la superficie del terreno, con

el fin de suprimir las hondonadas o depresiones que acumulen agua o bien

dando pendientes suaves al terreno para que propiciar el escurrimiento del

agua.

Surcos profundos y con pendiente continúa hacia una zanja conectada con los

colectores de drenaje.

Zanjas, canales o desagües, ya sean para interceptar, captar y desalojar el

agua o para unir las partes bajas de los terrenos con los colectores de drenaje.

Bordos para protección o encauzamiento del agua hacia las zanjas colectoras.

Se puede complementar con drenes “topo” o con drenaje subterráneo

entubado.

Colectores de drenaje.

Pozos de absorción o drenaje vertical.

Una combinación de los anteriores.

Los canales, zanjas, bordos y drenes subterráneos pueden construirse de tres formas:

En paralelo en terrenos casi planos con topografía uniforme.

Con pendiente cruzada que siguen el contorno de la pendiente en terrenos

moderadamente inclinados de topografía irregular (espina de pescado).

Localizado para drenar las depresiones donde existen encharcamientos en

terrenos relativamente planos de topografía ondulada.

istema de drenaje subterráneo. Consiste de obras que se construyen bajo la

superficie del suelo, para captar y desalojar excesos de agua derivados de filtraciones

o de niveles freáticos elevados.

Pueden ser drenes interceptores colocados perpendicular o transversalmente a las

líneas de corriente para recoger los flujos de agua libre y drenes colectores o de

desagüe, orientados según las líneas de pendiente para conducir el agua fuera de la

parcela. Estos a su vez, también deben desembocar a drenes superficiales colectores

Hay cuatro tipos de drenaje subterráneo:

Zanjas abiertas profundas

Zanjas profundas cubiertas con filtros de grava, arena, etc., así como con

tubos.

Drenes internos cilíndricos o tubulares sin revestimiento: drenes topo.

Drenes internos cilíndricos revestidos o drenaje entubado, que es el más

común en la actualidad.

Especificaciones

Diseño de la red. Según Rojas (1976), el diseño de un sistema de drenaje superficial

comprende dos fases principales, el trazo y el diseño de las secciones hidráulicas.

Trazo de la red. El trazo de la red de drenaje, consiste en la elaboración de un plano

con la ubicación de cada uno de los drenes primarios y secundarios.

Localización. Los drenes deberán localizarse siempre sobre cauces naturales, con los

acondicionamientos que requieran para darles la capacidad y funcionamiento

adecuados, ya que en esta forma se logrará una economía en vías, obras y se evitan

afectaciones innecesarias.

Parcelamiento. El trazado debe facilitar en lo posible un parcelamiento adecuado, ya

que la tenencia de la tierra influye en la densidad de la red básica de drenaje. Así,

mientras mayor sea el tamaño de los predios o lotes, menor será el número de los

mismos y por lo tanto, la longitud de los canales de desagüe.

Trazo. IMTA (1986) señala que para tener un mejor funcionamiento hidráulico, es

deseable que los canales de desagüe tengan trazo recto y que se eviten en lo posible

cambios de dirección. Sin embargo, es mejor el que se obtiene mediante canales que

sigan las partes de bajas de los terrenos encharcados, en cuyo caso es necesario

construir curvas en cada cambio de dirección. En general, deberán evitarse las curvas

muy cerradas, eligiendo curvas suaves a fin de mejorar las características hidráulicas y

la estabilidad de las secciones de los canales de desagüe.

De acuerdo con Palacios (2002), la disposición de los desagües y colectores

parcelarios bajo distintas condiciones de pendiente de los terrenos son:

Pendiente mínima. Los desagües y los colectores deben ser perpendiculares,

que sus longitudes sean moderadas, con espaciamientos homogéneos y sus

pendientes deben ser continuas.

Con pendiente hacia una sola dirección. Se deben ajustar los drenes de modo

que las longitudes sean las adecuadas, de tal manera que no se alcancen

velocidades de escurrimiento que provoquen erosión. Los colectores se

colocan perpendiculares a la pendiente, en forma de tajos que captan los

escurrimientos.

El diseño del sistema de desagües de acuerdo con Palacios (2002), consiste en:

Localizar el sitio, generalmente de un colector, que puede ser una zona baja,

donde se recibirán los volúmenes de agua removidos. Cuando las condiciones

topográficas no permiten la salida gravitacional del agua, tiene que

considerarse una estación de bombeo, con todo lo que esto implica.

Definir la ubicación en planta de los desagües, lo que implica definir su

espaciamiento y localización.

Definir la capacidad de conducción y dimensiones de la sección hidráulica de

los desagües y colectores de drenaje superficial.

FORMULAS DE DRENAJE

Darcy y Dupuit en el siglo XIX, fueron los primeros en formular las ecuaciones básicas

para el flujo subsuperficial de agua a través de medios porosos y aplicarla en pozos.

Rothe a principios del siglo XX, aplicó estas ecuaciones a flujo subsuperficial hacia los

drenes, deduciendo así la primera formula de drenaje. Hooghoudt, en los años treinta

dio un estímulo real a un análisis racional del problema del drenaje, estudiándola en el

contexto del sistema agua-suelo-planta.

Desde ese entonces, científicos de todo el mundo como Childs en Inglaterra, Donnan,

Luthin y Kirkham en los Estados Unidos y Ernst y Wesseling en Holanda, han

contribuido hacia un perfeccionamiento adicional de este análisis racional.

Los factores anteriormente mencionados, se interrelacionan por ecuaciones de drenaje

que se basan en dos suposiciones:

Flujo bidimensional, es decir el flujo es el mismo en cualquier sección

transversal perpendicular a los drenes.

Distribución uniforme de la recarga permanente o variable, sobre el área

comprendida entre los drenes.

La mayoría de las ecuaciones que se presentan, se basan además en las

suposiciones de Dupuit-Forchheimer, por lo que tienen que considerarse únicamente

como soluciones aproximadas. Sin embargo, estas soluciones aproximadas tienen por

lo general tan alto grado de exactitud, que se justifica completamente su aplicación en

la práctica.

Estas formulas se emplean fundamentalmente para el dimensionamiento de los

sistemas de drenaje, ya que relacionan algunas características de diseño

(espaciamiento y profundidad) con ciertas características de los suelos, clima, etc.

Estas ultimas características son: Conductividad hidráulica (K), espesor de los

estratos, espacio poroso drenable o macroporosidad (m), profundidad optima de la

capa freática o ve locidad de descenso de la misma y caudal procedente de la lluvia,

riego u otros orígenes.

Las formulas de drenaje, se pueden agrupar en las dos clases siguientes:

Formulas de régimen permanente

Formulas de régimen variable o transitorio.

Las formulas para régimen permanente, se deducen basándose en la suposición de

que la intensidad de la recarga es igual al caudal de descarga de los drenes y que

consecuentemente, la capa de agua freática permanece en la misma posición.

Las ecuaciones de drenaje para régimen variable, consideran las fluctuaciones de la

capa de agua con el tiempo, bajo la influencia de una recarga variable.

ECUACIONES DE DRENAJE PARA REGIMEN PERMANENTE

En las ecuaciones de drenaje de régimen permanente, se supone que la capa freática

se encuentra estabilizada: la cantidad de agua que la alimenta es igual a la eliminada

por los drenes.

Tal situación correspondería al caso de una lluvia constante durante un largo periodo

de tiempo. En la práctica no se da esta situación, pero sin embargo, la aplicación de

las correspondientes formulas suelen dar resultados aceptables en regiones de

régimen pluviométrico caracterizado por la regularidad de las precipitaciones y por su

baja intensidad.

FLUJO PERMANENTE DEL AGUA SUBTERRÁNEA CON RECARGA UNIFORME

HACIA ZANJAS QUE LLEGAN HASTA UNA CAPA IMPERMEABLE

Esta situación es típica para el drenaje en su caso mas simplificado, cuando la

conductividad hidráulica en cualquier parte del perfil suelo es la misma y los drenes

alcanzan la capa impermeable.

Esta formula es conocida como la ecuación de la elipse y en relación con el calculo de

espaciamiento de drenes, es mas conocida como la formula de Donnan.

FORMULA DE DONNAN

Anteriormente se ha demostrado que con la llamada ecuación de Donnan (Donnan,

1946), se puede describir el flujo de agua hacia zanjas verticales, basándose en las

suposiciones de flujo horizontal unidimensional, es decir, líneas de corriente

horizontales y paralelas:

Como se comprende, la formula mas sencilla para el calculo del espaciamiento de

drenes es la de Donnan cuyos puntos de partida son:

El flujo hacia los drenes es permanente. Esto quiere decir que la cantidad de

agua que alimenta la napa freática en forma constante, es la misma que fluye

hacia los drenes y sale por ellos sin variaciones en el tiempo.

El flujo solamente es horizontal.

El suelo es homogéneo hasta la capa impermeable.

Hay un sistema de drenes paralelos infinito en ambas direcciones.

La recarga es homogéneamente distribuida.

De los estudios de campo, se obtiene la conductividad hidráulica del suelo y la

profundidad de la capa impermeable. Las normas de drenaje, dan la profundidad de la

napa freática en el punto medio entre los drenes y la descarga de drenaje “R”. “H” se

obtiene de las informaciones de campo y normas de drenaje. “h” en cambio, auque

esta limitado por la profundidad de la capa impermeable y en cierta forma por la s

normas de drenaje, depende generalmente de las condiciones de diseño del sistema,

como niveles de los drenes troncales, pendientes necesarias, condiciones de

construcción, etc.

La formula será por lo tanto aplicable cuando (H-h)<<h y L >>h. Además el perfil debe

tener una conductividad hidráulica mas o menos homogénea hasta la capa

impermeable.

ECUACIONES DE DRENAJE PARA REGIMEN VARIABLE

Las formulas de régimen variable consideran el movimiento de la capa freática, tanto

para carga del acuífero como durante la descarga, en consecuencia existe una

variación en el nivel de esta.

Como anteriormente se indicó, trataremos la situación de carga instantánea del

acuífero (por ejemplo, en riego por gravedad). Si la cantidad de agua aportada,

expresada en altura es "R", la capa freática se eleva en una altura R/m y a

continuación comienza a descender. La formula de Glover Dumn estudia esta

situación.

FORMULA DE GLOVER DUMN

Las formulas de Donnan, Hooghoudt y Ernst anteriormente tratadas están basadas en

una situación de flujo con recarga permanente. Esto significa que tanto la altura de la

napa freática como la velocidad del flujo que ingresa a los drenes no cambia durante el

proceso de drenaje. La recarga de la napa, proveniente de las precipitación y la

descarga de los drenes es igual en estas condiciones y ambas son indicadas con el

mismo símbolo "R". Aunque, estas condiciones no son exactamente satisfechas en la

realidad, la suposición de una situación de flujo permanente ha probado producir muy

satisfactoriamente resultados en climas húmedos, cuando las variaciones en

precipitación no son extremas.

Sin embargo, cuando nos enfrentamos con problemas de drenaje conectados con

irrigación, la recarga es evidentemente no permanente, ya que ocurre a intervalos que

son determinados por la frecuencia de riegos. En estas condiciones, puede ocurrir

una notoria elevación de la napa freática como resultado de la inevitable precolación

de parte del agua aplicada en el riego, seguido por una gradual declinación de la napa

en los períodos comprendidos entre dos riegos consecutivos. En estos casos la

recarga R y la velocidad de descarga Rt evidentemente no son iguales.

Una formula de drenaje desarrollado para estas condiciones deberá dar respuesta a la

pregunta: ¿Cuánto descenderá la napa freática y cual será la velocidad de descarga

de los drenes como función del distanciamiento de los drenes y de la recarga no

permanente? Tal formula ha sido derivado por numerosos autores.

La primera formula que aquí se muestra fue obtenida por los estudios de Glover Dumn

y presentada por Dumn en 1954: