Hidrlogia Del Secano

7/22/2019 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

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##

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##

##

##

###

##

#

#

#

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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dic

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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


32/197

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),


33/197

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).


34/197

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.


35/197

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.


36/197

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.


37/197

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


38/197

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.


39/197

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


40/197

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.


41/197

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.


42/197

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.


43/197

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


44/197

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

20

30

40

50

60

70

80

100

9010

20

30

40

50

60

70

80

90

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

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

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


45/197

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.


46/197

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


47/197

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.


48/197

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


H =4m


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 .


49/197



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


(2) Con filtro para drenaje

Zanja de dentelln

Zanja de dentelln



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


(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


50/197

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.


51/197

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


52/197

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


53/197

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


54/197

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


55/197

3 4 5 Diseo de un vertedero


56/197

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)


57/197

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.


58/197

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,


59/197

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.


60/197

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


61/197

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


62/197

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 .


63/197

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,


64/197

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


65/197

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


66/197

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.


67/197

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


68/197

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


69/197

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


70/197

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


71/197

7

25094mE

72

0777mE

5970020 m N

5966207 m N

$T

$T

$T

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$T $T$T$T

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#S#S

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#

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#S

#S

#S

#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


72/197

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


73/197

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


74/197

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.


75/197

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.


76/197

Figura 4.3. Ubicacin de pozos noria en sub-cuencas, zona de acumulacin y red dedrenaje.


77/197

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.


78/197

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


79/197

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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Hidrlogia Del Secano