¡Descarga El Agua: Recurso Vital y su Importancia en la Agricultura y más Apuntes en PDF de Hidráulica solo en Docsity!
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 LA VIDA Y EL AGUA.
La vida tal como la conocemos no seria posible sin el agua dado que la totalidad de los seres vivientes están constituidos predominantemente de agua. El contenido de agua en los vegetales varía de un 60 % a un 95 % de su peso, en los insectos es de un 50 %, en los peces puede llegar a un 70 % y en el hombre es aproximadamente de un 68 %, razón por la cual se puede concluir que el agua, es el elemento vital para todos los seres vivientes. El recurso natural que genera impactos de mayor sensibilidad en la vida del hombre es el agua, especialmente el agua dulce o agua continental. Es fuente de vida. Sin ella no es posible concebir ninguna forma de desarrollo. Genera vida, haciendo digeribles por los vegetales los elementos nutritivos del suelo. Directamente y como parte del forraje, sostiene la vida de los animales herbívoros; y a partir de ellos, sustenta la existencia del hombre. Utilizada adecuadamente es fuente de energía, espacio de recreo y medio de vida de animales acuáticos que también son parte de la dieta alimenticia humana. En el proceso de su desarrollo tanto los animales como las plantas pierden agua constantemente, los primeros pueden recuperarla bebiendo directamente el agua o comiendo plantas que tengan humedad. Las plantas en cambio absorben el agua del suelo mediante finas radículas y por medio de un complicado sistema de conductos transportan el agua hasta los puntos más distantes de sus ramas y hojas. Mediante el agua contenida en el suelo la planta obtiene los elementos minerales y nutrientes que requiere, y por el fenómeno de la evapotranspiración el agua retenida en las hojas y los tallos pasa a la atmósfera, razón por lo cual esta perdida tiene su límite, si es abundante la planta se marchita y muere. En todo tiempo el hombre ha utilizado el agua para sus alimentos como para saciar su sed, luego la ha utilizado para alimentar y dar de beber a sus animales y posteriormente en el riego de las tierras con objeto de desarrollar las plantas y lograr sus frutos. Su aprovechamiento organizado se remonta a la aparición de las primeras plantas y animales domesticados por el hombre. Sin agua no puede realizarse ningún proceso vital, razón por la cual una gran parte de las plantas y animales vive en el mar. Para desarrollar sus procesos vitales todos los organismos vivientes necesitan agua por lo que una gran deshidratación puede ocasionarles hasta la muerte. 1.2 USOS DEL AGUA.
Docente: Mg. Ing. Celso Ramos Paucar
DOCENTE: Msc. ING. ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA Es Interesante anotar que del agua que se precipita desde la atmósfera el 40% aproximadamente se escurre, el 10% se Infiltra y el 50% se evapora por acción del sol desde el suelo y las plantas para volver nuevamente a la atmósfera. Del total del agua existente en el planeta el hombre sólo alcanza a utilizar menos del 6 %. Los usos del agua pueden ser los siguientes:
- Consuntivos : Cuando una parte de su masa se pierde como consecuencia del uso.
- No consuntivos : Cuando su pérdida no es apreciable por su uso.
- Degradante : Cuando el agua pierde su calidad a consecuencia de su uso.
- No degradante : Cuando no pierde calidad. FIG. No 1. USOS DEL AGUA Los principales usos del agua son: a) Abastecimiento de agua y alcantarillado: incluye el agua de consumo humano. Se estima que el consumo promedio mundial alcanza en el medio rural a 50 m^3 /año por habitante y en las ciudades es de 90 m^3 /año por habitante. Su uso es degradante y consuntivo. b) Irrigación y todo tipo de riego : incluye todas las técnicas asociadas con la agricultura. Su uso es consuntivo estimándose que su consumo alcanza los 225 m^3 /año/hab. c) Hidroelectricidad : no incluye el agua utilizada en plantas térmicas de generación eléctrica, su uso no es degradante, ni consuntivo. d) Navegación Fluvial : comprende los volúmenes de agua para alimentar los canales de navegación, como la regulación de los ríos considerando un gasto y tirante adecuados para la
- Irrigación por infiltración: Cuando una regadera, o un canal pueden humedecer en toda su longitud una profundidad de terreno para permitir el humedecimiento de las raíces de las plantas. 1.4 LA IRRIGACION EN EL MUNDO. Toda la historia de la humanidad puede ligarse de alguna manera a la Agricultura y considerar las técnicas de irrigación como un factor de desarrollo, de seguridad y prosperidad del hombre. La ingeniería y la Agricultura desde la antigüedad hasta nuestros días se han desarrollado conjuntamente tal como lo veremos a continuación: a. Periodo Antiguo (2000 A.C.-332 A.C.) En este periodo la cultura china desarrolla un vasto proyecto agrícola en los ríos Azul y Amarillo para alimentar por lo menos a 400 Millones de habitantes. En la India se construyen un conjunto de reservorios para Irrigar áreas secas. Igualmente los asirios y persas en la Mesopotamia derivan los ríos Eufrates y Tigris mediante canales con fines agrícolas. Cabe mencionar también los túneles usados por los reyes Arquímedes en Persia (600 años A.C.) b. Período Alejandrino (332 A.C.-642 D.C.) Para resumir la gigantesca obra realizada en este periodo nos referiremos a algunos científicos y a sus descubrimientos: Arquímedes: desarrolla el principio que lleva su nombre e inventa el tornillo hidráulico.
- Etsibio: inventa la bomba impelente
- Heròn de Alejandría: inventa la turbina de reacción.
- Vitrubio: desarrolla la rueda hidráulica de cucharas. En este periodo los ingenieros helenos construyeron acueductos, túneles, canales y diques que los romanos asimilaron para construir importantes proyectos de riego mediante extensos canales y acueductos. Los romanos llegaron a emplear bombas de bronce para la elevación del agua. Los restos arqueológicos dejados por ellos en Egipto. Francia y España son importantes. Basta mencionar la gigantesca rueda construida por Augusto en la ciudad de Fayun en Egipto para proveerle de agua. c. Período Islámico (642 D. C. - 1000 D. C.). En el año 634 de nuestra era, los árabes capturaron Alejandra e Iniciaron la era islámica en su desarrollo asimilaron las ciencias y técnicas antiguas mediante la traducción de los clásicos griegos, desarrollaron nuevas fuentes de energía, inventando la rueda hidráulica, los molinos de viento y los elevadores de agua, consiguiendo una gran técnica agrícola en sus proyectos. d. Civilización Tecnológica (1000 D.C.- Hoy).
La decadencia árabe da origen a la era de la civilización occidental que genera un acelerado desarrollo de las técnicas agrícolas e hidráulicas. En Francia, España e Inglaterra se fabrican más de 5000 molinos de viento, se construyen numerosos sistemas de canales para riego, y esclusas para la navegación, como se ejecutan obras para la generación hidráulica. Se inventan las ruedas Peltón y Francis. 1.5 EL AGUA EN EL MUNDO Y EN SUD AMÉRICA. El filósofo griego Tales de Mileto imaginaba la tierra como un océano infinito, en cuanto a longitud y anchura pero de profundidad limitada, sobre el cual flotaba el disco del Mundo, por esta razón creía que el agua era el principio de todas las cosas. En el globo terrestre de una superficie aproximada de 510 millones de km^2 , sólo 145 km^2 son tierra firme. En esa superficie la lluvia media anual no es uniforme y varía de 20 mm anuales en las zonas áridas a un promedio de 2,500 mm anuales en las zonas húmedas; habiendo llegado a un máximo anual de 26,461 mm en Cherrapunji, India. Se estima que la media anual alcanza los 610 mm en Europa, 840 mm en Asia, 700 mm en el Africa y en América Latina a 1,500 mm. La lluvia es más abundante en Sud América, que en Europa, Asia y África. Sin embargo su distribución es muy irregular tanto geográficamente como durante el año, paradójicamente tiene mayores áreas áridas y semiáridas que Europa. Un ejemplo son los desiertos de la costa Pacífica de Perú y Chile, donde las precipitaciones no alcanzan los 50 mm anuales mientras en otras áreas del continente existen áreas eternamente inundadas como la cuenca baja del río Amazonas. La disponibilidad bruta de agua en el planeta es de aproximadamente de 1’360,000 Hm^3 al año, de los cuales son aguas dulces únicamente el 1 %, es decir 13.600 Hm^3 y de este total sólo 4.100 Hm^3 son aguas de escurrimiento que equivalen a 3 milésimos del total. Los principales ríos se ubican en América tales como el Mississipi con un gasto de (19000 m^3 /seg), el San Lorenzo de (15,100 m^3 /seg), el Amazonas (190000 m^3 /seg), el Paraná con (18000 m^3 /seg), el Orinoco (24000 m^3 /seg), y el Uruguay con (4300 m^3 /seg). En el África el Congo (43000 m^3 /seg), el Nilo (3000 m^3 /s, en el Asia el Yenisel (18300 m^3 /seg), el Obi (15200 m^3 /seg), el Yangze (23000 m^3 /seg), el Bramaputra (21000 m^3 /seg) y el Ganges ( m^3 /seg). En Sud América los recursos superficiales en un 55 % corresponden a cuencas compartidas entre dos ó más naciones tal el caso de los ríos: Amazonas, Orinoco, Paraná, Uruguay y Paraguay. De un total de 19460, miles de km^2 de cuenca corresponden a cuencas compartidas internacionalmente cerca de 10797 km^2 , es decir el 55 %. Finalmente pese a la abundancia relativa del recurso agua en Sud América, sólo el 2.5 % de ella se utiliza en el riego de 8 millones de hectáreas. Es lamentable indicar que en las cuencas tropicales de Sud América y del Caribe se viene dando una acción depredadora del hombre, razón por la cual se está presentando una disminución paulatina de los recursos hídricos de la región.
FIG. No 1. 2 CULTIVOS EN LA SIERRA En el Periodo Formativo 3000 años A.C., la Cultura Chavín inicia el riego con pequeños canales. En el Periodo Floreciente 100 años A.C., la Cultura Mochica emprende un vasto sistema de riego que se extendió entre Lambayeque y Nepeña. Su apogeo se sitúa entre los siglos III y IX de nuestra era. El "Canal La Cumbre" (110 km de longitud), el "Acueducto Ascope" ambos en Chicama y la represa San José, son las obras más importantes. La Cultura Nazca 100 A.C., construyo los famosos acueductos subterráneos en el mismo cauce del río para recolectar el agua del subsuelo y utilizarla en el periodo de estiaje. Los túneles, muchos de más de un km de longitud, tienen aberturas ("ojos") para realizar el mantenimiento. En el Periodo tardío, floreció la Cultura Chimú siglos VIII y IX, ocupando una larga faja de la Costa (Olmos-Pativilca). Ellos irrigaron los ínter valles por medio de grandes canales al estilo egipcio, para aprovechar al máximo las aguas de las avenidas. "Pabur" (Piura), "Raca Rumi" y "Cucureque" (Lambayeque), son los canales de riego más importantes. En el Periodo Inca (siglos XII al XIV) se continúa el aprovechamiento de las tierras del desierto y se impulsa el desarrollo de las laderas y de las quebradas de los cerros en la sierra mediante la construcción de andenes. Aprovechan al máximo el agua - símbolo de vida- evitando el desperdicio y el mal uso. Existían penas muy severas para los que alteraran el reparto. La limpieza anual de los canales era una tarea obligatoria, el Curaca* o Cacique* era el responsable para la organización de estas labores, acompañado por el "Varayoc" o alcalde. Algunos historiadores consideran una superficie cultivada en la Costa (siglos XIII-XIV) en más de 700,000 ha; los cultivos sembrados: maíz, algodón nativo, pallar, fríjol, etc., eran de bajo consumo de agua. En el Perú Colonial (siglos XV-XVIII) la agricultura fue reemplazada por la actividad minera. El área de cultivo alcanza unas 300,000 ha. El proceso de despoblación indígena, las guerras pizarristas, las "mitas" y la viruela, contribuyen a esta decadencia.
DOCENTE: Msc. ING. ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA En este periodo se destacan disposiciones en torno al aprovechamiento y administración de las aguas: La Real Cédula del 20 de noviembre de 1536 dada por el Emperador Carlos V, ordenando que los españoles se repartieran el agua de acuerdo a los "usos y costumbres" de los indios y respetando sus derechos; el Reglamento de Antonio de Saavedra, Deán de la Catedral de Trujillo (1660); y, el Reglamento de Cerdán (1793), Juez de Aguas y Oidor de la Audiencia. A comienzos del siglo XX, Periodo Republicano, el Estado toma mayor interés en las obras de irrigación; se crea diversos organismos: Ingenieros de Minas y Aguas (1904), el Servicio Hidrológico (1911). Se contratan los servicios del Ing. Charles Sutton (1914), pionero de las irrigaciones y se obtiene el primer préstamo para la ejecución de obras de irrigación. FIG. No 1. 3 CULTIVOS DE CAÑA DE AZUCAR En el segundo gobierno de Leguía (1919-30) se inicia una política de irrigaciones y se ejecutan pequeños proyectos de riego y diversos estudios de irrigación (Olmos). En 1930 se crea la Dirección de Aguas e Irrigación que se encarga de los estudios y ejecución de obras de regadío. En 1945-48 se elaboró el Plan Nacional de Irrigación y Mejoramiento de Riego. Entre 1948 y 1956 el peso de las inversiones públicas alcanza niveles sin precedentes: 50% respecto al total de la inversión publica de 1952. Se destacan las obras de derivación del río Quiroz al río Piura y la del Chotano al río Chancay-Lambayeque. Entre 1956 y 1968, se ejecuta la irrigación La Joya, las presas de San Lorenzo y Tinajones y se inicia la ejecución de pequeños y medianos proyectos de irrigación. A partir de 1970 se da impulso a la construcción de los Grandes Proyectos hidráulicos, ubicados en su mayoría en la costa. INVERSIONES: Las obras hidráulicas hacen posible para el hombre el aprovechamiento eficiente del agua en sus diferentes usos. Las mayores inversiones del Estado y de particulares se han realizado en obras hidráulicas en la costa y sierra, con las características y resultados siguientes:
En economías de mercado, el agua se transfiere siempre del sector donde tiene menor valor económico al sector que puede pagar mas por el agua, la transferencia de recursos de agua en el Perú siempre ha sido del sector agrícola a los otros sectores económicos, y de la región de la Sierra a la Costa. El valor del agua depende del uso al que se destina. Su costo unitario tiene relación directa con la escasez, con las inversiones en obras hidráulicas para asegurar una dotación determinada, y los tratamientos para obtener la calidad deseada. Las mayores alzas en el costo del agua están ocurriendo para satisfacer las demandas de ciudades grandes como Lima, Arequipa y Trujillo. La recuperación de las inversiones en el sub sector aguas es menor que en telecomunicaciones, energía y gas. Las obras hidráulicas que signifiquen aportes considerables del Estado por extensos periodos deben ser evaluadas cuidadosamente en sus múltiples usos, especialmente la generación de energía hidroeléctrica atractiva para el sector privado mediante concesiones, y financiadas mayormente con ahorro interno. El Estado viene ejecutando diez proyectos Hidráulicos en la costa a través del INADE, cuyo componente principal es la irrigación. Según la información disponible al 2000 la inversión asciende a US $ 3,468 millones. PROYECTOS EJEC. PRESUP. HASTA EL AÑO 2000 (US$) BINACIONAL PUYANGO – TUMBES 67,287, CHIRA – PIURA 657,490, OLMOS - TINAJONES 337,198, JEQUETEPEQUE- ZAÑA 253,772, CHAVIMOCHIC 811,383, CHINECAS 162,414, TAMBO - CCARACOCHA 28,830, MAJES – SIGUAS 837,324, PASTO GRANDE 119,418, RECURSOS HIDRICOS TACNA 125,647, TOTAL COSTA 3,400,768, CUADRO N° 1. 2 INVERSION EN PROYECTOS HIDRICOS EN EL PERU Los agricultores peruanos han adaptado los cultivos nativos maíz, algodón, pallar y otros a la descarga de los ríos. Una alta intensidad de uso de la tierra (cultivos permanentes, dos o más cultivos temporales en el año), depende de regular la descarga de los ríos.
1.7 NECESIDAD DE LA IRRIGACIÓN EN EL PERÚ.
La estadística nos muestra que menos del 1.4 % del territorio del país se encuentra bajo cultivo, incluyendo en esta superficie las áreas de pastos naturales, mientras que la densidad de población con relación a las áreas cultivadas es de 1223 habitantes por km^2 , por lo cual estamos situados entre el segundo o tercer país de mayor densidad de población por km^2 cultivado, en contraste con nuestra densidad geográfica que es de 17 habitantes por km^2. Por otro lado la región de la costa es una faja angosta, que se extiende frente al Océano Pacifico hasta una altitud aproximada de 2000 m.s.n.m. En esta región la precipitación media anual varía de 20 a 50 mm, lo que no hace posible ningún tipo de cultivo, lo cual permite definir a la costa como un inmenso desierto separado de tramo en tramo por reducidos valles fértiles. En cambio las temperaturas medias en el año varían entre los 14 y 28° C, lo cual hace posible todo tipo de agricultura, pero la escasez de los recursos hídricos hace que la costa requiera en todo sus valles de proyectos de Irrigación. En la Figura No 1. 4 se muestra la limitada precipitación en el litoral peruano con la Curva Limite Probable de Precipitación de 250 mm anuales de la costa del Perú. A partir de los 2000 metros de nivel se inicia un proceso de elevación de los Andes, que cruzan longitudinalmente el territorio peruano en tres cordilleras denominadas Occidental, Central y Oriental respectivamente, a esa región se la conoce como Sierra. En esta región la precipitación aumenta relativamente desde 550 mm a 800 mm, pero es irregular y se presenta mayormente en los meses de Diciembre a Marzo, por lo cual también requiere de proyectos de riego, dado que la mayor parte de sus áreas son exclusivamente de secano. La característica principal de los Andes es que todas las cordilleras tienen un declive hacia el Oriente y desde el flanco central todos los ríos convergen al Amazonas y esta región constituye el Oriente peruano o la llamada Selva. Esta región se caracteriza por una mayor precipitación, la misma que varia entre los 900 y 3300 mm anuales y las lluvias son más intensas en los meses de Diciembre a Abril, mientras que sus temperaturas varían desde un mínimo de 15°C a un máximo de 35°C. La Selva abarca toda la extensión del oriente de los Andes y se encuentra en su mayor parte cubierta de abundante vegetación presentando contrastes en el clima, flora y fauna con el resto del territorio. En su relieve existen partes altas Llamadas Restingas donde es posible la colonización y asentamientos humanos mientras que en las depresiones llamadas Bajiales y las zonas Inundadas llamadas aguajales no es posible la Agricultura. En esta región es también necesaria la Irrigación y el Drenaje. con objeto de asegurar el agua en los periodos vegetativos de las plantas que generalmente no son coincidentes con el periodo de lluvias y en las áreas con problemas de hidromorfismo es necesario el Drenaje para desarrollar la Agricultura. Conviene enfatizar que la relación de área cultivada y población es sólo de 0.13 hectáreas por habitante, resultando ser la más baja en relación a los países vecinos; y es también una razón Importante para ampliar la frontera agrícola en base a la Irrigación.
CULTIVOS AGOSTO-FEBRERO 1998 - 99 1999 - 00 2000 - 01 2001 - 02 TOTAL NACIONAL 1477 1578 1562 1540 ALGODÓN RAMA 52 71 56 57 ARROZ CASCARA 213 202 226 253 MAIZ AMARILLO DURO 164 176 207 173 MAIZ AMILACEO 241 271 262 245 TRIGO 113 120 119 112 PAPA 231 243 202 219 YUCA 55 58 57 62 CEBOLLA 9 10 10 9 TOMATE 5 4 5 3 FRIJOL GRANO SECO 53 54 49 50 ARVEJA GRANO 34 40 39 36 OTROS 309 327 330 321 FUENTE : SNE-MINA G CUADRO N° 1. SUPERFICIE SEMBRADA POR CAMPAÑA AGRÍCOLA DE PRINCIPALES CULTIVOS: 1998 - 2002 (Miles de Hectáreas) Según INEI (1994), las tierras con sistema de riego en diferentes estados de conservación y manejo cubren una superficie de 1 752 000 has en promedio se riegan 1 109 000 ha (63.3%), Cuadro N° 1. . Si existen 1.8 millones de tierras aptas para el riego y se están regando 1 109 000 ha, se deduce que aun existe en el Perú 700 000 has aptas para el riego. CUADRO N° 1. AREAS CON INFRAESTRUCTURA DE RIEGO Y AREAS REGADAS SEGÚN REGIONES (Miles de Hectáreas) El desabastecimiento de productos agrícolas por falta de incremento de las áreas de cultivo en proporción del crecimiento poblacional es cada vez mayor, por cual es imprescindible un Plan Nacional a Mediano y Largo plazo, que incluya un agresivo programa de Irrigaciones, de obras de mejoramiento de riego, de drenaje y lavado de suelos que incrementen la frontera verde. Area con infraestructura de riego y areas regadas según Regiones ( Miles de ha) REGIONES SUPERFICIE DE RIEGO c/Infraestructura ( a ) % Regada ( b ) % ( b/a ) % COSTA 1,190 67.92 736 66.37 61. SIERRA 453 25.86 289 26.06 63. SELVA 109 6.22 84 7.57 77. TOTALES 1,752 100.00 1,109 100. Nota : Las cifas consignadas son estimadas Fuente : Elaborado en base a INEI : Avance de resultados del III Censo Agropecuario 1,
Para mostrar el estancamiento agrícola se incluye la producción nacional de la papa y del azúcar, cultivos que en muchos años no aumentan en rendimiento y producción. Ver Cuadro N 1.3: Producción Nacional de la Papa y de Azúcar. 1.8 DESARROLLO INTEGRAL DE CUENCAS. El proceso de planificación del uso y control del agua requiere como condición básica de un marco general y limitado que llamamos CUENCA. Así mismo el uso y control del agua esta ligado al uso del resto de recursos naturales ubicados en ese marco general que incluyen al clima, suelos, cubierta vegetal, topografía, minerales, recursos pesqueros, forestales y otros. La unidad fisiográfica “LA CUENCA” , tiene un significado muy preciso para la oferta del recurso hídrico dada su ubicación geográfica, por lo que el balance oferta demanda de los RECURSOS HÍDRICOS, en cada uno de los puntos de la cuenca debiera ser óptima dada la escasez en la mayoría de naciones del recurso agua y de los principales recursos naturales. Igualmente debieran efectuarse análisis de sensibilidad para escoger la mejor alternativa de los proyectos de propósitos múltiples o de un proyecto determinado. El aprovechamiento del recurso “AGUA” posibilita una serie de bienes y servicios tales como el riego, la hidroelectricidad, el abastecimiento de agua potable y alcantarillado, la navegación, la protección del medio ambiente mediante Proyectos Hidráulicos que en la actualidad dependen de diversos sectores tales como: Agricultura, Energía y Minas. Transportes y Comunicaciones e Industrias que no realizan coordinaciones entre ellos para la optimización de sus proyectos. Conviene al tratar de los Proyectos de Irrigación definir lo que se entiende por “Desarrollo Integral de Cuencas”. Este concepto ha sido muy bien definido por expertos de las Naciones Unidas a] indicar que: “Desarrollo Integral de Cuencas es el manejo ordenado de los recursos hidráulicos de una Cuenca mediante la selección de las mejo res alternativas de los diversos proyectos de propósitos múltiples que puedan ubicarse en cada uno de Los tramos de la cuenca para lograr el mayor Bienestar Humano ”. 1.9 EL PROYECTO IRRIGACION. En el proyecto de Irrigación participan una serie de profesionales e Ingenieros de diferentes especialidades pero en el presente libro nos referiremos principalmente a los aspectos de ingeniería civil y de hidráulica no así a las técnicas agrarias ni agro económicas. En el Perú por las características de su territorio el Proyecto de Irrigación se inicia en las zonas altas de la cordillera mediante la construcción de represas con la finalidad de almacenar los excedentes de agua en épocas de crecidas de los ríos de la costa. En la mayoría de los proyectos es posible incluso construir almacenamientos en la vertiente oriental o Amazónica de los Andes y luego trasvasar las aguas hacia la cuenca del Pacifico mediante canales y túneles.
FIG. 1. 6 PRINCIPALES PROYECTOS DE IRRIGACION EN EL PERU
