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Control del nivel freático

En ingeniería geotécnica , el control del nivel freático es la práctica de controlar la altura del nivel freático mediante el drenaje . Sus principales aplicaciones son en tierras agrícolas (para mejorar el rendimiento de los cultivos mediante sistemas de drenaje agrícola ) y en las ciudades para gestionar la extensa infraestructura subterránea que incluye los cimientos de grandes edificios, sistemas de tránsito subterráneos y amplios servicios públicos ( redes de suministro de agua , alcantarillado , desagües pluviales y redes eléctricas subterráneas ).

Descripción y definiciones

El drenaje subterráneo [1] tiene como objetivo controlar el nivel freático de las aguas subterráneas en terrenos originalmente anegados a una profundidad aceptable para el propósito para el que se utiliza el terreno. La profundidad del nivel freático con drenaje es mayor que sin él.

Figura 1. Parámetros de drenaje en el control del nivel freático
Figura 2. Rendimiento del cultivo (Y) y profundidad del nivel freático (X en dm) [2]

Objetivo

En el drenaje de tierras agrícolas , el propósito del control del nivel freático es establecer una profundidad del nivel freático (Figura 1) que ya no interfiera negativamente con las operaciones agrícolas necesarias y los rendimientos de los cultivos (Figura 2, realizada con el modelo SegReg , consulte la página: regresión segmentada ).
Además, el drenaje de tierras puede ayudar con el control de la salinidad del suelo . La conductividad hidráulica
del suelo juega un papel importante en el diseño del drenaje.

Se requiere el desarrollo de criterios de drenaje agrícola [3] para brindar al diseñador y administrador del sistema de drenaje un objetivo a alcanzar en términos de mantenimiento de una profundidad óptima del nivel freático.

Figura 3. Efectos positivos y negativos del drenaje de tierras

Mejoramiento

La optimización de la profundidad del nivel freático está relacionada con los beneficios y los costos del sistema de drenaje (Figura 3). Cuanto menor sea la profundidad permisible del nivel freático, menor será el costo del sistema de drenaje que se debe instalar para lograr esta profundidad. Sin embargo, la reducción de la profundidad originalmente demasiado superficial mediante el drenaje terrestre conlleva efectos secundarios . Estos también deben tenerse en cuenta, incluidos los costos de mitigación de los efectos secundarios negativos. [3]

Figura 4. Ejemplo de efectos de la profundidad del drenaje

La optimización del diseño del drenaje y el desarrollo de criterios de drenaje se analizan en el artículo sobre investigación de drenaje .

La figura 4 muestra un ejemplo del efecto de la profundidad del drenaje sobre la salinidad del suelo y varios parámetros de riego/drenaje simulados por el programa SaltMod . [4]

Historia

Históricamente, el drenaje de tierras agrícolas comenzó con la excavación de zanjas abiertas relativamente poco profundas que recibían tanto la escorrentía de la superficie de la tierra como la salida de las aguas subterráneas . Por lo tanto, las zanjas tenían una función de drenaje superficial y subterráneo.
A fines del siglo XIX y principios del siglo XX se sintió que las zanjas eran un obstáculo para las operaciones agrícolas y se reemplazaron por líneas enterradas de tuberías de arcilla (tejas), cada teja de unos 30 cm de largo. De ahí el término " drenaje de tejas ".
Desde 1960, se comenzaron a utilizar tuberías de plástico corrugado ( PVC o PE ) largas y flexibles que podían instalarse de manera eficiente de una sola vez con zanjadoras . Las tuberías podían envolverse previamente con un material envolvente, como fibra sintética y geotextil , que evitaría la entrada de partículas de tierra en los drenajes.
De esta manera, el drenaje de tierras se convirtió en una industria poderosa. Al mismo tiempo, la agricultura se encaminaba hacia la máxima productividad, por lo que la instalación de sistemas de drenaje entró en pleno auge.

Figura 5. Drenaje controlado

Ambiente

Como resultado de los desarrollos a gran escala, muchos proyectos de drenaje modernos fueron sobrediseñados , [5] mientras que se ignoraron los efectos secundarios ambientales negativos. En los círculos con preocupación por el medio ambiente, la profesión de drenaje de tierras obtuvo una mala reputación, a veces con razón, a veces injustificada, en particular cuando el drenaje de tierras se confundió con la actividad más amplia de recuperación de humedales . Hoy en día, en algunos países, la tendencia de línea dura se ha invertido. Además, se introdujeron sistemas de drenaje controlados o revisados , como se muestra en la Figura 5 y se analiza en la página: Sistema de drenaje (agricultura) .

Diseño de drenaje

Figura 6. Geometría de un sistema de drenaje de pozo.

El diseño de sistemas de drenaje subterráneo en términos de disposición, profundidad y espaciamiento de los drenajes se realiza a menudo utilizando ecuaciones de drenaje subterráneo con parámetros como la profundidad del drenaje, la profundidad del nivel freático, la profundidad del suelo, la conductividad hidráulica del suelo y el caudal del drenaje. El caudal del drenaje se obtiene a partir de un balance hídrico agrícola .
Los cálculos se pueden realizar utilizando modelos informáticos como EnDrain, que utiliza el equivalente hidráulico de la ley de Joule en electricidad. [6]

Drenaje por pozos

El drenaje subterráneo de las aguas subterráneas también puede lograrse mediante pozos bombeados ( drenaje vertical , en contraste con el drenaje horizontal ). Los pozos de drenaje se han utilizado ampliamente en el Programa de Control y Recuperación de Salinidad (SCARP) en el valle del Indo de Pakistán . Aunque las experiencias no fueron demasiado exitosas, no se debe descartar la viabilidad de esta técnica en áreas con acuíferos profundos y permeables. Los espaciamientos de los pozos en estas áreas pueden ser tan amplios (más de 1000 m) que la instalación de sistemas de drenaje vertical podría ser relativamente barata en comparación con el drenaje subterráneo horizontal (drenaje por tuberías, zanjas, trincheras, a un espaciamiento de 100 m o menos). Para el diseño de un campo de pozos para el control del nivel freático, el modelo WellDrain [7] puede ser útil.

Clasificación

Una clasificación de los sistemas de drenaje se encuentra en el artículo Sistema de drenaje (agricultura) .

Efectos sobre el rendimiento de los cultivos

Rendimiento de la caña de azúcar en función de la profundidad del nivel freático, Australia. La profundidad crítica es de 0,6 m. [8] [9]

La mayoría de los cultivos necesitan un nivel freático a una profundidad mínima. [10] Para algunos cultivos importantes de alimentos y fibras se realizó una clasificación [11] porque a profundidades menores el cultivo sufre una disminución del rendimiento. [12]

(Donde DWT = profundidad del nivel freático)

Véase también

Referencias

  1. ^ Nosenko, PP y IS Zonn 1976. Drenaje de tierras en el mundo. Boletín ICID 25, 1, págs. 65-70.
  2. ^ Datos proporcionados por varios autores sobre la respuesta del banano, el algodón, la caña de azúcar y el trigo a niveles freáticos poco profundos [1]
  3. ^ ab Criterios de drenaje agrícola , Capítulo 17 en: HPRitzema (2006), Principios y aplicaciones del drenaje, Publicación 16, Instituto Internacional para la Recuperación y Mejora de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. ISBN  90-70754-33-9 . Descargar desde: [2] o directamente como PDF: [3]
  4. ^ SaltMod, descripción de los principios, manual del usuario y ejemplos de aplicación. Informe especial del ILRI. Instituto Internacional de Recuperación y Mejora de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descargar desde: [4] o directamente como PDF: [5]
  5. ^ Drenaje de tierras agrícolas: una aplicación más amplia mediante la precaución y la moderación . En: Informe anual del ILRI de 1991, págs. 21-36, Instituto Internacional de Recuperación y Mejora de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descargar desde: [6] o directamente como PDF: [7]
  6. ^ Balance energético del flujo de agua subterránea aplicado al drenaje del subsuelo en suelos anisotrópicos mediante tuberías o zanjas con resistencia de entrada , Instituto Internacional de Recuperación y Mejora de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descargar desde: [8] o directamente como PDF : [9]
    Documento basado en: RJ Oosterbaan, J. Boonstra y KVGK Rao, 1996, The energy balance of groundwater flow . Publicado en VPSingh y B.Kumar (eds.), Subsurface-Water Hydrology, p. 153-160, Vol.2 de Proceedings of the International Conference on Hydrology and Water Resources, Nueva Delhi, India, 1993. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Países Bajos. ISBN 978-0-7923-3651-8 . Descargar como PDF : [10] Descargar el programa EnDrain desde : [11] 
  7. ^ Drenaje subterráneo mediante pozos (tubulares): ecuaciones de espaciamiento de pozos para pozos de penetración total y parcial en acuíferos uniformes o estratificados con o sin anisotropía y resistencia de entrada . Documento que explica los conceptos básicos del modelo WellDrain, Instituto Internacional para la Recuperación y Mejora de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descargar como PDF: [12]
    Descargar el programa WellDrain desde: [13]
  8. ^ Rudd, AV y CW Chardon 1977. Los efectos del drenaje en los rendimientos de la caña medidos por la altura del nivel freático en el área de Machnade Mill. En: Actas de la 44.ª Conferencia de la Sociedad de Tecnología de la Caña de Azúcar de Queensland, Australia.
  9. ^ Software para regresión parcial con segmento horizontal
  10. ^ Rendimiento de los cultivos en función de la profundidad del nivel freático, análisis estadístico de los datos medidos en tierras agrícolas con el objetivo de formular las necesidades de drenaje. Revista internacional de ciencias agrícolas, 6, 174-187. En línea: [14] o [15]
  11. ^ Nijland, HJ y S. El Guindy 1984. Rendimiento de los cultivos, salinidad del suelo y profundidad del nivel freático en el delta del Nilo . En: ILRI Annual Report 1983, Wageningen, Países Bajos, págs. 19-29. En línea: [16]
  12. ^ KJLenselink et al. Tolerancia de los cultivos a aguas superficiales . En línea: [17]

Enlaces externos