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Escuela Profesional de Ingenieria Agricola 
Ingenieria del Drenaje 
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Alcances 
 Definiciones 
 Historia & Estado 
 Necesidad para drenaje 
 Instalaciones de Drenaje 
 Impactos del drenaj...
Libros de Texto
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Ud. Podria estar 
familiarizado con: 
 Drenaje de 
Cimentaciones para 
Construcciones 
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Drenaje Artificial para Agricultura 
Drenaje Subsuperficial (“Tile”) 
Drenaje Superficial
Historia 
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Estado del Arte
Origen del Drenaje 
 El drenaje se origina con los holandeses a traves 
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25% de Suelos Agricolas estan 
Artificialmente Drenados
Extension del Drenaje Subsuperficial 
(’92) 
51 millon acres de zona de maiz
Causas de Salinidad y mal Drenaje en 
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Reducción del uso de las aguas subterraneas en rie...
Actividades de drenaje continuan 
Patron drenaje reemplaza 
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Reemplazo de sistemas antiguos
Necesidad para Drenaje
Porque los Agricultores hacen 
Drenes? 
 Incrementar produccion y producir ganancia 
 Reducen riesgos en produccion 
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Drenaje ocurre cuando: 
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Tipos de Sistemas de Drenaje 
Drenaje Superficial 
• Sistema de Drenes Aleatorios 
• Sistema de Drenes Paralelo 
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 Drenaje Superficial 
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Tipos de Sistemas de Drenaje 
 Drenaje Superficial
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Tipo Analisis Drenaje Subsuperficial 
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• Regiones Húmedas 
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Funciones Primarias de Drenes 
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 Control de nivel freático – aereación zona raíz 
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1911, 40.44” 
1910, 10.21” 
Extremos & Tendencias 
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Balance de Agua Estacional
Problemas del Exceso de Agua 
en el Suelo 
 Respuesta del Cultivo a pobre aireación 
 Problemas de emergencia de cultivo...
Beneficios de Drenaje 
TIERRA NO DRENADA 
TIERRA DRENADA TUBO 
Verano Primavera 
Verano Primavera
Retraso de siembra y rendimiento 
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Cebada 
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Trabajos de Drenaje
Formas de Agua de Suelo 
AGUA CAPILAR 
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AGUA GRAVITACIONAL
Moviendo un Nivel Freatico 
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P = R + ET + DP P = R + ET + DP + D
Un Simple Balance de Agua 
 Si no llueve .... Que no se drene
Curvas Caracteristicas de Agua de 
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Ejemplo: una porosidad drenable de 5% 
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Impactos de Drenaje
Drenar, o No Drenar . . . 
Muchos beneficios de 
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Pero muchos asuntos 
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Impactos de Drenaje 
Hidrologia 
Calidad de Agua
“Etapas” del Drenaje 
 Pastos pradera nativa, campos humedos, altas tasas 
de evaporacion y transpiracion. 
 (1800’s – 1...
Impactos segun el Tipo de Drenaje? 
Drenaje Subsuperficial 
Drenaje Superficial
Los Impactos del Drenaje Tile. . . 
Con Drenaje Artificial 
 Incremento de perdidas de 
nitrato-nitrogeno 
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Hipoxia/Anoxia de Sistemas Costeros 
 Hipoxia (bajo oxigeno) en ecosistemas costeros 
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Nitrogeno por Drenaje de Cuenca 
2002 estimated 
nitrate/nitrite loading: 
960,000 metric tons 
(12th highest in 22 yrs)
Cantidad de Agua & Hidrologia 
 Inundacion catastrofica (’1986, ‘1998, ’2012) 
 Inundacion Localizada
Perdida de Wetlands 
 Sociedad de colocacion de valores mas altos 
 Incremento de drenaje asociado con perdida de 
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¿Que se esta haciendo?
Nuevo Drenaje “Mantra” 
Drenaje sólo es necesario para asegurar la 
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Diseño de Drenaje & Manejo 
Controlled Drainage 
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Drenaje Superficial Drenaje...
Diseño de Drenaje & Manejo 
Figure 1.The outlet is raised after 
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Resumen 
 El Drenaje es una parte vital de la agricultura en 
Puno y muchas partes del mundo 
 Algunos de nuestros mas p...
Calculadores de Diseño de Drenes 
http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/tools_java.html 
http://www.nrcs.usd...
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ING. DE DRENAJE

  1. 1. Universidad Nacional del Altiplano Escuela Profesional de Ingenieria Agricola Ingenieria del Drenaje Ing. Roberto Alfaro A. Profesor Auxiliar Escuela Profesional de Ingenieria Agricola Basado en Agricultural Drainage Por Gary Sands University of Minnesota
  2. 2. Alcances  Definiciones  Historia & Estado  Necesidad para drenaje  Instalaciones de Drenaje  Impactos del drenaje  Que se esta haciendo  Donde obtener mas informacion
  3. 3. Libros de Texto
  4. 4. Libros de Texto
  5. 5. Que es Drenaje Artificial? Ud. Podria estar familiarizado con:  Drenaje de Cimentaciones para Construcciones  Perimetro son drenes tuberia “tile”
  6. 6. Drenaje Artificial para Agricultura Drenaje Subsuperficial (“Tile”) Drenaje Superficial
  7. 7. Historia & Estado del Arte
  8. 8. Origen del Drenaje  El drenaje se origina con los holandeses a traves de los “polders” en el siglo XIX (cavidades de donde se bombea el agua)  Siglo XIX Darcy y Dupuit establecen la teoria del flujo de agua hacia los pozos, y en el siglo XX Roth aplica las teorias de Darcy y Dupuit hacia el drenaje, 30 años mas tarde “Hooghoudt” evoluciona la ciencia del drenaje haciendo intervenir la relacion agua-suelo-planta, sobre todo para suelos homogeneos y en forma muy restringida para suelos heterogeneos.
  9. 9. 25% de Suelos Agricolas estan Artificialmente Drenados
  10. 10. Extension del Drenaje Subsuperficial (’92) 51 millon acres de zona de maiz
  11. 11. Causas de Salinidad y mal Drenaje en la Costa Peruana Causa Area (%) Reducción del uso de las aguas subterraneas en riego 43.32 Mal drenaje y baja eficiencia de riego 84.87 Cultivos de alto consumo y modulo de riego elevado 76.18 Riego con agua muy salina y/o elevado ascenso a capilar 48.06 Practicas de riego inadecuadas (lamina y frecuencia) 97.30 Insuficiente riego en suelos muy salinizados 57.22 Deficiente mantenimiento de las obras y tarifa de agua muy bajas 100.00
  12. 12. Actividades de drenaje continuan Patron drenaje reemplaza drenaje objetivo Reemplazo de sistemas antiguos
  13. 13. Necesidad para Drenaje
  14. 14. Porque los Agricultores hacen Drenes?  Incrementar produccion y producir ganancia  Reducen riesgos en produccion  Mejorar el “resultado final”
  15. 15. Pero porque es Necesario el Drenaje?  Factores de Precipitacion  Demasiado en el momento equivocado del año  Factores de Suelo  Permeabilidad limitada  Capas restrictivas limitan el movimiento hacia abajo  Capas compactadas de trabajando suelo humedo  Salinidad del suelo
  16. 16. Drenaje ocurre cuando: 17 Espacios de poros están rellenados La gravedad excede la tensión superficial La gravedad atrae el agua hacia abajo
  17. 17. Tipos de Sistemas de Drenaje Drenaje Superficial • Sistema de Drenes Aleatorios • Sistema de Drenes Paralelo • Sistema de Drenes Transversal a la Pendiente • Camellones Anchos (Bedding) • Camellones angostos (Narrow raised beds) Drenaje Sub Superficial • Drenes Entubados • Drenes Topo Interceptor • Sistema de Drenes Aleatorios Copiright, 2012. ALFARO
  18. 18. Tipos de Sistemas de Drenaje  Drenaje Superficial  Sistema de Drenes Aleatorios  Sistema de Drenes Paralelo  Sistema de Drenes Transversal a la Pendiente  Camellones Anchos (Bedding)  Camellones angostos (Narrow raised beds)  Drenaje SubSuperficial  Arida, Irrigada  Bajar nivel freatico después del riego/lluvias  Interceptor  Proteger tierras de cultivo de fuentes de agua subterránea alta
  19. 19. Tipos de Sistemas de Drenaje  Drenaje Superficial
  20. 20. Drenaje Superficial  Drenaje Superficial
  21. 21. Tipo Analisis Drenaje Subsuperficial Estado Permane nte • Regiones Húmedas • Control de nivel freático constante Estado No Permane nte • Árida, Irrigada • Bajar nivel freatico después del riego/lluvias Intercepto r • Proteger tierras de cultivo de fuentes de agua subterránea alta Copiright, 2012. ALFARO
  22. 22. Funciones Primarias de Drenes Agricolas  Control de nivel freático – aereación zona raíz  EBID  Densidad de Drenaje de 20 f/acre  Remocion de sales desde zona de raiz  HCCRD  Densidad de drenaje de 22 f/acre mas sistemas de campo
  23. 23. Efectos de redimiento de Salinidad
  24. 24. Salinidad y Lavado Maximum 100% 90% 75% 50% ECe ECiw ECe ECiw ECe ECiw ECe ECiw ECe Alfalfa 2.0 1.3 3.4 2.2 5.4 3.6 8.8 5.9 16.0 Cotton 7.7 5.1 9.6 6.4 13.0 8.4 17.0 12.0 27.0 Peppers 1.5 1.0 2.2 1.5 3.3 2.2 5.1 3.4 9.0 ECe = Conductancia Especifica del Extracto Saturado, mS/cm ECiw = Conductancia Especifica de Agua de Riego, mS/cm LF = Fraccion de Lavado iw EC 5 EC EC e iw LF    Ayers and Westcot (1976)
  25. 25. Suelos Humedos de los U.S. ~ 50% Cuencas de Minnesota R. and Red R. son clasificados pobremente drenados Wet soils of the continental US (USDA, Resource and Conservation Appraisal, Part I: Soil, Water, and Related Resources in the United States, 1980).
  26. 26. Precipitacion – Patrones & Tendencias 1911, 40.44” 1910, 10.21” Extremos & Tendencias SERIE DE TIEMPO DE PRECIPITACION TOTAL MENSUAL ORIGINAL (mm) ESTACION ARAPA (114) Tiempo (años) Precipitación (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
  27. 27. Balance de Agua Estacional
  28. 28. Problemas del Exceso de Agua en el Suelo  Respuesta del Cultivo a pobre aireación  Problemas de emergencia de cultivos  Crecimiento de cultivo retrasado en las condiciones húmedas a principio y final  Variabilidad de rendimiento mayor año a año (tiempo)  Puntualidad de operaciones de campo afectado  Patrones de Trafico interrumpidos  Aumento de sales en zona de raiz de los cultivos  Compactacion de Suelo empeorado en suelos humedos  Efecto de la compactación es a muy largo plazo!
  29. 29. Beneficios de Drenaje TIERRA NO DRENADA TIERRA DRENADA TUBO Verano Primavera Verano Primavera
  30. 30. Retraso de siembra y rendimiento de cultivos Corn Cebada Barley Soybeans Expected No. of Field Workdays on Drained Soil Expected % of Maximum Yield Maiz Soya % Esperado de Maximo Rendimiento Nº Esperado de Días de Trabajo de Campo en Suelos Drenados
  31. 31. Trabajos de Drenaje
  32. 32. Formas de Agua de Suelo AGUA CAPILAR AIRE AGUA GRAVITACIONAL
  33. 33. Moviendo un Nivel Freatico  Agua “Gravitational” removida (de poros mas grandes)  Remanentes de agua en poros mas pequeños  No tomar mucha agua para suelos finos  Caida del N.F. ocurre en horas a dias 90 – 120 cm
  34. 34. Suelos de Alto Nivel Freatico ENE MAR MAY JUL SEP NOV 0 1 2 3 4 5 6 PROF. RAIZ Prof. Debajo de la Superficie del Terreno UN TANTO POBREMENTE DRENADO
  35. 35. P = R + ET + DP P = R + ET + DP + D
  36. 36. Un Simple Balance de Agua  Si no llueve .... Que no se drene
  37. 37. Curvas Caracteristicas de Agua de Suelo  . AGUA DISPONIBLE PLANTA AGUA DRENABLE SATURACION CONTENIDO DE AGUA VOLUMETRICO  PM CC
  38. 38. Agua Drenable & Tipo Suelo  . CC AGUA DRENABLE AGUA DRENABLE
  39. 39. Valores de Porosidad Drenable Ejemplo: una porosidad drenable de 5% significa que el nivel freatico cae/sube 100 pulgadas por cada 5 pulgadas de agua Roberto Alfaro drenada. Textura Suelo Capacidad De Campo Punto de Marchitez Porosidad Drenaje
  40. 40. Impactos de Drenaje
  41. 41. Drenar, o No Drenar . . . Muchos beneficios de produccion del drenaje Pero muchos asuntos rodean la practica
  42. 42. Impactos de Drenaje Hidrologia Calidad de Agua
  43. 43. “Etapas” del Drenaje  Pastos pradera nativa, campos humedos, altas tasas de evaporacion y transpiracion.  (1800’s – 1920’s) Conversion a agricultura con/ drenaje temprano, abriendo zanjas,  Zanjado continua, targeted tiling, entrada superficial en depresiones, cultivo en surco mas intensivo  (fin 60’s – principio 70’s) llegada de plasticos, arados de drenaje, grandes proyectos de drenaje patrón, menos cultivos en la rotación  (actual) reemplazo de antiguos tile, intensificacion en campos drenados previamente
  44. 44. Impactos segun el Tipo de Drenaje? Drenaje Subsuperficial Drenaje Superficial
  45. 45. Los Impactos del Drenaje Tile. . . Con Drenaje Artificial  Incremento de perdidas de nitrato-nitrogeno  Caudales pico mas bajos, flujos bajos mas sostenidos  Menos temporales de Humedales  N tiene cerca 9.5 millon acres remanente (~50%)  Envejecimiento y reparacio de infraestructura insuficiente  Tierras agricolas productivas benefician tanto nivel local y nacional Sin Drenaje Artificial  Incremento de sedimento & perdida de fosforo  Caudales pico mas altos, inundacion mas localizada  Mas temporales de Humedales  Incremento de habitat  Dependera del drenaje natural – unica manera  "Ingresos" derivados de otros servicios ecológicos
  46. 46. Hipoxia/Anoxia de Sistemas Costeros  Hipoxia (bajo oxigeno) en ecosistemas costeros es un impulso detras de la investigacion  Sistemas muy complejos  Sistemas Costeros de limitacion de nitrogeno  Upper Midwest responsable de la cantidad de nitrato
  47. 47. Nitrogeno por Drenaje de Cuenca 2002 estimated nitrate/nitrite loading: 960,000 metric tons (12th highest in 22 yrs)
  48. 48. Cantidad de Agua & Hidrologia  Inundacion catastrofica (’1986, ‘1998, ’2012)  Inundacion Localizada
  49. 49. Perdida de Wetlands  Sociedad de colocacion de valores mas altos  Incremento de drenaje asociado con perdida de wetlands Estados con notable perdida de wetlands (1860-1900) Swamp land act acres granted
  50. 50. ¿Que se esta haciendo?
  51. 51. Nuevo Drenaje “Mantra” Drenaje sólo es necesario para asegurar la transitabilidad y la producción de cultivos - y ni una gota más!
  52. 52. Diseño de Drenaje & Manejo Controlled Drainage Drenaje Convencional 2½-3 ft 0.75 – 0.90 m Drenaje Superficial Drenaje Controlado
  53. 53. Diseño de Drenaje & Manejo Figure 1.The outlet is raised after harvest to reduce nitrate delivery. Figure 2. The outlet is lowered a few weeks before planting and harvest to allow the field to drain more fully. Figure 3. The outlet is raised after planting to potentially store water for crops.
  54. 54. Annual row crop area Biocurtain strip area
  55. 55. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 Julian day Infil, ET, and Drain (10x mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Precipitation (10x mm)
  56. 56. Resumen  El Drenaje es una parte vital de la agricultura en Puno y muchas partes del mundo  Algunos de nuestros mas productivos suelos son drenados artificialmente  Hay impactos ambientales positivos y negativos asociados con el drenaje agricola  A menos que hagamos cambios amplios y sustanciales en el uso del suelo, la hidrología y la calidad del agua puede ser ajustado, pero no ha cambiado significativamente  Poca investigación y educación se lleva a cabo a lo largo del Peru en el drenaje agrícola
  57. 57. Calculadores de Diseño de Drenes http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/tools_java.html http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/?ss=16&navtype=SubNavigation&cid=nrcs143_

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