hidrlogia del secano
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PROLOGO
Los recursos hdricos constituyen un elemento de vital importancia para el
desarrollo de la actividad productiva del pas. Esto es particularmente cierto en la
caso del Secano Costero e Interior de Chile Central debido a que la actividad
silvoagropecuaria debe amoldarse al ciclo de las precipitaciones al no contar con
fuentes de agua e infraestructura de riego capaz de suplir la demanda por agua
en el perodo estival.
Por tal motivo, uno de los principales objetivos del proyecto Conservacin del
Medio Ambiente y Desarrollo Rural Participativo del Secano Mediterrneo de
Chile (CADEPA) ha sido el evaluar las fuentes de agua existentes en el Sector
de San Jos de la comuna de Ninhue, as como el determinar otras fuentes
potenciales.
El presente Boletn titulado Recursos Hdricos y Manejo del Agua para un
Desarrollo Sustentable del Secano, contiene 12 captulos que resumen cinco
aos de actividades relacionadas al tema. Muchos han sido los profesionales de
Universidades chilenas y del INIA que han trabajado en el tema, pero creo que
es justo reconocer a algunos extranjeros, como Koki Ota y Yukio Okuda de la
Agencia de Cooperacin Internacional del Japn (JICA), as como a John Selker
y David Rupp de la Universidad de Oregon (USA) por sus importante aportes
para la obtencin de los resultados que se resumen en este boletn.
Los temas tratados son: la escorrenta superficial, evaluacin de prcticas de
conservacin de suelo, factibilidad de pequeas obras de acumulacin, estudio
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humano, energas renovables para el bombeo de agua y finalmente el clima en
el rea agroecolgica del secano interior.
Esperamos que los antecedentes presentados en este boletn sirvan a
profesionales, productores, estudiantes y a las autoridades de planificacin para
comprender mejor a este amplio sector de la agricultura nacional.
Claudio Prez Castillo
Administrador Proyecto CADEPA
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CAPTULO 1
LA ESCORRENTA SUPERFICIAL EN CUENCAS DEL SECANO INTERIOR
Autores:
Hamil Uribe C., Ing. Civil Agrcola, MSOctavio Lagos R, Ing. Civil Agrcola, MS
David E. Rupp, Forestry MSc.
Yukio Okuda, Ing. Civil Agrcola
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LA ESCORRENTA SUPERFICIAL EN CUENCAS DEL SECANO INTERIOR
1.1. INTRODUCCIN
Las condiciones particulares de topografa, tipo de suelo, nivel de degradacin,
intensidad y distribucin de las lluvias, son algunos de los factores que determinan el
comportamiento de la escorrenta superficial en el secano Interior.
Los altos niveles de degradacin de suelo, junto a suelos de origen grantico, con
presencia de arcillas expansivas, determinan una mnima capacidad de infiltracin,
sobre todo en condiciones de saturacin. Esto provoca que en temporadas de invierno,
cuando ocurre un evento de precipitacin y el suelo se encuentra saturado, por lo que
casi la totalidad del agua escurre hacia los esteros.
Relacionado con lo anterior est la intensidad y distribucin de las precipitaciones,
puesto que un mismo evento de lluvia, si ocurre horas o pocos das despus de lluvias
anteriores, encuentra el suelo saturado y va a producir una escorrenta alta en relacina aquella producida si no hubo lluvias durante los das previos y el suelo se encuentra
seco, pudiendo absorber parte del agua.
Los estudios de escorrenta superficial realizados en el marco del proyecto CADEPA, si
bien llevan pocos aos para realizar anlisis estadsticos completos, permiten haceranlisis cuantitativos y cualitativos para dimensionar la importancia de los recursos
hdricos superficiales, como tambin la relevancia del adecuado manejo del suelo en el
Secano.
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1.2. METODOLOGA
En el rea del Sector San Jos para la realizacin de los estudios se han seleccionado
tres cuencas representativas con superficies de 15, 42 y 725 ha. En la Figura 1.1. se
presentan las tres microcuencas y en la Figura 1.2. los puntos de medicin de
escorrenta y puntos de medicin de precipitacin.
Sub-cuenca 1Sub-cuenca 2Sub-cuenca 3Cuenca San JoseRed DrenajeEstero Santa RosaRio LonquenEstero San Jose
0.5 0 0.5 1 kilmetros
N
725094mE
720777mE
5970020 m N
5966207 m N
Figura 1.1. Ubicacin de las tres cuencas seleccionadas para el estudio.718000 719000 720000 721000 722000 723000 724000 725000
5967000
5967000
5968000
5968000
5969
000
596
9000
5970000
5970000
5971000
5971000
#
#
#
#
#
#
#
#
##
#
###
#
#
#
#
#
#
##
##
##
#
#
#
#
#
#
### #
#
##
##
##
##
###
##
#
#
#
N
(X(X
Sub-cuenca 2
Cuenca San Jose
Red DrenajeEstero Santa RosaEstero San Jose
# Pozos
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La escorrenta de las cuencas es principalmente de origen pluvial con escasos aportes
de aguas subterrneas. Los cauces en estudio son afluentes del estero San Jos, el
cual es afluente del estero Santa Rosa, ambos pertenecen a la cuenca del ro Lonqun.
En el Cuadro 1.1. se entrega una caracterizacin fsica de las microcuencas en estudio.
Cuadro 1.1. Caracterizacin de las microcuencas sector San Jos.
Caractersticas Unidad Microcuenca
N 1
Microcuenca
N 2
Microcuenca
N 3
rea ha 725 42 15
Permetro km 14,29 3,33 1,673
Elevacin mnima m 55 57,5 95
Elevacin mxima m 230 137,5 144,69
Longitud del cauce
principal
km 2,84 1,26 0,53
Pendiente del cauce
principal
M/m 0,0193 0,0535 0,056
1.2.1. Estructuras y equipos de medicin
Los cauces en estudio no disponen de estaciones fluviomtricas por lo que fue
necesario la construccin de estructuras de aforo capaces de medir la escorrentasuperficial que escurre de las cuencas. Para cada cuenca se seleccion una estructura
de aforo dependiendo de sus caractersticas fsicas e hidrolgicas.
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escurrimiento en el centro de la canoa (H) y el caudal (Q) que escurre a travs de la
seccin.
As:
HHHHHQ +++= 01,065,33,6579,34963,8122343 ; Para H < 0,2 m.
y
395,07,241,52
+= HHQ ; H>0,2 m.
Donde:
Q = Caudal en (m3/s).
H = Altura de escurrimiento (m).
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1.2.1.2. Ducto ci rcular
El caudal que es capaz de transportar un ducto de forma circular (Figura 1.4.) est dado
por la ecuacin de Manning, la cual relaciona la geometra de la seccin de
escurrimiento, la pendiente y la rugosidad de las paredes con la descarga de la seccin.
As, el caudal queda definido mediante la siguiente expresin:
32
RhAn
iQ =
Donde:
Q = Caudal que se transporta (m3/s).
i = Pendiente del canal (m/m).
A = rea de la seccin de escurrimiento (m2).
Rh = Radio hidrulico de la seccin de escurrimiento (m)
n = Coeficiente de rugosidad de Manning.
El coeficiente de rugosidad de Manning depende del material con el que estn
construidas las paredes del ducto y del estado en que este se encuentre, valor definido
igual a 0,012 para el caso de ductos de hormign comprimido.
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Figura 1.4. Tubo de Aforo para microcuenca de tamao medio (41,6 ha).
1.2.1.3. Canoa Fondo Plano
La Canoa Fondo Plano (Figura 1.5.) se basa en el principio hidrulico del flujo crtico,
que ocurre en una seccin de control, la relacin que existe entre la profundidad deagua y la descarga es independiente de otros factores no controlables que influyen en
el flujo tales como la rugosidad del cauce.
As, en los aforadores de flujo crtico como el que se describe, la profundidad crtica se
forma al contraerse la seccin del flujo por las paredes divergentes del medidor. El
aforador puede operar en condiciones de flujo libre o bajo condiciones de flujo
sumergido.
Bajo condiciones de flujo libre la profundidad crtica ocurre en la cercana de la garganta
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El caudal se puede estimar mediante la siguiente frmula:
( )nhaCQ =
Donde:
Q = descarga en m3/s.
ha = profundidad del flujo aguas arriba.
n = exponente de flujo libre.
C = coeficiente de flujo libre.
El valor del exponente n depende nicamente de la longitud L. Por el contrario, el
valor del coeficiente de flujo libre C, depende tanto de la longitud L, del aforador como
de la amplitud de su garganta W.
025,1WKC =
Donde K es el coeficiente de longitud de aforador para flujo libre.
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Estas estructuras de medicin estn provistas de sensores de presin y loggers que
permiten almacenar datos y definir la frecuencia de muestreo. Los sensores utilizados
son tipo DIVER, (Figura 1.6.).
Figura 1.6. Sensor de presin conectado a un computador para extraer la
informacin.
1.2.2. Mediciones de precip itacin
Para la medicin de precipitacin en los tres puntos seleccionados (Figura 1.2.) se
estn utilizando pluvimetros con dataloggers que permiten almacenar datos y
extraerlos con computador. El tipo de logger utilizado es un Hobo (Figura 1.7.).
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Figura 1.7. Pluvigrafo utilizado en los tres puntos de medicin de precipitacin.
Adems, a partir del ao 2001 se instal una estacin meteorolgica automtica
Campbell CR23X.
1.3. RESULTADOS
1.3.1. Comportamiento estacional de las aguas superficiales en cuencas del
secano
Las aguas superficiales que escurren por los esteros o ros en la zona del estudiopresentaron un comportamiento estacionalmente intermitente, es decir, los cursos de
agua se secan durante el verano, o si existe algn escurrimiento, es mnimo.
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42
401
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
d
ic-0
2
en
e-0
3
mar-03
may-0
3
ju
n-0
3
ag
o-0
3
o
ct-03
nov-0
3
en
e-0
4
mar-04
Meses
LminaAcumulada(mm)
E
P
Figura 1.8. Precipitacin y Escorrenta Superficial medida en la Micro cuenca 3.
Durante las temporadas 2001 a 2003 la escorrenta anual result muy dependiente de
las lluvias anules, variando entre 10% en aos secos, hasta ms de 50% en aos
lluviosos (Figura 1.9.).
Precipitacin y Escorrenta
200
400
600
800
1000
aAnual(mm)
PP
ESC
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Los anlisis de los datos mensuales indicaron que en temporadas lluviosas, y en meses
de alta intensidad de precipitaciones, casi la totalidad de la lluvia alcanz los esteros y
se perdi como escorrenta superficial (Figura 1.10.). Adems se puede notar que los
primeros meses lluviosos encontraron el suelo no saturado, con capacidad para retener
parte del agua lluvia, por lo que escurri solo una parte de ella. Por otro lado, en meses
de fines de invierno, cuando el suelo ya se encontraba saturado, se observ que casi la
totalidad de la lluvia alcanz los esteros. Esto significa que los caudales instantneos
pueden ser muy altos.
0
50
100
150
200
250
dic
-01
feb
-02
abr-02
may-0
2
jul-02
sep-0
2
oct-02
dic
-02
ene-0
3
Meses
Lam
ina(mm/mes)
ETo
P
E
Figura 1.10. Informacin mensual de Precipitacin (P), escorrenta Superficial (E)
y Evapotranspiracin potencial (ETo) en la micro cuenca 1, para la temporada
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incluso durante los meses de mayores precipitaciones, el porcentaje del agua lluvia que
alcanz los esteros fue poca.
0
50
100
150
200
250
ene-0
3
ene-0
3
mar-03
abr-03
may-0
3
may-0
3
jun-0
3
jul-03
ago-0
3
sep-0
3
oct-03
nov-0
3
dic
-03
ene-0
4
Meses
Lmina(mm/mes
)
ETo
P
E
Figura 1.11. Informacin mensual de Precipitacin (P), Escorrenta Superfic ial (E)y Evapotranspiracin Potencial (ETo) en la micro cuenca 1, para la temporada
2003.
1.3.2. Cuantificacin de las aguas superficiales y sus limitaciones
Como se mencion anteriormente, solo un porcentaje de la lluvia se trasforma en
escorrenta superficial, la cual podra eventualmente ser acumulada en embalses.
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es decir una vez en 20 aos podra haber menos de 400 mm, o dicho de otra forma,
cada 20 aos poda haber menos de 40 mm de escurrimiento.
Con un escurrimiento superficial anual de 40 mm se podran juntar 2000 m 3de agua en
una cuenca de solo 5 ha y 4000 en una de 10 ha. En una cuenca de 50 ha se podra
embalsar alrededor de 20.000 m3. De esta manera se asegura que la disponibilidad de
agua para llenar embales pequeos no es una limitante. Sin embargo existen otras
dificultades asociadas a estas obras que se detallarn ms adelante.
Al hacer un anlisis diario, horario, o incluso cada 5 10 minutos se puede apreciar el
comportamiento de la escorrenta (Figura 1.12.). Es importante sealar que tal como a
nivel estacional se produce una intermitencia (verano sin flujo de agua e invierno con
escorrenta), esto tambin ocurre si se considera una escala temporal menor. Es decir,durante la poca de invierno los eventos de lluvia son seguidos por crecidas de los
esteros, las cuales en pocas horas decrecen para alcanzar un nivel mnimo, esto se
denomina caudal base. Al comparar el escurrimiento superficial anual que ocurre en las
crecidas con el que ocurre en forma de caudal base, se observ que sobre el 80% de
agua escurre durante las crecidas y slo el 20% corresponde al caudal base.
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10
15
20
25
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35
40
45
50
dic
-01
ene-0
2
feb
-02
mar-02
abr-02
may-0
2
jun-0
2
jul-02
ago-0
2
sep-0
2
oct-02
oct-02
nov-0
2
dic
-02
ene-0
3
Meses
Esc
orrenta(mm/da)
Figura 1.12. Comportamiento diario de la escorrenta superficial medido en la
micro cuenca 1.
Esto constituye un problema para la construccin de los vertederos de los embalses,que deben ser capaces de evacuar grandes caudales instantneos, lo que significa un
aumento en el costo de los embalses pequeos. As, como para asegurar un mnimo
de agua para llenar los embalses debemos centrarnos en los aos poco lluviosos, en el
caso del caudal de diseo para los vertederos el problema son los aos ms lluviosos.
Adems de eso hay una gran influencia de la distribucin de las precipitaciones en los
eventos. Durante los aos en que se han realizado las mediciones no se han registrado
altos niveles de lluvia. El ao 2002 se cuantificaron alrededor de 900 mm, lo que
equivale a una probabilidad de 50%, es decir cada 2 aos podra haber ms lluvia que
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usando el Mtodo Racional dieron como resultado 0.2 m3/s de escorrenta superficial de
diseo de un vertedero para una cuenca de 10 ha aproximadamente.
Otro problema para la construccin de embalses pequeos en el secano es la
topografa del rea, es difcil encontrar lugares topogrficamente apropiados que tengan
una zona de acumulacin de agua suficiente y una garganta estrecha para construir un
muro econmicamente rentable.
1.4. CONCLUSIONES
En el rea del secano de Ninhue existe disponibilidad de aguas superficiales, sin
embargo se concentran en invierno obligando a la construccin de embalses si se
pretenden usar con fines de riego.
El principal problema no es la disponibilidad en si misma, sino la distribucin de las
lluvias que hace que los esteros presenten grandes crecidas, haciendo necesaria la
construccin de vertederos con dimensiones considerables. Esto implica altos costos.
Un obstculo importante es que la topografa de la zona estudiada no permite la
construccin de embalses con relaciones volumen acumulado/volumen muro altas.
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1.5. BIBLIOGRAFA
Comisin Nacional de Riego y CIREN-CORFO. 1997. Lmina 8. Cartografa de laevapotranspiracin potencial en Chile. Chile.
Jara, J. y A. Valenzuela, 1998. Necesidades de Agua de los Cultivos. 26 p. BoletnComisin Nacional de Riego, Universidad de Concepcin, 1998. Chilln Chile.
Maidment, D. R., 1993. Handbooks of Hydrology. McGraw-Hill, USA
Millar, Agustn. 1993. Manejo de Agua y Produccin Agrcola. 556 p. IICA y Universidadde Concepcin, Chile.
Pozo l., A del; Canto S., P del. 1999. reas Agroclimticas y sistemas productivos en la7 y 8 regiones. 116 p. Serie Quilamapu no.113. Instituto de InvestigacionesAgropecuarias, CRI Quilamapu, Chilln, Chile.
Selker, J.; D. Rupp; M. Leam; H. Uribe, 2000. Estudio Hidrolgico en el SecanoInterior. Resultados Preliminares del Proyecto Piloto en Portezuelo. InformeTcnico de Riego. 41 p. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, CRIQuilamapu, Chilln Chile.
Smith R. E., D. L. Chery, Jr., K. G. Renard, and W. R. Gwinn, 1982. SupercriticalFlumes For Measuring Sediment-Laden Flow, Tech. Bul. N 1655, USDA.
Valenzuela, A., C. Crisstomo, A. Alfaro y J. Quezada, 1997. Canoa Aforadora deFondo Plano, Boletn, 53. 23 p. Facultad de Ingeniera Agrcola, U. de Concepcin,Chilln Chile
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CAPTULO 2
EVALUACIN DE PRCTICAS DE CONSERVACIN DE SUELO EN LA
ESCORRENTA DE CUENCAS DEL SECANO INTERIOR DE CHILE
AUTORES:
Octavio Lagos. Ing. Civil Agrcola Ms .
Hamil Uribe. Ing. Civil Agrcola Ms.
Yukio Okuda. Ing. Civil Agrcola.
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EVALUACIN DE PRCTICAS DE CONSERVACIN DE SUELO EN LA
ESCORRENTA DE CUENCAS DEL SECANO INTERIOR DE CHILE
2.1. INTRODUCCIN
El secano interior de Chile es una extensa zona ubicada en la vertiente oriental de lacordillera de la costa, ocupa una superficie de 1.6 millones de hectreas, de las cuales
15% son aptas para cultivos. La topografa predominante es ondulada, en la cual se
distinguen dos tipos de paisajes, las lomas y los llanos (Del Pozo, 1999).
Una de las principales limitantes para el desarrollo del rea es la escasez de los
recursos hdricos en aquellos perodos donde la demanda es mxima. Las cuencas que
pertenecen a esta zona presentan una alta pluviometra concentrada en los meses de
invierno, con un severo perodo de sequa estival.
Las escorrentas superficiales tambin son concentradas, los caudales de los esteros
crecen y caen rpidamente (con cambios de 100% de flujo en menos de una hora),
arrastrando sedimentos con un gran rango de tamaos. Esto seala la importancia de
medir intensidad de lluvia para poder explicar el hidrograma de los cauces (Selker et al.,
2000).
El objetivo principal de los sistemas de manejo conservacionista de suelos y aguas, es
incrementar o por lo menos mantener la productividad de la tierra, deteniendo o
revirtiendo los procesos de degradacin que las afectan. Esta productividad depender
en gran parte de las condiciones fsicas qumicas y biolgicas del perfil del suelo donde
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disminuye la velocidad, y volumen de infiltracin de agua en el suelo por lo que el
desarrollo radicular es escaso y poco profundo.
Las prcticas de manejo de suelos, aguas y cultivos, en especial las labranzas estn
orientadas a mantener y mejorar las condiciones fsicas, qumicas y biolgicas de los
suelos. Ello permitir proteger la superficie del suelo del impacto de las gotas de lluvia,
aumentar la infiltracin de agua en el perfil, mantener un ambiente favorable para la
penetracin y desarrollo radicular, y tambin reducir los volmenes de escorrenta yerosin.
El secano Interior tiene los suelos ms erosionados y menos productivos de la regin
centro sur de Chile como consecuencia de las prcticas de manejo y laboreo poco
cuidadosas a que han sido sometidos por muchos aos (Mellado, 1992). Por esta razn
se han propuesto distintas prcticas de conservacin de suelo destinadas a mejorar losniveles de degradacin en estas zonas.
El objetivo general del presente trabajo es evaluar el efecto de las prcticas de
conservacin de suelo sobre la escorrenta en cuencas del secano Interior de Chile,
especficamente comparar prcticas actuales de conservacin de suelos con prcticas
tradicionales y evaluar el efecto de las prcticas en los hidrogramas de descarga y en el
arrastre de sedimentos.
2.2. REA DE ESTUDIO
El rea de estudio se encuentra ubicada en el secano Interior de Chile en las
coordenadas 3627 de Latitud Sur y 7232 de Longitud Oeste, a una altitud entre los
30230 m sobre el nivel del mar, especficamente en el sector San Jos de la comuna
de Ninhue, VIII Regin (Figura 2.1.).
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San Jos
Figura 2.1. Ubicacin del rea de estud io, San Jos.
2.2.1. Clima
El clima del rea corresponde a mediterrneo marino, la precipitacin anual promedio
flucta entre 640-1100 mm pero con un rango de variacin entre aos muy amplia (DelPozo, 1999).
El 80% del agua precipita entre marzo y agosto, y solo el 15% ocurre entre el perodo
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La temperatura promedio anual fluctua entre 13,3 y 15,6 C con una temperatura
mnima del mes ms fro (julio) entre 3,9 y 5,2 C y temperatura mxima del mes ms
clido entre 27-31,1C. Las horas de fro anuales son entre 850-1200 hr (Del
Pozo,1999).
2.2.2. Suelo
Los suelos son de origen grantico, profundos, con perfiles arcillosos densos y muy
compactos, de textura franco arcillo arenosa y presencia de cuarzo. Con colinas
ondulantes, muy erosionadas, debido a que la fuerza de adhesin entre las partculas
es baja. Poseen bajo contenido de materia orgnica y alto contenido de fracciones limo
y arcilla. Los suelos que ocupan posiciones altas e intermedias han estado sometidos a
una severa accin geolgica. Esto sumado a una erosin hdrica acentuada por la
accin del hombre, ha provocado el desplazamiento de estos materiales hacia las
depresiones que estn constituidas por sedimentos de origen lacustre (Ovalle y Del
Pozo, 1994).
Los suelos presentan una baja permeabilidad, alta capacidad de retencin de humedad
y bajas tasas de infiltracin. Esta situacin provoca altas escorrentas superficialesconcentradas en los meses de invierno y casi nulas en verano, las cuales crecen y
decrecen rpidamente, despus de los eventos de precipitacin (Selker et al., 2000).
2.2.3. Topografa
La topografa del rea es ondulada caracterizada por la presencia de lomas, cerros y
quebradas, la pendiente media es de un 14 % (Desv. Est. 14,6) con rangos de
elevacin entre 37 m a 228 m sobre el nivel del mar (Ramrez, 2002).
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San Jos
Figura 2.2. Modelo digital de elevacin cuenca del ro Lonqun.
Segn registros de precipitacin y escorrenta de la Direccin General de Aguas (1987)
el 80% de la precipitacin de la cuenca ocurre entre los meses de marzo y agosto, los
primeros 100mm de lluvias no provocan escorrentas, mientras que los primeros 400mm
de lluvia solamente provocan 150 mm de escorrenta (37%), y los ltimos 400 mmproducen 250 mm de flujo superficial (62%), en promedio anualmente el 47% de la
precipitacin se traduce en escorrenta superficial. Estos antecedentes, concuerdan
con los observados por Selker (2000), Leam (2000) y Uribe (2002), e indican que las
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traduce en escorrenta, el 42%en evapotranspiracin de la Cobertura Vegetal y slo
entre 3-4% se convierte en percolacin profunda.
2.3. MATERIALES Y MTODOS
Desde comienzos del presente estudio (julio 2002) se realizan mediciones de
precipitacin, escorrenta superficial, presin atmosfrica, humedad y arrastre de
sedimentos en dos cuencas del secano Interior de Chile.
2.3.1. Microcuencas
Se seleccionaron dos cuencas colindantes de 6,1 y 5,3 ha, caractersticas del rea en
estudio, la primera con manejos conservacionistas destinado a mejorar la infiltracin y
disminuir la erosin producida por los eventos de precipitacin y la segunda sinmanejos de conservacin. En Cuadro 2.1. se muestran las coberturas y los manejos de
las cuencas.
Cuadro 2.1. Cobertura de suelo y manejos en cuencas en estudio.
COBERTURA MANEJO (%) (ha)
Pinos Zanjas de infiltracin 20,0 1,2Especies Nativas Zanjas de infiltracin 2,1 0,1Pinos Zanjas de infiltracin 3,5 0,2rigo Mnima labranza 10,0 0,6
Hualputra-trigo Mnima labranza 29,9 1,8
rigo-Leguminosas Mnima labranza 17,7 1,1Carcavas (rboles, matorrales) 16,7 1,0
TOTAL 100 6,1
Cuenca con manejos conservacionistas
Cuenca sin manejos conservacionistas
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2.3.2. Precipitacin
Las mediciones de precipitacin fueron realizadas cada 15 minutos a travs de un
estacin meteorolgica modelo Campbell Datalogger CR23X que adems permite
registrar radiacin solar, velocidad de viento, temperatura ambiental y humedad relativa.
Esta estacin se encuentra ubicada en la cuenca con manejos conservacionistas.
Foto 2.1. Estacin Metereolgica Campbell CR23X.
2.3.3. Escorrenta
La escorrenta s perficial en ambas c encas se midi cada 5 min con n aforador
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450mm
3 m
Figura 2.3. Aforador circular de ambas cuencas.
2.3.4. Sedimentos
Como medida de proteccin de las estructuras de aforo se instalaron obras de
sedimentacin que pudiesen captar el arrastre de suelo producto de la escorrenta.
Estas obras consisten en dos sedimentadores de arrastre de fondo ubicados aguas
arriba de los aforadores circulares.
Luego de cada evento importante de escorrenta se inspeccion, limpi y evalu la
acumulacin de sedimentos. El arrastre de sedimentos se obtuvo mediante medidasvolumtricas de los sedimentos captados por las estructuras.
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2.4. RESULTADOS
La figura 2.4 y 2.5 muestra los registros de precipitacin del ao 2002 (julio a diciembre)y 2003 (enero a diciembre) respectivamente.
Figura 2.4. Precipi tacin del rea en estud io ao 2002 (julio a diciembre).
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El rea de estudio posee una precipitacin media anual de 775 mm/ao, concentrada
en los meses de invierno, donde la lluvia duplica los niveles de evaporacin potencial.
Durante el ao 2002 la precipitacin anual fue de 935.8 mm (21% mayor a un ao
normal) mientras que el ao 2003 fue de 460.5 mm (59% de un ao normal).
La Figura 2.6 muestra los valores registrados de precipitacin y escorrenta acumulada
en mm, desde julio 2002 hasta diciembre 2002 de ambas cuencas.
Figura 2.6. Precipitacin y escorrent a acumulada (2002) de ambas cuencas (mm).
En el perodo de anlisis 2002 las evaluaciones han indicado que no existen diferencias
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2.7 se muestra un hidrograma de descarga caracterstico de ambas cuencas producido
por un evento de precipitacin.
Figura 2.7. Hidrograma de descarga para las cuencas en estudio en un evento de
precipitacin.
Durante el ao 2003, producto de las bajas precipitaciones el escurrimiento superficial
fue de aproximadamente 30mm para ambas cuencas, aproximadamente un 7% de la
precipitacin anual (460mm),
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Figura 2.8. Precipitacin y escorrent a acumulada (2003) de ambas cuencas (mm).
Adicionalmente durante el perodo de anlisis se registraron los sedimentos producidos
por arrastre superficial en la escorrenta de ambas cuencas (Figura 2.9).
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0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
m3
ha-1
C/ manejos S/ manejos
2002
2003
42%
8%
100%
100%
Figura 2.9. Arrastre de sedimentos en ambas cuencas perodo 2002-2003.
Los valores encontrados de sedimentos muestran que las prcticas de conservacin
tienen un efecto inmediato en cuanto a conservacin de suelos mediante el control de la
erosin hdrica. En comparacin, el ao 2002 la cuenca con manejos conservacionistas
posee un 42% menos de sedimentos que la cuenca sin ningn manejo, mientras que elao de menores precipitaciones (2003) los sedimentos encontrados en la cuenca con
manejos de conservacin de suelos fue un 8% de los sedimentos medidos en la cuenca
sin manejos.
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2.5. DISCUSIN Y CONCLUSIONES
En el perodo de anlisis no se observan diferencias en los volmenes de escorrentamedidos, sin embargo se espera que en el transcurso del estudio se encuentren
diferencias en la escorrenta producto de un mayor grado de establecimiento de las
prcticas conservacionistas.
Los hidrogramas de descarga son muy similares entre ambas cuencas en cuanto a
duracin, volmenes de escorrrenta y caudales mximos. Esto explica la similitud de laescorrenta acumulada en ambas cuencas.
Existen claras diferencias en los volmenes de arrastre de suelo, por lo que para estas
condiciones las prcticas conservacionistas son exitosas en cuanto al control de la
erosin. Considerando que la escorrenta es la misma en ambas cuencas, solamente el
efecto de las prcticas de conservacin ha logrado disminuir la erosin.
Dado el corto perodo de mediciones no es posible establecer en forma clara que las
prcticas de conservacin mejoren la infiltracin en este tipo de suelo.
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2.6. BIBLIOGRAFA
Del Pozo, Del Canto, 1999. reas Agroclimticas y sistemas productivos en la VII y VIII
regin, Serie Quilamapu N 113, Instituto de Investigaciones Agropecuarias, CRI
Quilamapu, Chilln, Chile, 116 p.
Mellado M, 1992. Produccin de Trigo en el secano Interior. Instituto de investigacionesagropecuarias, Centro Regional de Investigacin INIA Quilamapu. 61 p.
Ovalle C. y A. Del Pozo, 1994. La agricultura del secano Interior. Instituto de
investigaciones agropecuarias, Centro Regional de Investigacin INIA
Quilamapu. 234 p.
Ramrez, J. 2002. Peasant rationality and land cover changes in the central drylands of
Chile. Thesis Ph.D. in Geography. University of Nebraska-Lincoln, USA. 189 p.
Samani Z, S Jorat and M. Yousaf, 1991, Hydraulic Charasteristics of circular
flume.Journal of Irrigation and drainage Engineering. 117 (4). 558-566.
Selker J., D. Rupp, M. Leam y H. Uribe, 2000 Estudio Hidrolgico en el secano Interior,
resultados preliminares del proyecto piloto en Portezuelo.Informe tcnico, INIA
Chilln, Chile, 41p.
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CAPTULO 3
PEQUEAS OBRAS DE ACUMULACIN
AUTORES:
Yukio Okuda, Ing. Civil AgrcolaHamil Uribe C., Ing. Civil Agrcola, MS
Octavio Lagos R, Ing. Civil Agrcola, MS
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PEQUEAS OBRAS DE ACUMULACIN
3.1 . INTRODUCCIN
Existen dos medidas fundamentales para realizar una agricultura preocupada en la conservacin de
los suelos: la primera es aplicando una buena administracin de los cultivos y sus rotaciones y la otra
es construyendo obras civiles que ayuden en el control de la erosin y en el almacenamiento del
agua.
En este captulo se explica el diseo y construccin de pequeas presas de acumulacin de agua,
basndose en la experiencia obtenida en el sector de San Jos comuna de Ninhue, correspondiente
al secano interior de la Vlll regin de Chile, ubicacin actual del proyecto CADEPA. En este lugar las
precipitaciones anuales son bajas, llegando a un promedio anual aproximado de 700 mm, con una
panormica muy pobre en vegetacin. Este lugar posee dos caractersticas fundamentales con
respecto al agua con que se cuenta, las cuales son:
1- Existen muy pocos ros con un flujo de agua constante en el ao.
2- Las vertientes existentes son muy escasas en numero y en caudal.
En reflejo a esta situacin, el agua para riego utilizada en la zona, proviene esencialmente de
aguas subterrneas superficiales (punteras y pozos noria), aunque existen pequeas obras de
acumulacin en vertientes, estas son muy mal empleadas, por no tener claro el objetivo del uso y no
existir sistemas de riego que optimicen el recurso.
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Para acumular el agua en la superficie del suelo, es necesaria la construccin de obras especficas
para este fin, como son los depsitos de agua o embalses interanuales (presas), estos ltimos
cierran el paso del agua proveniente de las precipitaciones a travs de un muro contenedor o
terrapln ubicado estratgicamente en un valle entre montaas. El embalse es una obra civil, cuyo
ltimo fin es el desarrollo rural, aprovechando aguas de lluvia para asegurar recursos hdricos
estables.
En cuanto a la geologa superficial de la zona, se puede mencionar que es de origen grantico poco
permeable, muy difcil de perforar hasta las napas de agua subterrnea, por lo que en la poca de
lluvias una gran cantidad de esta escurre.
El presente manual trata principalmente las pequeas presas de material homogneo (tierra), se
muestra una gua tcnica para su diseo y posterior construccin, siendo un medio eficiente de
control de recursos hdricos en el secano interior del pas.
3.2. CARACTERSTICAS BSICAS DEL DESARROLLO DE UN EMBALSE
La poltica fundamental a seguir, para el diseo y construccin de un embalse, es asegurando primero
que todo, el almacenamiento de agua necesaria para ser ocupada en la temporada de riego, luego
nos debemos preocupar del material con el que se construir el terrapln, considerando los
parmetros de resistencia y compactacin ptimos para prevenir problemas estructurales al
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3.2.1. Conformidad de los objetivos
Se debe analizar la existencia de una cuenca que satisfaga la necesidad de almacenamiento de agua,
la que debe ubicarse cerca de los beneficiarios y a una altitud en que se pueda aprovechar la fuerza
de gravedad, para conducir el recurso hasta cada sector de riego.
3.2.2. Condici ones soci ales
Aunque exista un lugar fsico que cumpla las condiciones para la construccin de un embalse, es
necesario realizar un estudio acabado de los posibles cambios medioambientales que se puedan
generar y discutirlos con los propietarios y personas que habitan en las cercanas de la obra.
3.2.3. Condici ones geolg icas y topogrficas
Las caractersticas fsicas y topogrficas del lugar en que se construir el embalse, es un factor que
se debe estudiar globalmente, incluyendo rasgos tales como pendientes longitudinales del valle,
inclinaciones, la forma de corte del valle, entre otras, debido a que cada caso en si posee una
particularidad propia. Como ejemplo a esta situacin se puede mencionar que lo ideal para la
construccin de un embalse es que sea realizado en un valle ancho de pendiente suave, pero si
ocurre lo contrario a lo descrito, es decir, un valle estrecho y largo, quizs sea menos apropiado, pero
el terrapln a construir ser mucho menor y por ende los costos bajaran considerablemente.
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3.3 ESTUDIOS Y PLANIFICACIN
3.3.1 Conceptos fundamentales
Los embalses cuya fuente de almacenamiento de agua provengan de las lluvias invernales, deben ser
capaces de acumular suficiente recurso para suplir los requerimientos durante la temporada de
sequa en verano, lo que implica que estas construcciones sean de gran envergadura y de altos
costos, por lo que debe existir una planificacin adecuada en el uso del agua, optimizando al mximo
todos los recursos disponibles, adems se debe tener muy presente los riegos que involucra la
construccin de estas obras por la variable meteorolgica, fluctuando las precipitaciones ao a ao,
de aqu nace la inquietud de realizar un estudio hidrolgico completo de la situacin, para minimizar
este riesgo y construir una presa de acuerdo a los requerimientos hdricos de los beneficiarios y las
lluvias anuales en la zona.
3.3.2 Factores bsicos a cump lir en el diseo de las presas de tierra
3.3.2.1. Factores bsicos de diseo
A- La funcin principal de una presa de tierra es almacenar el agua necesaria para suplir los
requerimientos hdricos en los meses de sequa.
B- Debe ser una obra estructuralmente segura.
C- Debe ser una obra de fcil construccin y econmica.
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requerimientos generales en el diseo y por ultimo el factor E es la medida preocupada del
medioambiente en que se realizar la obra.
Para cumplir los factores antes mencionados, es necesario poder disear de forma adecuada cada
parte de la presa. En la figura 3.1. se detalla cada parte y el tipo de diseo que se puede realizar,
dependiendo de las condiciones fsicas, econmicas y el criterio del ingeniero a cargo.
Presa homognea
Presa con ncleo inclinadoPresa Presa con ncleo central
Presa con pantalla superficial
Presa con pantalla inyectada
Conducto inclinado de toma de agua
Torre de toma de agua
Toma
Canal/conducto de transmisin
Presa de tierra Vertedero de canal entrada
Vertedero de tipo desbordante
Vertedero de pozo
Vertedero
Canal/conducto de transmisin
Disipador de energa
Compuesta de limpia
Dique para sedimentacin
Mejoramiento para seguridad
Otras
estructuras
Figura 3.1. Partes de una presa.
3.3.3 Estudios necesarios para la construccin de una presa de tierra
Los estudios realizados para ver la factibilidad de construir una presa, debern considerar: 1) la
planificacin para el uso del agua de la presa, 2) Se debe obtener la informacin necesaria para
diseo y construccin de cada estructura. 3) Esta informacin debe ser recavada y analizada de una
forma precisa y con argumentos cientficos.
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en el se podr dibujar y medir los volmenes de tierra a mover para la construccin del muro
contenedor o terrapln, en este plano se podr designar el lugar mas apropiado para ejecutar la obra,
el que debe verificar cada uno de los factores bsicos de diseo explicados anteriormente, sobre todo
que el volumen de acumulacin sea el necesario para cumplir con la planificacin de uso del agua .
Despus de elegir el lugar mas apropiado para la construccin del muro de contencin, es preciso
disear y dibujar en el plano los pormenores de la presa, mencionados en la figura 1 (obra de toma,
desague, vertedero, compuertas), con las vistas necesarias para ejecutar la obra y poder realizar una
cubicacin adecuada de los materiales a emplear con los respectivos costos de la construccin.
3.3.3.2. Anlis is geolg ico y estructural del suelo
Se debe analizar el suelo en que se construir la presa y proceder a investigar si tiene problemas
estructurales para instalar los cimientos de la obra, adems es de suma importancia, saber cual es el
tipo de suelo con que se edificara el terrapln para determinar si se debe utilizar algn revestimiento
o si es necesario el agregar otro tipo de tierra para aumentar la resistencia e impermeabilidad. La
figura 3.2. muestra la clasificacin de los suelos por textura, segn el Ministerio de Agricultura de los
Estados Unidos.
El tringulo determina el nombre que se debe usar para cada tipo de suelo, en relacin a las
cantidades porcentuales de arcilla, limo y arena que contenga en su composicin, definindose como
arcilla todas las partculas finas con dimetros menores a 0.002 mm, Limo como las partculas con
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Arcilla
LimoArena
Porc
ent
aje
de
arcill
a Porce
ntajedelim
o
Porcentaje de arena
Archilla
Limo
Migajn
Arena
Mihajn
Arenamigajonosa
Migajn
Migajn
Areno-arcilloso
Arenoso
Arcilla
Arenosa
arcilloso
Migajn
Limo
Arcilloso
Arenamigajonosa
limoso
10
100
20
30
40
50
60
70
80
100
9010
20
30
40
50
60
70
80
90
100 102030405060708090
Porcentajes de arcilla (part culas
inferiores a 0.002, mm ), limo (partculas
de 0.002 a 0.05 mm), y ar ena (partculas
de 0.05 a 2.0 mm) de las clases bsicas detextura
Arcilla
LimoArena
Porc
ent
aje
de
arcill
a Porce
ntajedelim
o
Porcentaje de arena
Archilla
Limo
Migajn
Arena
Mihajn
Arenamigajonosa
Migajn
Migajn
Areno-arcilloso
Arenoso
Arcilla
Arenosa
arcilloso
Migajn
Limo
Arcilloso
Arenamigajonosa
limoso
10
100
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9010
20
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100 102030405060708090
Arcilla
LimoArena
Porc
ent
aje
de
arcill
a Porce
ntajedelim
o
Porcentaje de arena
Archilla
Limo
Migajn
Arena
Mihajn
Arenamigajonosa
Migajn
Migajn
Areno-arcilloso
Arenoso
Arcilla
Arenosa
arcilloso
Migajn
Limo
Arcilloso
Arenamigajonosa
limoso
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100 102030405060708090
Porcentajes de arcilla (part culas
inferiores a 0.002, mm ), limo (partculas
de 0.002 a 0.05 mm), y ar ena (partculas
de 0.05 a 2.0 mm) de las clases bsicas detextura
Figura 3.2. Diagrama triangu lar para la clasifi cacin de suelos por texturas. (U.S. Soil
Conservation Service)
3.3.3.3. Datos meteorolg icos
Se deben analizar los datos meteorolgicos del sector en estudio, de acuerdo a los antecedentes de
estaciones representativas del lugar, o realizando transposicin de caudales si fuera el caso. Este es
un paso muy importante para el diseo, por lo que entre mas datos, mejor ser el anlisis, no
pudiendo ser menor a 10 aos la informacin recabada.
3.3.3.4. Estudios y contenidos del plan
Basndose en los datos investigados y de acuerdo al lugar en que se construir el embalse, es
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A- Clcu lo de la preci pitac in de di seo
Para elaborar el plan de utilizacin de aguas del embalse, es necesario determinar una precipitacin
conservadora, la que asegure una programacin correcta del recurso en el tiempo. En este caso se
recomienda usar como periodo de retorno 10 aos, cifra normal para la planificacin de riego, es decir,
se emplea la precipitacin anual ms dbil o con mayor sequa que ocurre una vez cada diez aos.
Esta precipitacin se calcula estadsticamente en base a datos recopilados, representativos de la
zona en anlisis.
El cuadro 3.1. muestra la precipitacin que ocurre para diferentes periodos de retorno, obtenidas a
partir de informaciones recientes de la estacin meteorolgica ubicada en el sector de San Agustn de
Puual, comuna de Ninhue. En la presente zona se usar como precipitacin para la planificacin del
uso del agua, los 465 mm anuales que ocurren una vez cada diez aos, como se muestra a
continuacin.
Cuadro 3.1. Precipitacin por probabilidad.
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almacenada en una presa, de esta forma es posible pensar que a mayor evaporacin mayor ser el
volumen a embalsar para el cumplimiento de los requerimientos hdricos del programa de riego. En
esta zona la evaporacin anual es aproximadamente 1100 mm, parmetro muy importante a
considerar en el diseo, ya que, aunque se eleve la altura de la presa del embalse y se ampli el rea
de estancamiento, existe la posibilidad de que no aumenten estos recursos realmente. Por lo tanto,
para la seleccin de la localizacin de una presa es preciso asegurar la profundidad de agua
necesaria, considerando la cantidad de evaporacin y el costo de construccin.
C- Clculo del coefici ente de escurrimiento
Para realizar un buen diseo de la presa, se debe tener en consideracin, que no toda el agua
proveniente de las precipitaciones escurre hasta el rea de inundacin, lo que sucede esencialmente
por la infiltracin de esta, al avanzar en la superficie del suelo. En el sector de San Jos, el coeficiente
de escurrimiento llega a ser un 65% de las precipitaciones, entre los meses de mayor cantidad de
lluvias (Mayo a Julio), pero fuera de estos meses este valor baja drsticamente por la sequedad del
terreno y la disminucin de las precipitaciones.
D- Requerimientos hdricos.
La cantidad de agua necesaria para suplir los requerimientos hdricos de los cultivos considerados en
la planificacin del riego, es la base para determinar el volumen de la obra. El plan de riego se debe
determinar para cada situacin en particular, contemplando los cultivos y sus necesidades, datos
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Cuadro 3.2. Muestra la cantidad de agua necesaria para algun os cu ltivos, en San Jos Ninhue.
octubre eneroVias 1.41 2.51 8000 oct-mar 2879Olivos 20.6 36.8 833 oct-mar 4399Psitachos 74.5 132.9 400 oct-mar 7626
Hortaliza 1.54 0.86 33333 oct-mar 7382
Temporadade riego
Riego
(m3/ha)Plantas por
hectreaCultivo lit/da/planta
Requerimiento de Agua
3.4 DISEO
3.4.1 Diseo de la presa
Las presas del tipo homogneo estn compuestas de un solo material o tipo de tierra (excluyendo la
proteccin de los muros). El material con que se construye la presa debe ser suficientemente
impermeable, formando una barrea efectiva contra el paso del agua y debe poseer taludes
relativamente tendidos para logran una estabilidad adecuada del terrapln. Ambos taludes deben ser
lo suficientemente inclinados y compactados para resistir la licuacin de la tierra del muro, evitando
problemas estructurales. En una seccin completamente homognea, es inevitable que las
filtraciones emerjan en el talud de aguas abajo, cualquiera que sea la impermeabilidad del suelo. Si el
nivel del agua en el rea de inundacin se mantiene elevado por un tiempo suficientemente largo, el
talud de aguas abajo, eventualmente ser afectado por las filtraciones a una altura aproximada de un
tercio de la altura del agua, como se muestra en la Figura 3.3, Foto 3.1. y Foto 3.2.
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terrapln se muestra en la Figura 3.4.
n2
1,01,0
B>1m
Cimentacin impermeable
H =4m
Superficie del agua del vaso
Zanja de dentelln
Superficie de terreno original
h/3
n1
h>0.5m
h
n2
1,01,0
B>1m
Cimentacin impermeable
H =4m
Superficie del agua del vaso
Zanja de dentelln
Superficie de terreno original
h/3
n1
h>0.5m
h
Figura 3.3 Presa comp letamente homognea.
Foto 3.1. Cimientos de una presa. Foto 3.2. Construc cin del muro .
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Superficie del agua del vaso
Cimentacin impermeable
Limite superior de las filtraciones
(1) Con taln de Roca
Taln de enrocamiento
Superficie del agua del vaso Limite superior de las filtraciones
Filtro para drenaje
Cimentacin impermeable
(2) Con filtro para drenaje
Zanja de dentelln
Zanja de dentelln
Superficie del agua del vaso
Cimentacin impermeable
Limite superior de las filtraciones
(1) Con taln de Roca
Taln de enrocamiento
Superficie del agua del vaso Limite superior de las filtraciones
Filtro para drenaje
Cimentacin impermeable
(2) Con filtro para drenaje
Zanja de dentelln
Zanja de dentelln
Figura 3.4. Presa homognea modi ficada.
3.4.2. Seccin de la presa
El talud de aguas arriba de la presa, puede variar entre un rango de 2:1 a uno tan tendido como 4:1,
considerando que a pendientes mas suaves, mayor ser la estabilidad, en perjuicio de los costos, las
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aguas arriba, con frecuencia se aumenta su pendiente sobre la elevacin mxima del agua a
almacenar, debido a que en esta zona, al no estar en contacto con el agua, la estabilidad es mayor y
de esta forma se reduce el volumen tierra o material ocupado, disminuyendo los costos de movimiento
y compactacin.
Las pendientes utilizadas comnmente para los taludes de aguas a bajo de la presas de tierra, son de
2:1, cuando la presa lleva una zona impermeable en el taln y de 2.5:1 cuando el terrapln es
impermeable. Estos taludes son estables si los suelos ocupados son aptos para la construccin de
este tipo de obras y cuando se proyecta implementar un drenaje en el taln de aguas abajo del
terrapln, lo que implica que el muro nunca se saturara por las filtraciones.
Los taludes recomendados para las presas homogneas de tierra se muestran en el cuadro 3.3, tanto
para las presas reguladoras como para las de almacenamiento en condiciones de desembalse rpido
o lento. Cuando se da ms de una clasificacin de suelos para un grupo de taludes, es una indicacin
que la presa se puede construir con esos taludes, usando cualquiera de estos suelos o una
combinacin de los mismos.
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Cuadro 3.3. Taludes recomendados para las presas de tierra homognea.
Talud de aguas
arriba
Talud de aguas
abajo
n1: 1,0 n2: 1,0
GW, GP, SW, SP
GC, GM, SC, SM 2,5 : 1,0 2,0 : 1,0
CL, ML 3,0 : 1,0 2,5 : 1,0
CH, MH 3,5 : 1,0 2,5 : 1,0
GW, GP, SW, SP
GC, GM, SC, SM 3,0 : 1,0 2,0 : 1,0
CL, ML 3,5 : 1,0 2,5 : 1,0
CH, MH 4,0 : 1,0 2,5 : 1,0
1
2
Velocidades de desembalse de 6 plg o ms despus de periodos prolongados de almacenamiento aniveles elevados en el vaso.
Los suelos OL y OH no se recomiendan para las porciones mayores de las presas de tierra homogneas.Los suelos Pt son inadecuados.
Permeable, no adecuado
B
Homognea
modificada Almacenamiento S
Permeable, no adecuado
Clasificacin de lossuelos
AHomognea uhomogneamodificada
Regulacin oalmacenamiento
No
Caso Tipo PropsitoSujetas a
desembalsesrpidos
3.4.3 Mtodos de tratamiento de las cimentaciones de grava y de arena
3.4.3.1. Generalidades
En la construccin del muro de contencin o terrapln, se pueden utilizar varios mtodos de
control de las filtraciones de agua, las que dan la forma a la cimentacin con respecto a su estabilidad
contra la fuerza de infiltracin, pudindose mencionar los dentellones de zanja, las ataguas, las
cortinas de pilotes o alguna combinacin de estos mtodos. Con este mismo objetivo tambin se ha
utilizado colchones de material impermeable, colocados estratgicamente en el taln de aguas arriba
del muro, como tambin es posible situar este colchn en el taln de aguas abajo del muro donde
tiende a salir el agua infiltrada. El propsito de emplear estos colchones impermeables es permitir el
paso libre del flujo de agua, disipando las presiones de esta, sin que se altere la estructura de la
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3.4.3.2. Dentellones de tier ra.
Los dentellones de tierra se clasifican en dos grupos en general, los que se definen a continuacin:
Dentellones de costados inclinados: Como su nombre lo indica, son aquellos dentellones cuyas
paredes poseen un grado de inclinacin con respecto a la vertical. Este tipo de dentellones se
pueden excavar con palas mecnicas o dragas giratorias y para el relleno se debe recurrir a
materiales impermeables, compactados de la misma forma que el muro de contencin.
Dentellones de costados verticales: Este tipo de dentelln posee paredes verticales, cuya zanja
es hecha comnmente a mano o con excavadoras para zanjas en escalones o rebajes
En general los dentellones de paredes verticales son menos econmicos que los de paredes
inclinadas, debido esencialmente al volumen de tierra a mover en la excavacin y luego en el relleno
y compactacin.
Los dentellones de tierra deben localizarse entre la pared que se encuentra en contacto con el agua y
a una distancia regular de la lnea central de la presa, esta distancia no puede superar el punto en que
el material impermeable de la presa, arriba del dentelln, tenga una resistencia a la filtracin cuando
menos igual a la ofrecida por el mismo dentelln. La lnea central del dentelln, se debe mantener
paralela a la lnea central de la presa a travs del fondo del can o piso del valle, pero debe
converger hacia la lnea central de la presa al prolongarse hacia los atraques, con el objeto de
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el mtodo ms efectivo para controlar el volumen de filtraciones y de asegurarse de que no se
experimentarn dificultades por tubificaciones a travs de la cimentacin o por sub-presiones en el
taln de aguas abajo de la presa.
3.4.4 Estudio d e materiales de una presa
La tierra utilizada para la construccin del muro contenedor o terrapln de una presa, debe poseer
caractersticas de impermeabilidad y resistencia al corte adecuada al ser compactada, obteniendo
como resultado una obra segura y perdurable en el tiempo. Para lo anteriormente destacado, es
necesario analizar la idoneidad de la tierra a ocupar para la construccin del terrapln, lo que se
comprueba con los siguientes estudios.
3.4.4.1. Granulometra
Debe poseer una distribucin granulomtrica que permita tener alta densidad y que contenga porcin
granulomtrica fina adecuadamente.
3.4.4.2. Lmite de consistencia
Debe poseer una plasticidad adecuada.
3.4.4.2. Pesos especficos
La densidad relativa de los materiales cuando es inferior a 2.6, puede significar que contenga
substancias o elementos orgnicos indeseables, ya que afectan la resistencia de la obra a futuro.
3.4.4.3.Compactacin, Proctor modi ficado.
A travs de este ensayo se determina la resistencia del material y su nivel de trabajabilidad o
C d 3 4 P i d d d i d t i l
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Cuadro 3.4. Propi edades y adecuaci n de materiales para presa.
Presahomognea
Zonaimpermeable
Zonapermeable
Filtracinserio
Filtracinignorado
GW Permeable Superior Casi negativo Superior - - 1 - 1
GP Muy permeable Bien Casi negativo Bien - - 2 - 3
GMSemi-permeable -
impermeableBien Casi negativo Bien 2 4 - 1 4
GC Impermeable Bien - satisfaccin Muy pequeo Bien 1 1 - 2 6
SW Permeable Superior Casi negativo Superior - - 3* - 2
SP Permeable Bien Muy pequeo Satisfaccin - - 4* - 5
SMSemi-permeable -
impermeableBien Pequeo Satisfaccin 4 5 - 3 7
SC Impermeable Bien - satisfaccin Pequeo Bien 3 2 - 4 8
MLSemi-permeable -
impermeableSatisfaccin Medio Satisfaccin 6 6 - 6 9
CL Impermeable Satisfaccin Medio Bien - satisfaccin 5 3 - 5 10
OLSemi-permeable -
impermeableInsatisfaccin Medio Satisfaccin 8 8 - 7 11
MHSemi-permeable -
impermeableSatisfaccin -insatisfaccin
Grande Insatisfaccin 9 9 - 8 12
CH Impermeable Insatisfaccin Grande Insatisfaccin 7 7 - 9 13
OH Impermeable Insatisfaccin Grande Insatisfaccin 10 10 - 10 14
P - - - - - - - - -
Clasificacinsimbologa
En la columna "Adecuacin de materiales", el numero "1" representa alta adecuacin, y mayor numero representa baja adecucacin
Notas
Clasificacinde smbolo
Propietario importnte Adecuacin de materiales
Para presa Para cimentacin
* : Mater iales con alto contenido de grava
Se clasifica la tierra segn el tamao de partcula de suelo en G (grava), S (arena), M (limo) y O (orgnico), y en cuanto al suelo de grano grueso (G, S)se subdivide segn la combinacin de granulometra en W (bueno), P (malo), M (con limo), y C (con archillo), y en relacin al suelo de grano fino (M, O)en H (plasticidad alta) y L (plasticidad baja), combinando dos s mbolos. Pt indica turba.
Permeabilidaddespus
compactacin
Resistencia al cortea saturacin
despuscompactacin
Compresibilidad asaturacin despus
compactacin
Facilidad paratrabajo durante de
terraplen
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3 4 5 Diseo de un vertedero
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3.4.5. Diseo de un vertedero
El vertedero es una estructura de seguridad para el embalse, la funcin de esta obra es evacuar
los excedentes de agua que entran al depsito, debido a lluvias fuertes ocurridas en la temporada
invernal
1
3,6Qp= reA
Ecuacin 1
donde :
Qp= Caudal mximo de escurrimiento (m3/s)
A = rea de captacin en km 2
re = Es la intensidad media efectiva de las precipitaciones en mm/hr durante el perodo de
concentracin de flujo.
La frmula racional se ha utilizado comn y convenientemente debido a su simplicidad para calcular el
mximo escurrimiento.
Conceptualmente la formula racional es entendida como una formula para el clculo de la mxima
descarga de lluvia, durante el tiempo de concentracin, el que se define como el tiempo en que se
demora una gota de agua en viajar desde el punto ms lejano del embalse (o cuenca) hasta el
desague.
1) Determinacin del rea de captacin (A)
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1) Determinacin del rea de captacin (A),
2) Determinacin del perodo de retorno estndar y precipitacin estndar,
3) Estimacin del tiempo de concentracin de flujo (Tc)
4) Estimacin del coeficiente de mximo escurrimiento (re)
5) Clculo del mximo escurrimiento (Qp).
La tasa mxima de escurrimiento se determina con el supuesto de que el punto mximo se produce
por las intensidades de precipitacin media mxima dentro del tiempo de concentracin del flujo. Por
lo tanto, las intensidades medias de precipitacin durante el tiempo de concentracin de un flujo
deben calcularse anticipadamente.
La relacin existente entre la duracin t (min) y el mximo de las intensidades de precipitacin media
en la duracin I t (mm/hr), generalmente se puede expresar como sigue:
a(t
n+b)
It=Ecuacin 2
Donde a, b y n son constantes que dependen de la intensidad y la localidad. Generalmente se aplican
varios tipos de ecuaciones tales como el tipo Talbot (n=1), el Tipo Sherman (b=0) y el tipo Hisano
(n=1/2). Para el tipo Talbot y el Hisano, t es aplicable a 120min o menos mientras que para el tipo
Sherman t se aplica a 60 min o ms.
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El tiempo de concentracin, se define como el tiempo que se demora una gota de agua en viajar
desde el punto ms lejano de la cuenca hasta el desaguadero.
La frmula generalmente aplicada en los EEUU para la estimacin del tiempo de concentracin es la
de Kirpich, la que se muestra a continuacin:
Tc
S
Tc=0,02 L0,77
S-0.385
= 0,02 (L3/H)
0,385
Ecuacin 3
Donde
= es el tiempo de concentracin de flujo en min.,
L = es la ruta ms larga de flujo de agua lluvia en m,
H = es la diferencia existente entre la cota mas alta y la mas baja de la cuenca en estudio
= (L/H) es la pendiente media del flujo de agua.
Por medio de esta ecuacin se obtiene el tiempo de concentracin, valor que se remplaza en la
ecuacin 2, para determinar la intensidad de la precipitacin I t. (mm/hr)
3.4.5.1. Clculo de la intensidad de lluvia efectiva.
El coeficiente mximo de escurrimiento de agua (fp), es definido por la relacin existente entre la
intensidad de lluvia efectiva (re) y la intensidad de lluvia durante el
r f r
fp = coeficiente mximo de escurrimiento,
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p ,
re = Es la intensidad media efectiva de las precipitaciones en mm/hr durante el perodo de
concentracin del flujo.
El coeficiente de escurrimiento mximo, vara con las condiciones geolgicas, superficie del terreno,
humedad, entre otros parmetros. El valor es determinado resolviendo inversamente la formula
racional la que muestra el caudal mximo de escurrimiento, Ecuacin 1.
Como resultado del anlisis sobre las situaciones reales de fp , en una cuenca pequea del rea de
San Jos Ninhue, se obtuvo el valor mximo de escurrimiento (87%), como se muestra en la Figura
3.5, y se calcula en el Cuadro 3.6.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Tiem po
Precipitacin(mm/10min)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
En Canoa FP A=15ha
Escurrimiemto(mm/10min)
tc:Tiempo de concentracin de flujo
re: Intencidad media efectiva
Qp:Punta de flujo
Precipitacin Escrrimiento
Cuadro 3.6. Muestra el clculo del coefici ente mximo de escurrim iento.
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No.
re Qp R= r=R/*10 =re/r
(mm/10min) (m3/s) (min) (mm) (mm/10min) %1 31-May 2002 1.19 0.30 150 26.0 1.73 69%2 28-Aug 2001 1.08 0.27 10 1.6 1.60 68%3 22-Jul 2002 1.04 0.26 70 9.4 1.34 77%4 20-Jul 2001 0.73 0.18 90 7.6 0.84 87%5 16-Jul 2001 0.65 0.16 80 8.2 1.03 63%6 23-Jul 2002 0.55 0.14 60 3.8 0.63 87%7 23-Jul 2002 0.55 0.14 50 3.4 0.68 81%8 15-May 2002 0.52 0.13 60 16.8 2.80 19%9 23-Jul 2002 0.52 0.13 80 5.4 0.68 78%
10 20-Jul 2002 0.40 0.10 120 7.8 0.65 62%11 25-Aug 2001 0.37 0.09 160 18.0 1.13 33%12 26-May 2002 0.33 0.08 40 9.2 2.30 14%13 23-Jul 2002 0.30 0.08 40 3.6 0.90 33%14 6-Jun 2002 0.26 0.07 110 6.4 0.58 45%15 20-Jul 2001 0.20 0.05 70 3.4 0.49 42%16 7-Jun 2002 0.18 0.04 60 3.4 0.57 32%17 26-Jul 2002 0.17 0.04 60 6.6 1.10 16%18 29-Jul 2002 0.16 0.04 70 3.8 0.54 29%19 27-Jun 2002 0.13 0.03 130 11.6 0.89 15%20 26 `27-May 2001 0.10 0.03 150 6.3 0.42 24%
21 29-Jul 2002 0.09 0.02 100 5.0 0.50 18%22 27-Sep 2001 0.02 0.00 20 1.2 0.60 3%23 25 `26-May 2001 0.01 0.00 300 13.6 0.45 3%24 27-Sep 2001 0.01 0.00 160 8.0 0.50 1%
Preciptacindurante t p
Intensidad de
precipitacindurante tp
Nota : Lugar : Canoa FP
oe iciente
de tasamxima deescurrimientoFecha
La intensidad
mediaefectiva de laprecipitacin
Tasa mxima
deescurrimiento
Tiempo de
concentracindel flujo
3.4.6 Proteccin del talud de aguas abajo
El talud de aguas abajo de una presa homognea, se debe proteger contra la erosin y el
escurrimiento pluvial, este resguardo contra las inclemencias del tiempo, se realiza revistiendo el
muro con rocas, rodados o pasto, dependiendo de la situacin particular de cada caso, es as, como
en lugares demasiado ridos se prefiere el recubrimiento con una capa de rocas de 12 plg de espesor
aproximado, a una cubierta vegetal, aunque el costo sea mayor. Si la eleccin despus de analizar la
situacin, fuese el revestimiento con cubierta vegetal, comnmente pasto, este se debe elegir de
acuerdo al lugar y condiciones meteorolgicas, considerando que la capa protectora debe ser lo mas
3.5 MANTENIMIENTO
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3.5.1 Mantenimi ento y contr ol de las funci ones
Para utilizar la presa en forma eficiente y por largo tiempo, es importante que exista un control y
mantencin de la obra por parte de los usuarios, controlando las fugas de agua, reparando grietas
superficiales, tanto en el muro de contencin como en la zona de inundacin, reparando las obras de
toma ,desage y eliminando los sedimentos arrastrados por las precipitaciones y depositados en la
presa.
Si al realizar estudios preliminares se llega a la conclusin que existen muchos sedimentos
arrastrados por el agua, que entran al depsito, afectando esencialmente las funciones de
almacenamiento y la toma de agua, se deber instalar barreras de contencin de estos residuos o
estanques desarenadores, por ultimo una medida efectiva contra la erosin y evaporacin excesiva
es reforestar alrededor del embalse, con especies tpicas del lugar, para afecta r lo menos posible el
medio ambiente del sitio en que se encuentra la obra.
3.5.2 Recuperacin de las funciones de un embalse
Cuando el embalse presenta problemas de funcionamiento, lo que va a ocurrir en algn momento, sin
lugar a dudas, es necesario tomar medidas tendientes a recuperar estas funciones por medio de
trabajos de reparacin (Figura 3.6). A continuacin, se presentan ejemplos de problemas comunes en
una presa y como reconocerlos.
frecuentes que ocurran, en las instalaciones transversales de la presa, como es el conducto de
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transmisin u obra de toma, en el vertedero y en el desague. En los lugares donde se ven fugas
localizadas, la posibilidad de que ocurra una tubificacin es alta, por lo cual es necesario tomar
medidas urgentes. Como lmite tolerable a estas fugas existen varios criterios que permiten decidir el
momento para reparar.
a. Si la fuga de agua excede los 60 l/min por cada 100m de presa (cuando el coeficiente de
permeabilidad es mayor a 110 -3cm/s y si el gradiente hidrulico es 1 y la profundidad de exudacin
es de 1m.
b. Si la capacidad de almacenamiento de agua, funcin esencial del embalse, ha disminuido
notablemente causando problemas para su utilizacin.
c. Si la cantidad de agua se reduce ms de un 10% por mes, cuando el nivel del agua almacenada
debiera ser constante.
3.5.2.2. Grietas y deformaciones en la presa
Las fugas de agua ocasionan tubificacin originando grietas en el muro. Existen varios tipos de
grietas, siendo la mayora de ellas de alrededor de 3 a 5 cm de ancho, alcanzando rara vez los 15cm.
Cuando la seccin de la presa est deformada ms de un 5% en la proporcin de la superficie original,
se necesita un estudio de reparacin .
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3.5.2.4. Inestabil idad de la presa
La reparacin de la obra es apropiada cuando el muro se vea debilitado, ya sea el talud de aguas
arriba por el oleaje y el de aguas abajo por fugas, erosin, roturas en las obras de proteccin o
revestimiento, el ancho de la coronamiento sea insuficiente y cuando el cualquiera de los dos taludes
tenga una pendiente pronunciada, la que es sinnimo inequvoco de inestabilidad.
3.5.2.5. Ubicacin de la lnea de saturacin
Cuando la lnea de saturacin se asome en el talud de aguas abajo a una ubicacin relativamente alta,
tambin se necesita estudiar la reparacin juzgando globalmente en consideracin del volumen de la
fuga antes mencionado.
3.5.2.6. Cada de la funcin del vertedero o insufic iencia de la seccin h idrul ica transversal
La mayor causa del derrumbes de los embalses, es cuando se producen derrames de la presa debido
a la insuficiente capacidad de desague del vertedero, momento en que se debe reparar o recalcular,
para que cumpla su funcin.
3.5.2.7. Deterioro de las funciones de las instalaciones de toma de agua
Las instalaciones de toma de agua posee defectos en su funcionamiento generalmente por la rotura
del conducto de transmisin , lo que implica perdidas de agua, al igual que fallas en compuertas y
presa, los medidores de observacin hidrolgica, los dispositivos de eliminacin de maderas flotantes,
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o los equipos de alarma necesarios para garantizar la seguridad del embalse contra inundaciones,
tengan mal funcionamiento o fallas, implica urgentemente reparaciones.
(d) Seccin deformado(c) Grieta / hoyo
(b) SocavacinRotura en el pie
(a) Fuga
(e) Falta de borde libre
3.6 RESUMEN
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El costo total referente a la construccin de un embalse, vara mucho segn los materiales de
construccin ocupados y al tamao de la obra. La comparacin econmica entre estas presas y los
pozos de poca profundidad, muestran una inversin inicial mucho mas baja en estos ltimos, por ello,
es indispensable que despus de la construccin de estas obras sean ocupadas eficientemente y por
mucho tiempo, amortizando los costos fijos incurridos en la construccin. Adems del control y
mantenimiento adecuado por parte de los usuarios, deben realizarse trabajos de reforestacin en la
zona, para minimizar los cambios medioambientales y prevenir la erosin del suelo, disminuyendo los
sedimentos en la zona de inundacin. Se debe tener claro que un programa de utilizacin de aguas,
dependiente solamente de un embalse, es una decisin muy arriesgada, por lo tanto es importante
estudiar un programa de utilizacin de aguas donde se empleen adems del embalse los pozos de
aguas subterrneas superficiales que se encuentren en el sector.
Para la realizacin de este tipo de construcciones, cada agricultor tiene diferentes condiciones
topogrficas y fuentes de agua, por lo tanto cada diseo e instalacin es nica y particular.
3.7 BIBLIOGRAFA
Instituto Japons de Riego y Drenaje 1988 Manual de ingeniera en Riego y drenaje Presa de Tierra
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Instituto Japons de Riego y Drenaje, 1988. Manual de ingeniera en Riego y drenaje, Presa de Tierra.
Instituto Japons de Riego y Drenaje. 1996. Manual de ingeniera en Riego y drenaje, Conservacin
de Tierras Agrcolas.
Instituto Japons de Riego y Drenaje, 1993. Manual de ingeniera en Riego y drenaje, Drenaje.
Kobayashi, T. 2002. Informe del Especialista en Construccin de embalse (Experto Corto plazo)
Lepe, Jos L. Diseo de presas pequeas, Una publicacin tcnica de recursos hidrulicos.
Ministerio de Obras Pblicas. 2001. Manual de carreteras, Volumen No. 2 Procedimiento de estudios
viales,
Oficina de Kinki Regional de Ministerio de Agricultura, Silvicultura y Pesquera. 1996. Construccin
y Mejoramiento de Presas de Tierra.
Okuda, Y. 2002. Informe del Especialista en Conservacin de agua (Corto plazo)
Sociedad Japonesa de Ingeniera Agrcola, 2000. Gua para Diseo del Proyecto de Mejoramiento del
Suelo, Consolidacin del Embalse.
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CAPTULO 4
RECARGA DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS EN EL SECANO DE NINHUE
Autores:Hamil Uribe C., Ing. Civil Agrcola, MSJos Luis Arumi, Ing. Civil, PhD.Luis Salgado S., Ing. Agrnomo, PhD.Liubow Gonzlez, Hidrogeologo, MS.
RECARGA DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS EN EL SECANO DE NINHUE
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4.1 INTRODUCCIN
El Secano Interior de Chile, donde se ubica la cuenca San Jos, es una zona que se caracteriza
por la baja disponibilidad de agua, siendo este un aspecto relevante para el desarrollo de la zona.
Puesto que la principal fuente de agua corresponde a recursos subterrneos, en este estudio se
cuantific la recarga para conocer su potencial en esta zona.
El estudio se realiz en la unidad vertiente oriental de la Cordillera de la Costa, en la provincia deuble, VIII regin, Chile (Figura 4.1).
Figura 4.1. Plano de ubicacin de la zona del estudio.
La zona se caracteriza por suelos granticos con un alto nivel de degradacin, lo que limita la
capacidad de infiltracin y de retencin de agua, afectando fuertemente la recarga de las aguas
El clima es de tipo mediterrneo marino, segn clasificacin de Papadakis (Del Pozo, 1999). Segn
informacin meteorolgica de la estacin San Agustn de Puual, perteneciente a la Direccin
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General de Aguas, ubicada a unos 7 km del rea del estudio, la precipitacin media anual es de
814 mm/ao (1993-2000), concentrada en los meses de invierno. Por otra parte, en los meses de
verano las temperaturas son elevadas y la evaporacin potencial alcanza niveles de 5.79 mm/dia.
El clima es apto para diversos cultivos, tales como vides, pistachos, olivos y otros, los cuales se
ven limitados por la escasez del agua.
El estudio se realiz en dos sub-cuencas ubicadas dentro de la cuenca San Jos, en el secano
interior de la VIII regin, en la comuna de Ninhue, donde se realizaron los balances hidrolgicos anivel del suelo, cuantificando sus componentes: precipitacin, evapotranspiracin, escorrenta
superficial y percolacin. Esta ltima puede ser considerada como la recarga de las aguas
subterrneas, parte de la cual es extrada con fines de consumo domstico y, en menor escala,
para riego, mediante pozos noria. Se ha estimado que los pozos noria captaran menos de 1.5
mm/ao en la cuenca San Jos (Prez, 2001).
El balance hidrolgico mensual se realiz utilizando una variacin de la metodologa de
Scozzafava (2001) quien propuso una combinacin de las metodologas de Thornthwaite y Curva
Nmero para discriminar entre escurrimiento superficial e infiltracin neta. Scozzafava simul la
escorrenta utilizando el mtodo de la Curva Nmero, mientras en este estudio la escorrenta
superficial correspondi a mediciones de campo. Alternativamente a los balance hidrolgicos se
realizaron estudios de recarga basados en las variaciones del nivel fretico, determinando reas de
acumulacin que corresponden a las partes bajas, cercanas a los esteros.
El objetivo de este estudio fue realizar una estimacin de la recarga por lluvia para cuantificar la
disponibilidad potencial de aguas subterrneas posibles de ser extradas por pozos noria.
4.1.1. Antecedentes del ProblemaDiversos factores tales como el clima, las caractersticas geolgicas, el suelo y el nivel de
degradacin antrpica existente en la zona del estudio influyen sobre la disponibilidad de agua, lo
que constituye un problema para sus habitantes. Actualmente las fuentes de captacin de agua
son pozos noria de baja capacidad que permiten extraer en promedio 460 l/da Sin embargo es
4.1.2. Zona del Estudio 2
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La cuenca San Jos (36 24 lat. Sur y 72 30 long. O) tiene una superficie de 10.57 km2y dentro
de ella se seleccionaron dos sub-cuencas en las cuales se realizaron balances hidrolgicos (Figura
4.2). En el Cuadro 4.1 se hace una caracterizacin fsica de las dos sub-cuencas analizadas y de
la cuenca San Jos. En el sector del estudio al igual que en las sub-cuencas existe una diversidad
de uso de suelos cuya distribucin se presenta en la Figura 4.4 y Cuadro 4.2.
Cuadro 4.1. Caracterizacin fsica de las sub-cuencas 1 y 2.
Caracterstica Unidad Sub-cuenca 1 Sub-cuenca 2 Cuenca San
Jos
Area km2 7.252 0.142 10.569
Permetro m 12,850 1,595 14,220
Elevacin min. m 55 95 42
Elevacin max. m 230 144 230Longitud del cauce
Principal
km 3.830 0.530 5.440
Pendiente del cauce
Principal
m/m 0.0193 0.056 0.015
Zona de Acumulacin Km2 0.93 0.023
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7
25094mE
72
0777mE
5970020 m N
5966207 m N
$T
$T
$T
$T
$T
$T
$T
$T
$T$T
$T
$T $T$T$T
$T
$T
$T$T
$T
$T$T$T$T $T$T
$T
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$T
$T
$T
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$T$T$T $T
$T
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$T$T
$T$T
$T$T
$T$T$T
$T$T
$T
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#S
1 0 1 kilmetros
Cuenca San JoseSub-cuenca 1Sub-cuenca 2Sub-cuenca 3
$T Pozos NoriaRed Drenaje
Cond. Hidraulica Ks# 4 - 10#S 11 - 38#S 39 - 149#S 150 - 258#S 259 - 514
N
4. 2. Cuenca San Jos y sub-cuencas 1, 2 y 3, indicando ubicacin de pozos noria y puntosy red de drenaje.
4.2 MATERIALES Y MTODOS
4.2.1. Mtodo del Balance Hidrolgico
El balance hidrolgico derivado de modificaciones del mtodo Thornthwaite (Scozzafava, 2001) se
puede resumir en la siguiente ecuacin:
i= i -1+ Pi Ei- ETri- PERi (1)Donde i y i 1 corresponden la humedad final del mes i e i-1, respectivamente; Pi es la
precipitacin, Ei la escorrenta superficial, ETri la evapotranspiracin real, y PERi la percolacin.
Todas las variables durante el mes i (Or and Hanks, 1992 citado por Vela, 2001). La percolacin
como una ponderacin de las ETc considerando las reas de cada uso de suelo (Cuadro 4.2). Los
usos de suelo de la zona son trigo, barbecho, pradera natural, forestal y crcavas (consideradas
f t l) L ET h id tili d b l hid l i (V l 2001) ti d l
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como forestal). La ETc ha sido utilizada en balances hidrolgicos (Vela, 2001) estimndola para
diferentes cultivos a partir de coeficientes de cultivo Kc (Jara, 1998) y evapotranspiracin de cultivode referencia ETo:
ETc = Kc * ETo (2)
Cuadro 4.2. Distribucin de uso de suelo en las sub-cuencas 1 y 2.
Sub-cuenca 1 Sub-cuenca 2
Uso Suelo Area (m2) % Area (m2) %Forestal 733,045 10 62,250 38
Forestal Carcava 1,202,810 17 46,625 28
Barbecho 353,043 5 13,100 8
Trigo 744,484 10 13,100 8
Pradera Natural 4,146,220 57 26,200 16
Infraestructura 72,521 1 2,500 2Total 7,252,123 100 163,750 100
El punto crtico en los mtodos de balance es la estimacin de ETo. El mtodo de Penman-
Montheith es considerado uno de los ms adecuados para este tipo de estudios (Jensen et al,
1990, citado por Gonzlez de Aguilar, 1997).
Adems se consider la estimacin de ETc con restriccin de humedad en el suelo en formamensual (Dick, 1983, citado por Shuttleworth, 1993, en Maidment, 1993).
ETc = f () * Kc * ETo (3)Donde
- w
f () = ---------- (4)
f- wdonde es el contenido de humedad del suelo; w es el contenido de humedad en Punto de
Marchitez Permanente (PMP); fes el contenido de humedad en Capacidad de Campo (CC). Este
tipo de estimacin tambin es mencionado por Millar (1993).
Nses el nmero de tormentas en el perodo de Nddas y ies su duracin promedio (en h). S es la
id d d i t i d l t t (1 2 f ) (Sh ttl th 1993
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capacidad de intercepcin de las tormentas (1.2 mm para conferas) (Shuttleworth, 1993, en
Maidment, 1993).
4.2.3. Modelo Hidrolgico
Como se observa en la Figura 4.5 el balance hidrolgico se efectu suponiendo que existen dos
elementos de almacenamiento de humedad en la cuenca: el suelo (horizontes A y B) y un
almacenamiento subterrneo. Cada uno de estos elementos se model como un estanque.
Figura 4.5. Modelo del Balance Hidrolgico utilizado.
De acuerdo a anlisis fsico-hdricos realizados en calicatas la capacidad de almacenamiento deagua en el suelo (HMAX) es de 150 mm (16% de humedad volumtrica a PMP y 31% de humedad
volumtrica a CC). En el modelo se ingresa una humedad inicial 0de manera que sea igual a la
humedad 12.(humedad final del mes 12).
El procedimiento se repite para 12 meses haciendo variar i de 1 a 12, desde febrero de 2001 a
enero de 2002. Se consider adecuado iniciar y terminar el perodo del balance hidrolgico
durante una poca cuando el suelo posee muy poco contenido de humedad segn lo sugerido porCustodio y Llamas (1983).
4.2.4. Algori tmo del Balance Hidrolgico
INICIO
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i1+ Pi- Ei> ETci
ETri= ETci
SI
NO
0 HMAX
SI
i= 0
NO
PERi= 0
012
i = i + 1
INGRESAR0Y HMAX
LEER Pi, Ei, ETci,
FIN
NO
zona de estudio (lat. 36 31 S y long. 72 22 O) que permiti estimar la evapotranspiracin de
cultivo de referencia (ETo) utilizando el mtodo de Penman-Montheith.
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Las mediciones de precipitacin fueron realizadas con tres pluvimetros marca Davis, tipo II, conun datalogger Hobo, y software para manejo de datos es el BoxCar Pro v.3.51, lo que permiti
tener informacin con sensibilidad de 0.2 mm.
La escorrenta superficial en la sub-cuenca 1 se midi con una canoa Santa Rita (Smith, 1982)
implementada con medidores de presin Diver, uno sumergido para medir presin por carga de
agua y presin atmosfrica, y otro fuera para medir presin atmosfrica y obtener el nivel de aguapor diferencia. El software de manejo de datos del Diver es el EnviroMon v 1.4. La escorrenta
superficial en la sub-cuenca 2 se midi utilizando una canoa de fondo plano de 0.4 * 1.8 m
(Valenzuela, 1997) y un sensor de nivel de agua modelo MiniTroll marca In situ y software Win-situ.
En ambos casos los registros se realizaron cada 5 minutos.
La ubicacin de los puntos aforo y de los pluvimetros en las sub-cuencas se presentan en la
Figura 4.2.
Las mediciones de reas de las sub-cuencas y de los diferentes tipos de uso de suelo se realizaron
digitalizando fotos areas escala 1:20,000 en Cartalinx y procesando la informacin en ArcView.
4.2.6. Mtodo de la variacin del Nivel Fretico
Basado en la topografa, cobertura vegetal, ubicacin de pozos norias y en otros estudios en los
cuales se realizaron prospecciones geofsicas, fue posible ubicar y dimensionar las zonas de
acumulacin en las sub-cuencas 1 y 2, que son las zonas bajas correspondientes a depsitos
sedimentarios de material arrastrado por el agua (Figura 4.3). Es en estos lugares donde se
ubican la mayora de los pozos noria de la cuenca San Jos. Los pozos noria fueron
georreferenciados y en 20 de ellos se realizaron mediciones del nivel fretico cada dos semanas y
en algunos casos se utilizaron sensores de nivel DIVER para tener registros continuos. Con esta
informacin se pudo obtener la variacin de nivel del agua para estimar la recarga.
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Figura 4.3. Ubicacin de pozos noria en sub-cuencas, zona de acumulacin y red dedrenaje.
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Figura 4.4. Usos de Suelo existentes en las sub-cuencas del estudio.
De pozos noria en construccin se extrajeron muestras de suelo para conocer la textura, y en base
a ella obtener la porosidad eficaz, segn el tringulo de clasificacin de suelos con isolneas de
porosidad eficaz (Custodio, 1983). En acuferos libres la porosidad eficaz es semejante al
coeficiente de almacenamiento (S), por lo tanto es posible usar este parmetro.
4.3 RESULTADOS Y DISCUSIN
Los resultados de los balances hidrolgicos mensuales de ambas sub-cuencas se presentan en las
Figuras 4.6 y 4.7 y Cuadro 4.3.
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0
50
100
150
200
250
Lmina(mm/mes)
feb-01
mar-01
abr-01
may-01
jun-01
jul-01
ago-01
sep-01
oct-01
nov-01
dic-01
ene-02
Meses
Cuenca 1
ETr E P ETo
Figura 4.6. Resultado del Balance hidrolgico en sub-cuenca 1.
0
50
100
150
200
250
Lmi
na(mm/mes)
feb-01
mar-01
abr-01
may-01
jun-01
jul-01
ago-01
sep-01
oct-01
nov-01
dic-01
ene-02
Cuenca 2
ETr E P ETo
Segn los resultados obtenidos, el comportamiento hidrolgico de ambas sub-cuencas result
semejante. La ETo fue alta durante el perodo de primavera-verano, sin embargo la ETr result
baja debido a la poca disponibilidad de agua en el suelo. La distribucin mensual de la escorrenta
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superficial present diferencias entre ambas sub-cuencas como se observa en las Figuras 4.6 y4.7. Las precipitaciones ocurridas durante los meses de marzo y abril, posteriores al perodo seco,
no produjeron escorrenta superficial, por ser consumidas por el suelo, y slo en mayo comenzaron
los flujos de agua en los esteros. La informacin en forma acumulada se presenta en las figuras
4.8 y 4.9.
Figura 4.8. Componentes del balance presentados en forma acumulada para la sub-cuenca 1.
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Figura 4.9. Componentes del balance presentados en forma acumulada para la sub-cuenca 2.
Con el mtodo del balance de masa puede estimarse la ETo con cierto error, que frecuentemente
puede alterar el clculo de la recarga (Samper, 1997, en Custodio, 1997). Se observ que la PER
fue del orden de 6% o inferior, respecto a la precipitacin acumulada anual (Figura 4.10 y Cuadro
4.3).
Cua
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