Hidrologia

SISTEMAS DE DRENAJES AGRICOLAS

INTRODUCION

La función principal de un sistema de drenaje es la de permitir la retirada de las aguas que se acumulan en depresiones topográficas del terreno, causando inconvenientes ya sea a la agricultura o en áreas urbanizadas.

En algunos lugares los suelos pueden tener una alta humedad por causas naturales como pueden ser: exceso de lluvias, inundaciones, poca permeabilidad de las capas del subsuelo, obstáculos para las escorrentías, entre otros factores que puedan afectar a la alta humedad del suelo.

Desde tiempos remotos el hombre a aprendió a construir canales, zanjas, desagües, diques y otras obras para preservar sus suelos agrícolas o para recuperarlos. Estas obras eran similares para los fines de riego como para el drenaje, y estas pueden ser superficiales o subterráneas, abiertas o cerradas. Para extraer y conducir el agua hasta terrenos más bajos o cauces se aprovecha la fuerza de la gravedad o se emplean bombas u otros dispositivos.

OBJEIVOS

Evitar el estrés en las plantas por el exceso de humedad

Combatir las enfermedades en los cultivos que se favorecen en ambientes húmedos

Mantener un régimen de humedad en el suelo favorable para la vida y crecimiento de las plantas

Proteger los terrenos agrícolas contra las escorrentías producidas por las lluvias u otras causas

Eliminar el exceso de salinidad en el suelo.

MARCO TEORICO

Según Soto (1994) los parámetros básicos que se deben tomar en cuenta para el diseño de una red de drenajes son: profundidad de los drenes; espaciamiento entre drenes; dimensiones de las zanjas (diámetro de los tubos); los demás parámetros de diseño son elementos locales, tales como: coeficiente de drenaje; conductividad hidráulica; tiempo máximo que se debe drenar en función del cultivo; microporosidad del suelo; y sentido de flujo del nivel freático.

Su cálculo debe incluir drenajes primarios o colectores, secundarios, para después agregar los drenajes terciarios y los cuaternarios (sangrías). Su construcción se debe hacer con base en un estudio detallado y no siguiendo tradiciones de la zona o tratando de copiar sistemas de otras fincas (Soto 1994).

Drenajes Primarios o Colectores.

Los drenajes primarios son zanjas o canales que evacuan en forma pronta las aguas sobrantes del sistema; éstos pueden ser naturales como ríos, quebradas, o depresiones; o artificiales, construidos de acuerdo a las necesidades. Debido a su tamaño es necesario el uso de maquinaria a fin de disminuir los costos durante su establecimiento. El cálculo está dado por el caudal de agua a evacuar y por lo general está incluido dentro de los siguientes ámbitos «ver figura» (Soto 2008).

Belalcázar (1991) indica que: La textura, densidad aparente, porosidad y macroporosidad son factores del suelo los cuales son fundamentales en el diseño de los drenajes. Para el análisis del perfil del suelo en los estudios de drenaje es básico construir calicatas que permitan analizar las variaciones del nivel freático y los cambios de textura en la profundidad del perfil, sobre todo para localizar estratos arcillosos de baja permeabilidad y la profundidad de la barrera impermeable. Un conocimiento de las propiedades físicas de los suelos permite comprender su comportamiento en relación con los problemas de drenaje (Belalcázar, 1991).

Este mismo autor afirma que: El drenaje sólo aumenta la velocidad de salida del agua gravitacional, de allí en adelante opera la evapotranspiración. Por esta razón, en el estudio de las propiedades del suelo se deben incluir las curvas de retención de humedad.

Valverde (1998), sostiene que la profundidad del nivel freático en el perfil permite conocer el grado de severidad del problema de drenaje, pues es ahí donde se desarrollan las raíces.

Para Belalcázar (1991) “Los pozos de observación son las herramientas que aportan más elementos de juicio a la solución de un problema específico de drenaje. Sin embargo, exige una duración mínima de dos periodos de lluvia (años) para que incluya toda la distribución de las lluvias en dicha zona. El estudio consiste en la instalación organizada de una serie de pozos de observación. La distribución de estos pozos debe ser de forma en que se pueda analizar el sentido del flujo del nivel freático. Normalmente se instalan en cuadrículas y paralelos al drenaje natural de la zona”.

Espaciamiento de los drenes.

Belalcázar (1991) manifiesta: el distanciamiento está condicionado por los factores físicos, climáticos y de fluctuación del nivel freático y tienen como función bajar la tabla de agua a niveles óptimos. El sistema de drenaje que baja la tabla de agua es el terciario y debe de construirse contra las líneas de flujo y vertical al sistema secundario, que sirve como “colector”.

Soto (2008) expresa que: las fórmulas para el cálculo del espaciamiento de los drenes se basan en los principios del flujo de agua subterránea, para el cálculo del espaciamiento se consideran las constantes hídricas de los suelos tales como: conductividad hidráulica de los diferentes estratos, profundidad de la capa impermeable, y el espacio poroso drenable; así como los requerimientos del cultivo para la profundidad de la nivel freático y la capacidad de descarga.

Valverde (1998), menciona que al diseñar un sistema de drenaje se parte del principio de que el dren provoca una baja en la carga hidráulica, que origina el movimiento de agua hacia él, formándose una curva, misma que es conocida como curva de abatimiento, cuya forma es una elipse.

Zúñiga citado por Soto (1994) manifiesta lo siguiente: Las ecuaciones para el cálculo del espaciamiento de los drenes terciarios han sido desarrolladas por varios autores, entre ellos: Hooghoudt, Donnan, Ernst, Glover-Dumm, entre otros. Estas se basan en suposiciones necesarias para su simplificación, tales como la de Dupuit-Forchheimer que considera el nivel freático como el tramo de una elipse.

FÓRMULA DE ERNST.

De acuerdo a ILRI (1978): la ecuación de Ernst (1956)2, se utiliza en suelos que presentan dos estratos y el límite entre los dos estratos puede estar por encima o por debajo del nivel de los drenes.

2 ILRI. 1978. Teorías del drenaje agrícola y de la escorrentía Vol. II. Flujo sub-superficial de agua hacia los drenes. Págs. 21-22.

Este mismo autor expresa que: el principio fundamental de la solución de, Ernst es el de considerar tres componentes en el flujo: vertical, horizontal y radial. Estos componentes dan un esquema bastante complejo del sistema total de flujo que está basado directamente en la analogía entre las leyes de Darcy y Ohm. La pérdida de carga hidráulica será:

Δh = Δhv + Δhh + Δhr De donde la carga corresponde a la ecuación:

h=R Dv/Kv+R L^2/(8Σ(KD)h )+R L/πKr*ln aDr/P

Donde:

h = Carga hidráulica total o altura de la nivel freático en el nivel medio de los drenes, en el punto intermedio de los mismos (m).

L = Espaciamiento entre drenes (m).

q = Descarga del dren por unidad de área superficial (m/día).

Kv = Conductividad hidráulica para el flujo vertical (m/día).

Dv =h = Distancia vertical a la nivel freático en el punto medio de los drenes y el fondo de los drenes (m).

Wr = Factor de flujo radial.

Dr = Espesor del estrato donde se considera el flujo radial (m).

K1D1 = Transmisividad hidráulica del estrato sobre el dren (m/día).

K2D2 = Transmisividad hidráulica del estrato por debajo del dren (m/día).

Para ILRI (1978) La localización de las zanjas está influenciada por muchos factores, siendo uno básico que los drenes colectores sirvan a menudo al mismo tiempo como linderos entre fincas. Sin embargo, si es posible, las zanjas deben situarse en las partes más bajas del predio.

Para GRASSI (1991): conocer las características del movimiento del agua hacia el dren constituye un aspecto básico para diseñar un sistema de drenaje, ya que dicho estudio ofrece elementos de juicio para determinar la naturaleza y magnitud de las obras a realizar y el análisis económico de las mismas

Para el diseño de un sistema de drenajes se requiere de: estudios de suelo, de planos topográficos, datos de profundidad del nivel freático, así como también de datos hidrológicos (Grassi 1991).

Una vez efectuados los estudios, con el plano de ubicación y recomendaciones para cada canal; se procede a la construcción de estos. Los drenajes primarios y secundarios, deben de establecerse por lo menos con seis meses de anticipación a la siembra, con el fin de que el nuevo nivel freático se estabilice y las funciones químicas y microbiológicas del suelo sean normales. Los canales primarios y secundarios deben de construirse con dragas o retroexcavadoras, con capacidades de acuerdo con su tamaño. Si se usan cauces naturales como canales primarios, deben de limpiarse y rectificarse, para que el movimiento del agua sea rápido (Soto, 1994).

ESTUDIO HIDROLÓGICO.

Se requieren de los estudios hidrológicos para determinar las lluvias críticas, que producen un incremento máximo en la elevación del nivel freático. Dado que la precipitación es altamente variable en el tiempo y en el espacio, se debe contar con un número suficiente de datos y preferiblemente de varias estaciones meteorológicas, para lograr un buen grado de probabilidad en los estimados de los elementos críticos. Lo que se desea en última instancia, es la lluvia crítica que produce la descarga máxima (Belalcázar, 1991).

Para

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