el drenaje de los suelos agricolas

EL DRENAJE DE LOS SUELOS AGRICOLAS
Mario A Liotta(*)
[email protected]
-
Que es el drenaje?
La función del drenaje es eliminar el exceso de agua deprimiendo los niveles freáticos, mejorando la aireación,
la exploración radicular y el acceso a nutrientes. Asimismo facilita la remoción de sales y evita la resalinización
de los suelos. Tales condiciones mejoran y devuelven la productividad a tierras potencialmente fértiles que se
encuentran marginadas del proceso productivo.
Origen del agua freática.
La saturación del suelo y formación de freáticas superficiales, pueden tener varios orígenes:
-En climas húmedos por un elevado régimen de precipitaciones con escurrimientos que se acumulan en las
zonas más bajas conformando pantanos y humedales. Por lo general está asociado a suelos con una baja
capacidad natural de drenaje.
-En zonas áridas o semiáridas es determinante el exceso de riego y filtración de acequias y canales no
impermeabilizados Las láminas excesivas o en el momento inadecuado producen acumulación sobre estratos
arcillosos poco permeables en que los niveles ascienden y se forman freáticas superficiales. En otros casos es
por influencia de presión artesiana provenientes de acuíferos profundos en años de abundancia hídrica.
Fig. 1. Generación de freática superficial proveniente desde zonas más elevadas.
Fig. 2. Niveles freáticos superficiales formando lagunas. Rawson (S. Juan).
(*) Investigador en Suelo, Riego y Drenaje. INTA San Juan.
Que efecto produce sobre los suelos y los cultivos?.
Salinización: En terrenos que dejan de cultivarse por varias temporadas y ante la presencia de freáticas
superficiales se produce resalinización (ascenso de sales por capilaridad) y pierden su productividad. En estos
casos es necesaria la recuperación a través del lavado de suelos y obras de drenaje para evacuar el exceso de
sales. La Fig. 3 muestra un terreno que fue cultivado y posteriormente abandonado y se resalinizó por
presencia de freática superficial.
Fig. 3. Salinización secundaria por presencia de freática a escasa profundidad
Intoxicación por sales y asfixia radicular: El efecto sobre los cultivos depende de la especie, del tipo de suelo y
de la magnitud del fenómeno. Los síntomas propios son asfixia radicular, intoxicación por sales, (Cloruros,
Boro), poco vigor, amarillamiento de hojas, bajos rendimientos y en casos extremos, pérdidas del cultivo y
salinización del perfil del suelo. La afectación es mayor en culltivos permanentes que desarrollan un mayor
sistema radicular en profundidad. Por ejemplo en Cuyo es común observalo en Vid, olivo y frutales.
Fig 4.a. Intoxicación en vid por cloruros
Fig 4.b. Intoxicación en hojas de vid con Boro
Investigación con fines de drenaje. Proyectos
La saturación del suelo y freáticas cercanas a la superficie por ser un fenómeno que se produce en el
subsuelo no es fácilmente detectable y no se le dá la suficiente importancia hasta que aparecen
sintomatologías de amarillamiento, intoxicación, crecimiento restringido y disminución de la productividad en
general. Ante las condiciones mencionadas los productores deben recurrir a la acción beneficiosa del drenaje
artificial para la eliminación de los excedentes e impedir la degradación de los suelos y asegurar la
productividad de los mismos. A continuación se resume a forma de guía los pasos necesarios para la solución
del problema a través de un proyecto de drenaje
Diagnóstico inicial: Es el primer paso que consiste en determinar la posibilidad de evacuar los excedentes
hacia zonas topográficamente más bajas y depresiones que se denominan áreas de descarga. Por lo general
todas las zonas con problemas de drenaje existe una red de drenaje primaria con colectores principales y
drenes secundarios o terciarios que descargan en los colectores. Sin embargo, no son comunes los drenes a
nivel parcelario.
Construcción de freatímetros: La instalación de una red freatímetrica es básica en los estudios y proyectos de
drenaje. A través de su medición se puede conocer la profundidad y movimiento de la napa freática en el
tiempo, elaborar los hidrogramas de profundidad del nivel del agua, realizar ensayos de conductividad
hidráulica (movimiento del agua a través del suelo) y elaborar los mapas de curvas de igual profundidad
freática (isobatas), igual cota (isohipsas) y dirección de flujo.
Consisten en tubos de PVC de 40 o 50 mm de diámetro que se instalan en sectores representativos de la zona
bajo estudio. Para que perduren en el tiempo se deben colocar cerca de construcciones permanentes, en línea
con alambrados en cabecera o pie de los cultivos y bien señalizados para evitar roturas por maquinaria
agrícola.
El pozo se realiza con pala barreno de un diámetro de 12-13 cm a la que se agregan extensiones roscadas
hasta conseguir la profundidad deseada. Por lo general es suficiente 3 m. En la parte inferior (unos 80 cm), son
ranurados y el tubo se protege con una tela o membrana permeable y material filtrante (arena gruesa, ripio
fino) que permitirá la entrada/salida del agua y evitará el ingreso de partículas de suelo al interior del tubo.
Fig 5. Esquema de instalación de un freatímetro
Para la terminación en la parte superior hay diferentes formas proteger el freatímetro. La más sencilla es la
colocación de una tapa a rosca o un tapón de la misma medida. Cuando el freatímetro está instalado en
sectores poco seguros se utiliza una base de hormigón
Fig.6.a Terminación con tapa roscada
Fig 6.b. Base de hormigón en la parte superior
Descripción del perfil del suelo: Es un dato de gran importancia debido a que aporta información de las
características texturales por capas y hasta la profundidad explorada. La textura se determina al tacto y para
ello es necesaria la experiencia de un reconocedor de suelos. No obstante en el caso de duda en alguna
determinada textura generalmente se recurre a tomar una muestra y enviarla a laboratorio para
determinación de textura por el método de volumen de sedimentación (VS).
Tiene como finalidad conocer las características y tipos de suelos, textura, estructura, disposición de las capas,
saturación, etc. Los pozos de los freatímetros son aprovechados también para describir el perfil del suelo. En
general es necesaria una observación por cada 3-8 hs ha y algunos pozos mas profundos para determinar la
profundidad a la que se encuentran capas arcillosas poco permeables (barrera de drenaje). En sectores salinos
e incultos también puede ser necesaria extracción de muestras para análisis de salinidad.
Medición de niveles: La lectura de los freatímetros se puede realizar pasadas 48 hs de instalado una vez que
se estabilizó el nivel freático. Los métodos que se utilizan son dos. Con una sonda graduada que posee un
sensor en su extremo inferior, el cual al momento de ponerse en contacto con el agua se enciende un display y
emite un sonido. En ese momento se hace la lectura directa de la profundidad del agua (Fig. 6.a). El otro
método es sencillamente con una cinta métrica que se introduce hasta el final del pozo y luego se descuenta el
tramo en que la cinta se encuentra mojada.(Fig. 6.b). En los casos que la cabeza del freatímetro sobresale del
nivel del terreno deberá descontarse esa altura a los efectos de obtener la profundidad real.
Fig 6.a Medición con sonda.
Fig. 6.b. Medición con cinta métrica
Conductividad hidráulica (K): También conocida como permeabilidad indica el grado o facilidad con que el
agua fluye y se desplaza a través del manto saturado. Depende de las características del suelo (forma, tamaño
y disposición de los poros). En la práctica se realizan ensayos a campo por el método del “pozo barrenado” que
se considera como uno de los más confiables. Se puede realizar también en un freatímetro construido.
Consiste en el abatimiento del nivel freático y observar la recuperación del agua (ascenso vertical) en el
tiempo. A través de fórmulas establecidas se calculan los valores y se grafican mediante un software
específico. La conductividad hidráulica varía según la composición de la textura y la estructura del suelo
pudiendo ser muy lenta (< 0,02 cm/día) en suelos de textura fina (arcillosos) hasta muy elevada (> 6 m/día) en
los de tipo esquelético (Arenoso con gravas y gravillas).
Conductividad hidráulica (K )
-m/día> 6,00
3,00 a 6,00
Interpretación
Tipo de suelo
Muy elevada
Elevada
Arenoso con gravas y gravillas
Arenoso, Arenoso franco
1,56-3,00
Moderadamente elevada
Franco arenoso
0,48-1,56
Moderada
Franco, Franco limoso, Franco arcilloso
0,12-0,48
Moderadamente lenta
Franco arcillo limoso, Franco arc. arenoso
0,02-0,12
<0,02
Lenta
Muy lenta
Arcilloso, Arcillo limoso
Arcilloso densos
Mapas: Con la información de las lecturas el primer mapa a elaborar es el de curvas de igual profundidad
freática (isobatas) interpolando los valores entre pozos de observación. En el ejemplo de la Fig. 7 corresponde
a un área de 10.000 ha con 60 freatímetros instalados y en donde se han trazado curvas a las profundidades
desde 1 hasta 4 m de profundidad, con intervalos de 0,50 m identificando las áreas entre rangos con
diferentes colores. La zona con mayor riesgo freático que en este caso se presenta en las zonas identificadas
en rojo y amarillo (Hasta 1,50 m) y en donde es necesario el drenaje parcelario para deprimir y controlar los
niveles freáticos hasta 1,50 m como mínimo. En el caso de la Fig. 8 corresponde a una propiedad cultivada con
olivos que se encuentra muy afectada con niveles freáticos hasta 1,20 m de profundidad (zona coloreada)
Fig 7. Dpto Caucete (S. Juan). Áreas de igual profundidad freática (Isobatas) – Octubre 2009
N
1,4
0m
1,60m
1,80m
K
1,40
1,30
4
J
1,80
M
1,32
5
PICUAL
12
1,20m
13
1,00 m
0m
1,8
1,60m
DREN LIMITE NORTE
1,40m
L
20
U
1,78
0,80m
10
1,69
11
9
1,56
12
0,69
13
0,72
0,93
A
m
1,60
3
H
11
6
PICUAL
19
14
N
O
0,78
1,20
0m
1,6
C
B
8
0,80
15
0,72
0m
7
11,33
1,4
14
0m
1,4
0,94
0,74
I
0,80m
7
2
1,4
0
18
Q
0,70
1,00
18 1,20
10
m
pasada
5
2 1,37
1,60
1,03
6
16
17 0,52
1,06
m
1,80
m
2,00 m
1
F
G
PICUAL
8
R
9
16
1,22
S
17
0,55
0,60m
T
m
0,80
3
4
(2,92)
2,28
0,92
1,33
19
1,00 m
0
1,2
0
1,2
m
5,74
m
m
m
m
1,40
m
2,00
1,80
Número de cuadro
1,60
REFERENCIAS
1
15
P
1,00m
E
PICUAL
Callejón
Observación de suelo (Barrenado)
Observación de suelo (Calicata / perfil de dren)
Freatímetro
2,28
Lectura profundidad del agua (m) -3/10/2014Curva de igual profundidad freática
0,60-0,80-1,00-1,20-1,40-1,80-2,00 m
DREN ARROYO
Menor de 0,60 m..........3,1 ha
Hasta 0,80 m................38,3 ha
DART
Hasta 1,20 m ...............118,5 ha
A. VI
Hasta 1,00 m ...............44,5 ha
Propiedad: FINCA LAS PALMERAS - DOW AGRSCIENCES S A
0
100
200
Escala 1 : 4.000
300 m
Ubicación: Calle Abraham Vidart s/n. Dpto Sarmiento. S. Juan
CURVAS DE IGUAL PROFUNDIDAD FREATICA
Lámina 3
Sup:
194 ha
noviembre 2014
GREEN TREE Consultora
Estudios de suelos, salinidad
y drenaje
Diseño e instalación de riego
por goteo y aspersión
Fig 8. Olivo. Áreas de igual profundidad freática (Isobatas) – Noviembre 2014
Otros mapas que se pueden obtener son el de topografía y de curvas equipotenciales (de cota de agua), que
indican el gradiente hidráulico y permiten trazar las líneas de flujo, que definen como se desplaza el agua, o
sea la dirección, el sentido y las zonas de descarga.
Determinación de espaciamientos: Para el cálculo del espaciamiento se utilizan fórmulas para régimen de
flujo permanente o no permanente según la situación.
La fórmula de Hooghoudt es la más utilizada en zonas de régimen permanente, típico de zonas húmedas,
donde la precipitación es más o menos constante durante un largo período y sus fluctuaciones no son amplias.
En estos casos se asume que la recarga de agua y la salida (Descarga) por el sistema de drenaje es constante;
permaneciendo la tabla de agua en forma estacionaria; es decir, que no asciende ni desciende de nivel.
Por otra parte en las zonas bajo riego y en donde las precipitaciones son de baja intensidad, la recarga no es
constante por lo que deben utilizar soluciones pata régimen variable en donde la recarga de agua no es
constante ocasionando la elevación del nivel freático mientras dure la recarga, para luego ir descendiendo
paulatinamente hasta un nuevo evento de riego. En estas situaciones se utiliza la ecuación de Glover-Dumm
Un software desarrollado por Villon Bejar (2002), es el programa ESPADREN para zanjas abiertas y drenes
entubados, donde los datos que se ingresan son profundidad a la barrera impermeable, profundidad de dren,
Conductividad Hidráulica, porosidad efectiva y otros parámetros referidos a profundidad del nivel inicial y al
descenso requerido a la distancia media entre drenes zanjas y dimensiones de las mismas. (Fig. 9).
Fig. 9. Determinación de espaciamiento de drenaje usando ESPADREN
Fuente: Villón Bejar M. Instituto Tecnológico de Costa Rica (2002).
0m
5,5
0m
6m
0m
L
6,5
7,5
7m
8,5
0m
0m
N
8m
9,5
K
9m
m
10
10
11
,50
m
m
Trazado de la red: El trazado de drenes parcelarios se realiza sobre las áreas más afectadas manteniendo en lo
posible los espaciamientos calculados. Se deben aprovechar las máximas pendientes del terreno y callejones
amplios (en el caso de drenes a cielo abierto). En la Fig. 10 y considerando la propiedad con olivos mencionada
anteriormente se trazó el sistema de drenaje siguiendo la dirección del flujo con un espaciamiento medio de
130 m y para mantener el nivel freático a 1,20 m de profundidad en el periodo mas crítico.
DREN LIMITE NORTE
4
m
J
M
5
11
PICUAL
12
13
5,
00
m
U
10
,50
m
20
10
m
12
11
9
10
8.72
7.20
6,28
2,44
2,17
5,03
3
H
11
6
PICUAL
19
14
N
O
9,
50
m
13
c
a
A
e
d
m
b
9
7.80
4,39
5,64
2,16
C
1,50
4,50 m
B
15
14 1,46
8
7
1
4.64
3.14
5.85
I
7
2
15
P
Q
18
18
4,
E
PICUAL
10
f
g
4,80
2,40
6
m
pasada
7.20
5
2
50
4.54
17
16
2,79
1,75
h
6.84
5,16
1,68
1
F
G
PICUAL
8
9
R
S
16
17
T
k
4.88
4
m
5,00
0m
4,00
0m
5,5
4,36
1,80
6m
m
i
6.16
6,50
7m
m
7,50
Número de cuadro
m
m
8,50
1
2,91
1,97
19
8,00
3
REFERENCIAS
m
4,5
Callejón
Observación de suelo (Barrenado)
Observación de suelo (Calicata / perfil de dren)
Freatímetro
4
Curva de nivel
Drenes existentes
0
,0
m
Dren a realizar
g
4.54
2,79
1,75
Inicio / Fin de tramo
Cota de terreno (m)
Cota de fondo de dren (m)
Profundidad de dren
3,5
0
m
DREN ARROYO
l
A. VI
T
DAR
3,5
0m
3.50
2,05
1,70
Propiedad: FINCA LAS PALMERAS - DOW AGRSCIENCES S A
0
100
200
300 m
Ubicación: Calle Abraham Vidart s/n. Dpto Sarmiento. S. Juan
SISTEMA DE DRENAJE
Escala 1 : 4.000
Lámina 5
Sup:
194 ha
noviembre 2014
Figura 10. Trazado de una red de drenaje parcelario
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Estudios de suelos, salinidad
y drenaje
Diseño e instalación de riego
por goteo y aspersión
Tipos de drenes
Existen dos tipos de drenes, los descubiertos o a “cielo abierto” y los subterráneos. En ambos casos
pueden ser excavados manualmente o con máquina retroexcavadora. En cualquiera de los dos sistemas el
agua comienza a fluir hacia y por la zanja (o los tubos), creando una depresión que se manifiesta por una
curva. Un sistema de drenaje estará bien diseñado cuando el punto central entre dos drenes se encuentre lo
suficientemente profunda para no afectar al cultivo.
Por lo general poseen una forma en V, con un talud que varía de acuerdo al tipo de textura y
estructura del perfil del suelo. El más común es 1:0,5, es decir 0,50 m de ancho por cada metro de profundidad
(ángulo de 60 º). Cuando el talud es muy vertical se torna inestable y se producen desmoronamientos.
Respecto a la pendiente lo más recomendable es entre el 0,15 % (15 cm/100 m) hasta 0,30 % (30 cm/100 m).
Cuando no es posible conseguir esas pendientes se debe recurrir a estaciones de bombeo.
Los drenes abiertos pierden eficiencia de trabajo al poco tiempo debido a que pierden profundidad por
desmoronamiento y proliferación de malezas acuáticas. Para un óptimo funcionamiento es necesario
limpiarlos y reprofundizarlos al menos una vez al año. Los drenes subterráneos pueden ser de hormigón,
cerámica o tubería plástica perforada de PVC. Se recubren con material filtrante (ripio), cuya granulometría
debe impedir el paso de sedimentos hacia la tubería y que no se obstruya con el tiempo. (Fig. 12.a y 12.b). Si
bien tienen una inversión inicial mas costosa, presenta varias ventajas respecto a los descubiertos. Estando
bien diseñados y construidos: mantenimiento mínimo, no ocupan espacio ni interfieren con las labores
culturales. Además no interrumpen el transito de vehículos dentro de la propiedad ni es necesaria la
construcción de pasantes y puentes.
Fig. 12. a Esquema de un dren entubado
Fig. 12.b Construcción de dren entubado
Otra alternativa de drenaje subterráneo consiste en el sistema “topo” que consiste en realizar galerías en el
subsuelo que permitan drenar el agua de la zona saturada. Para este fin se utiliza subsolador que arrastra una
pieza en forma de bala y que conforma las galerías de drenaje, a una profundidad que oscila entre los 40 y los
80 centímetros. La labor, para que sea eficiente es necesario un subsuelo con un contenido de arcilla suficiente
que permitan que los orificios se mantengan estables y no se obstruyan durante un tiempo prolongado. Se
deben sequir las líneas de pendiente hacia las zonas de descarga (colectores, zonas deprimidas). .
Bibliografía consultada
-Liotta M, R. Carrión (2014). Estudio de suelos y Drenaje finca “Las Palmeras” (Dow Agrosciences Argentina).
Dpto Sarmiento. San Juan
- Ortiz Maldonado, G y V. Carmona (2010)- “Comportamiento de los niveles freáticos antes y después del dique
de embalse Potrerillos en los distritos Costa de Araujo y G. Andre- Rio Mendoza – Argentina”. IV Jornadas de
Actualización en Riego y Fertirriego
- Pereyra, Rafael- 2010- “Comportamiento del nivel freático en el tercio inferior del área bajo riego del río
Atuel. cuenca del rio Atuel. Mendoza – Argentina”. Tesis de Magister Scientiae en Riego y Drenaje. IV Jornadas
de Actualización en Riego y Fertirriego. Mendoza
- Ciancaglini, N., D. Sagua, R. Carrión, D. La Mattina y G. Navarro- (2009)- “Evaluación de los niveles freáticos
en los departamentos de Albardón, Angaco, San Martín, Caucete y 25 de Mayo”. Prosap, San Juan, 40 p.
- Ciancaglini, N. J.M. Gioja, D. Sagua, R. Carrión, D. La Mattina y G. Navarro- (2012)- “Resultados obtenidos con
la red freatimétrica en el área piloto del dpto. San Martín entre octubre 2008 a noviembre 2012”. Prosap- San
Juan. 70 p.
- Martínez Beltrán, J. (2007)- “A component of the FAO normative programme on land drainage: mexico case
study on the evaluation of the performance of subsurface drainage systems”. BELTRAN (22) 24/5/06 11:03
Página 691. FAO.
- Ortiz Maldonado G., J. Morábito; E. Rearte y L. Mastrantonio (2005) “Salinidad del agua freática en el área
regadía del río Mendoza”. Rev. FCA UN C. Tomo XXXVII. N° 2. Año 2005. 51-64.
- Coras-Merino, Pablo Miguel (2006)- “Elementos climáticos y su relación con la fluctuación del nivel
freático”.TERRA Latinoamericana, Vol. 24, Núm. 3, julio-septiembre, 2006, pp. 375-382. Universidad Autónoma
Chapingo.Chapingo, México
Villon Bejar M. (2002) ESPADREN: Software para el cálculo de espaciamiento de drenes terciarios.
Tecnología en Marcha. Vol. 18 N.˚ 2 Especial. Instituto Tecnologico de Costa Rica.