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. Alcances
 Definiciones
 Historia & Estado
 Necesidad para drenaje
 Instalaciones de Drenaje
 Impactos del drenaje
 Que se esta haciendo
 Donde obtener mas informacion

3. Libros de Texto

4. Libros de Texto

5. Que es Drenaje Artificial?
Ud. Podria estar
familiarizado con:
 Drenaje de
Cimentaciones para
Construcciones
 Perimetro son drenes
tuberia “tile”

6. Drenaje Artificial para Agricultura
Drenaje Subsuperficial (“Tile”)
Drenaje Superficial

7. Historia
&
Estado del Arte

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.

10. 25% de Suelos Agricolas estan
Artificialmente Drenados

11. Extension del Drenaje Subsuperficial
(’92)
51 millon acres de zona de maiz

12. 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

13. Actividades de drenaje continuan
Patron drenaje reemplaza
drenaje objetivo
Reemplazo de sistemas antiguos

14. Necesidad para Drenaje

15. Porque los Agricultores hacen
Drenes?
 Incrementar produccion y producir ganancia
 Reducen riesgos en produccion
 Mejorar el “resultado final”

16. 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

17. Drenaje ocurre cuando:
17
Espacios de
poros están
rellenados
La gravedad
excede la
tensión
superficial
La gravedad
atrae el agua
hacia abajo

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 Sub
Superficial
• Drenes Entubados
• Drenes Topo
Interceptor
• Sistema de
Drenes Aleatorios
Copiright, 2012. ALFARO

19. 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

20. Tipos de Sistemas de Drenaje
 Drenaje Superficial

21. Drenaje Superficial
 Drenaje Superficial

22. 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

23. 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

24. Efectos de redimiento de
Salinidad

25. 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)

26. 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).

27. 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

29. Balance de Agua Estacional

30. 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!

31. Beneficios de Drenaje
TIERRA NO DRENADA
TIERRA DRENADA TUBO
Verano Primavera
Verano Primavera

32. 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

33. Trabajos de Drenaje

34. Formas de Agua de Suelo
AGUA CAPILAR
AIRE
AGUA GRAVITACIONAL

35. 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

36. 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

37. P = R + ET + DP P = R + ET + DP + D

38. Un Simple Balance de Agua
 Si no llueve .... Que no se drene

39. Curvas Caracteristicas de Agua de
Suelo
 .
AGUA DISPONIBLE PLANTA
AGUA DRENABLE
SATURACION
CONTENIDO DE AGUA VOLUMETRICO 
PM
CC

40. Agua Drenable & Tipo Suelo
 .
CC
AGUA DRENABLE
AGUA DRENABLE

41. 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

42. Impactos de Drenaje

43. Drenar, o No Drenar . . .
Muchos beneficios de
produccion del drenaje
Pero muchos asuntos
rodean la practica

44. Impactos de Drenaje
Hidrologia
Calidad de Agua

45. “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

46. Impactos segun el Tipo de Drenaje?
Drenaje Subsuperficial
Drenaje Superficial

47. 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

48. 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

49. Nitrogeno por Drenaje de Cuenca
2002 estimated
nitrate/nitrite loading:
960,000 metric tons
(12th highest in 22 yrs)

50. Cantidad de Agua & Hidrologia
 Inundacion catastrofica (’1986, ‘1998, ’2012)
 Inundacion Localizada

51. 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

52. ¿Que se esta haciendo?

53. Nuevo Drenaje “Mantra”
Drenaje sólo es necesario para asegurar la
transitabilidad y la producción de cultivos - y ni
una gota más!

54. Diseño de Drenaje & Manejo
Controlled Drainage
Drenaje Convencional
2½-3 ft
0.75 – 0.90 m
Drenaje Superficial Drenaje Controlado

55. 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.

56. Annual row crop area Biocurtain strip area

58. 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)

59. 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

60. 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_