UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

APUNTES DE CLASE

CURSO DE IRRIGACIONES

PROFESOR: ING. JOS PORTOCARRERO HUACO

AREQUIPAPER 2005

CURSO DE IRRIGACIONES INDICEPAG

1. ASPECTOS GENERALES

1 1 2 3 3 3

1.1 IRRIGACIONES EN EL PER 1.2 IRRIGACIONES EN LA REGIN AREQUIPA2. EL PROYECTO DE IRRIGACIN 2.1 DEFINICIN 2.2 CONCEPCIN DEL PROYECTO 2.3 CRITERIOS BSICOS PARA LA FORMULACIN DE UN

PROYECTO DE IRRIGACIN 3. ESPECIALIDADES3.1 HIDROLOGA 3.2 EDAFOLOGA 3.3 TOPOGRAFA Y CARTOGRAFA 3.4 GEOLOGA 3.5 AGROLOGA 3.6 INGENIERA DEL PROYECTO 3.6.1 PLANTEAMIENTOS HIDRULICOS 3.6.2 SIMULACIN HIDRULICA 3.6.3 DISEOS 3.7 INGENIERA DE COSTOS

3 44 5 5 5 6 6 6 6 6 6 7 7 7

3.8 EVALUACIN ECONMICO-FINANCIERA DEL PROYECTO3.9 IMPACTO AMBIENTAL 4. INFRAESTRUCTURA HIDRULICA

4.1

INFRAESTRUCTURA HIDRULICA MAYOR 4.2 INFRAESTRUCTURA HIDRULICA MENOR4.3 DISEO DE CANALES

7 89 9

4.3.1

DISEO HIDRULICO DE CANALES

4.3.2 DISEO ESTRUCTURAL DE CANALES 5. FORMULACIN TERICA DE UN PROYECTO DE IRRIGACIN 5.15.2 DEFINICIN DEL MARCO LGICO UTILIDAD DEL MARCO LGICO

910 10 10 10 11 12 17

5.3 ELABORACIN DEL MARCO LGICO 5.4 ESTRUCTURA DEL MARCO LGICO 6. 7. BIBLIOGRAFA ANEXOS

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CURSO DE IRRIGACIONES

4. ASPECTOS GENERALES 4.1 IRRIGACIONES EN EL PER En el Per antiguo, la agricultura era la actividad principal de la poblacin. Con escasa y poca tierra, su alimentacin por mucho tiempo estaba reducida a la papa, la quinua y la caigua. Nadie sabe como apareci el maz, solo era sembrado en zonas templadas, exigiendo riego artificial, de abonos y labores agrcolas. Era muy utilizado en forma muy variada, sobre todo para bebidas, como la chicha que se ofreca al Dios Sol Se le considera como el pionero de la Ingeniera Hidrulica , al Ingeniero Charles W. Sutton. Desde el Gobierno de Augusto B. Legua, por el ao de 1 924; se inician muchas irrigaciones en el Per, tales como:

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La Irrigacin en el Valle de El Impartal, con los recursos hdricos del ro Caete.

La Derivacin de las agua de la Laguna de Choclococha, en la regin Ayacucho,

hacia el Valle de Ica.

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La irrigacin Chira-Piura, que comprende la derivacin integral del ro Quiroz hacia la cuenca del ro Piura, para fines de desarrollo agrcola. Dentro de los objetivos, se tiene la incorporacin de 45 000 ha de nuevas tierras y el mejoramiento de riego de 31 000 ha. La infraestructura hidrulica mayor est conformada por un sistema de dos represas: la represa de San Lorenzo, con un capacidad de 258 MMC y la represa de Poechos, con capacidad de 900 MMC.

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El Proyecto Especial Jequetepeque-Zaa, en el valle de Jequetepeque. Considera la incorporacin de 6 700 ha de nuevas tierras y el mejoramiento de riego de 36 000 ha.

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Dentro de la infraestructura mayor, se tiene la represa de Gallito Ciego con una capacidad de 400 MMC

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La Irrigacin Maje-Siguas, considera la incorporacin de 23 000 ha de nuevas tierras en las pampas de Majes y 42 000 ha de nuevas tierras en las pampas de Siguas. Utiliza las aguas de trasvase de las cuencas del ro Colca y del Apurimac. Dentro de su infraestructura hidrulica, se tiene la represa de Condoroma, con una capacidad de 285 MMC y la de Angostura, con una capacidad de 1 140 MMC, la bocatoma de Tuti y para la aduccin Colca-Siguas 88,19 km de tneles y 12,80 km de canales, para un caudal de 34 m3/s.

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Proyecto Especial Chavimochic, para la incorporacin de 108 006 ha de nuevas tierras y el mejoramiento de riego de 95 809 ha, en los valles de Chao-Vir-MocheChicama. Utiliza las agua del ro Santa para un caudal de diseo de 85 m3/s.

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Proyecto Especial Chinecas, para la incorporacin de 45 000 ha de nuevas tierras. Utiliza las aguas del ro Santa.

4.2 IRRIGACIONES EN LA REGIN AREQUIPA En la Regin Arequipa, existen irrigaciones de menor cuanta, tales como: La Irrigacin El Cural Irrigacin La Joya Irrigacin San Camilo Irrigacin del Ro Arma, en Condesuyos La Irrigacin Andagua-Soporo La Campia de Arequipa, etc.

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5. EL PROYECTO DE IRRIGACIN 5.1 DEFINICIN Una IRRIGACIN, constituye un proyecto de aprovechamiento hidrulico para fines de desarrollo agrcola o fines de riego; por lo tanto, los recursos bsicos e indispensables que dan origen al PROYECTO, son el binomio AGUA-SUELO. La VIABILIDAD de un proyecto de irrigacin, se sustenta en la disponibilidad de los recursos agua-suelo, para ello es importante los estudios que permitan identificar y evaluar la existencia y disponibilidad de ambos recursos. As mismo, ser necesario la evaluacin econmica y social del proyecto, donde los indicadores econmicos como el VAN y el TIR Social lo califiquen como rentable en trminos sociales. Adems, se tendr en cuenta el anlisis de sensibilidad para diferentes parmetros (como el costo de inversin y los beneficios esperados con la ejecucin del proyecto), el estudio y evaluacin del impacto ambiental y la sostenibilidad del mismo. 2.2 CONCEPCIN DEL PROYECTO En la formulacin de un proyecto de irrigacin, existen dos fases bien definidas: la primera, relacionada a la concepcin del proyecto y la segunda, al desarrollo del mismo. La concepcin de una IRRIGACIN, es la parte creativa dentro de la formulacin del proyecto, donde el profesional especialista aporta con sus ideas, su conocimiento y experiencia profesional. En esta fase, se realizan los estudios del recurso AGUA: evaluacin de las diferentes alternativas seleccionadas en funcin de las fuentes de agua existentes, de la oferta hdrica, la demanda de agua, el balance hdrico, etc. y el recurso SUELO, para luego definir el esquema hidrulico del aprovechamiento. 2.3 CRITERIOS BSICOS PARA LA FORMULACIN DE UN PROYECTO DE IRRIGACIN

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Como premisa bsica se proceder a efectuar el estudio de impacto ambiental en el rea de influencia del proyecto, orientado a determinar los efectos positivos y negativos en los medios fsicos, biolgico, bitico, atmosfrico y socioeconmico, cuyas conclusiones deben ser determinantes para declarar la VIABILIDAD del

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mismo.

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Estudio de las fuentes de agua.- En la naturaleza existen dos tipos de fuentes de agua: aguas superficiales y aguas subterrneas. Las primeras las constituyen los ros, los lagos, los mares, los nevados, etc. y, las segundas, los acuferos, los cuales se encuentran a grandes profundidades de la superficie terrestre.

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Estudio de la oferta hdrica.- Todo proyecto de irrigacin deber acreditar la disponibilidad de agua para uso consuntivo (riego) y no consuntivo (uso poblacional, uso agro-industrial, uso turstico, caudal ecolgico, derecho de terceros, etc.), para lo cual se requiere del estudio hidrolgico del ro traducido en caudales medios mensuales, con una persistencia mnima del 75 %.

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Estudio de la demanda de agua.- El proyecto deber presentar un anlisis de la demanda de agua para uso consuntivo a partir de la cdula de cultivos y uso no consuntivo (uso poblacional, uso agroindustrial, uso turstico, caudal ecolgico, derecho de terceros, etc.) teniendo en cuenta los factores climatolgicos, agronmicos, eficiencia de riego, perodo vegetativo; requerimiento que depender del tamao del proyecto. Conocida la demanda de agua se tramitar ante la autoridad competente la reserva de agua correspondiente (dotacin de agua).

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Balance hdrico.- Mediante la comparacin entre la oferta hdrica y la demanda de agua del proyecto, incluido el caudal ecolgico y los derechos de terceros, ser posible determinar si existe suficiente disponibilidad del recurso hdrico o dficit del mismo. De presentarse cualquiera de los casos, nos permitir definir el esquema hidrulico del proyecto.

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Formulacin del esquema hidrulico.- Comprende la infraestructura hidrulica mayor y menor y, el estudio de vulnerabilidad frente a los fenmenos naturales de origen endgeno y exgeno (sismicidad, hidrolgicos, geolgicos, geotcnicos, etc.)

3. ESPECIALIDADES Por la complejidad y carcter multidisciplinario de un proyecto de irrigacin, se hace necesaria la participacin de las siguientes especialidades.

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3.1 HIDROLOGA Comprende bsicamente: - Identificacin y evaluacin de las fuentes de agua disponibles para el proyecto, que pueden ser aguas superficiales o aguas subterrneas.

- Para las aguas superficiales, se requiere el estudio hidrolgico de la cuencarespectiva

- Para las aguas subterrneas, se requiere el estudio hidrogeolgico - Evaluacin de la calidad del agua a ser utilizada. - Determinacin del caudal aprovechable de la fuente de agua seleccionada. - Determinacin de los caudales medios mensuales, con una persistencia mnima del75%, correspondiente a la oferta hdrica, condicin exigida por las entidades internacionales de financiamiento de proyectos de inversin.

- Determinacin del caudal mximo de diseo, teniendo en cuenta los factoresreferidos al riesgo de falla y a la vida esperada de cada una de las estructuras que conformen el aprovechamiento hidrulico. 3.2 EDAFOLOGA

- Es importante la realizacin del estudio edafolgico del rea irrigable, a fin deestablecer las aptitudes de los suelos para el desarrollo agrcola y, luego formular sobre la base de los resultados, la cdula de cultivos representativa. El estudio comprende:

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Clasificacin de los suelos del rea irrigable del proyecto. Descripcin de los tipos y fases de suelos. Problemas especiales, salinidad, pedregosidad, erosin, drenaje y topografa.

3.3 TOPOGRAFA Y CARTOGRAFA Recopilacin y adquisicin de las hojas de la Carta Nacional e Imgenes Satelitales para la formacin del mosaico correspondiente al rea del proyecto. Verificaciones en campo de los aspectos topogrficos y geolgicos ms importantes,

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mediante la utilizacin de un GPS y una estacin total.

3.4 GEOLOGA Comprende los siguientes aspectos: Geologa Regional Geologa local del rea del proyecto. Geomorfologa. Geologa de las reas de las principales estructuras. Hidrogeologa.

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3.9 AGROLOGA CEDULA DE CULTIVOS y DEMANDA DE AGUA El especialista propondr los cultivos a ser utilizados en la irrigacin de acuerdo con los resultados del estudio edafolgico (estudios de suelos) Se determinar la demanda de agua en funcin al tamao del proyecto, compatibilizando mdulos de riego correspondientes a sistemas de riego tecnificado, para lo cual se tendr en cuenta los resultados del estudio edafolgico. BALANCE HIDRICO

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Se efectuar el balance hdrico entre la oferta y la demanda de agua, teniendo en cuenta los derechos de terceros vigentes segn ley y el caudal ecolgico. La demanda de agua comprende el uso consuntivo segn la cdulas de cultivos y otros usos (uso poblacional, agroindustrial, turstico, etc.). En esta etapa se define el caudal de diseo para la irrigacin, considerando las prdidas de agua tanto de carcter endgeno como exgeno.

3.10 INGENIERA DEL PROYECTO (INGENIERA HIDRULICA)3.10.1 PLANTEAMIENTOS HIDRULICOS

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-

Segn el balance hdrico de la cuenca en estudio, se identificar la existencia de una o ms alternativas tcnicas factibles del aprovechamiento hidrulico. Eleccin de la mejor alternativa, previa evaluacin de cada uno de los planteamientos.

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3.10.2 SIMULACIN HIDRULICA Estudio mediante modelos matemticos Estudio en laboratorio, mediante modelos hidrulicos a escala reducida 3.10.3 DISEOS

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Parmetros de diseo (caudal de diseo) Diseo hidrulico Diseo estructural Memoria y especificaciones tcnicas. Elaboracin de planos. 3.11 INGENIERA DE COSTOS Estimacin de los costos de inversin. Estimacin de los costos de desarrollo. Gastos anuales de operacin y mantenimiento. Cronograma de inversin.

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3.12 EVALUACIN ECONMICO-FINANCIERA DEL PROYECTO Costos de inversin. Beneficios directos, indirectos e intangibles. Anlisis de los indicadores econmicos. Anlisis de los indicadores financieros. Anlisis de sensibilidad.

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3.13 IMPACTO AMBIENTAL - Identificacin del proyecto - Efectos ambientales positivos - Efectos ambientales negativos - Plan de mitigacin 4. INFRAESTRUCTURA HIDRULICA

Comprende: La infraestructura hidrulica mayor y La infraestructura hidrulica menor

-

4.3

INFRAESTRUCTURA HIDRULICA MAYOR Obras de Regulacin.- De acuerdo al balance hdrico entre la oferta y la demanda de agua del proyecto, se evaluar la necesidad de considerar dentro del esquema general del aprovechamiento hidrulico, obras de regulacin, cuyo emplazamiento ser definido luego de un estudio consistente, obras que permitirn garantizar los caudales requeridos para el proyecto. Obras de Captacin.- La ubicacin del punto de captacin, se obtiene mediante una nivelacin, desde la cabecera de las reas por irrigar, hasta interceptar con el cauce del ro, siguiendo una lnea de gradiente en sentido inverso al flujo, de modo que nos garantice para la irrigacin, una conduccin que funcione hidrulicamente por gravedad. Obres de Conduccin.- Conformado por conductos abiertos o cerrados (canales, tneles, tuberas), provistos de un aliviadero al inicio de la conduccin, para el control de las aguas de demasa y de un desarenador, para el control del material slido en suspensin. Permitirn hacer llegar el agua desde la bocatoma hasta la cabecera de las reas por irrigar.

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Obras de Arte.- Segn la topografa y geomorfologa de la zona, ser necesario proyectar obras que permitan salvar los obstculos naturales que se presenten a lo largo de la conduccin, como quebradas, desniveles, etc.

4.4 INFRAESTRUCTURA HIDRULICA MENOR Dentro de las obras de infraestructura menor de riego, se tiene:

-

Riego por Inundacin.- Comprende el canal principal o canal madre, canales laterales, canales secundarios, tomas, medidores de caudal tipo Parshall, partidores automticos, compuertas, etc., estructuras que son proyectadas dentro de las reas por irrigar.

-

Riego Tecnificado.- Se tendr en cuenta los diferentes sistemas de riego tecnificado existentes, tales como riego por aspersin, riego por goteo, riego por exudacin, etc. De manera general, un sistema de riego tecnificado est conformado bsicamente de los siguientes elementos: a) Cmara de carga, llamado tambin vaso regulador b) Tubera de aduccin, que une el vaso regulador con la red c) Red de distribucin, la cual permite hacer que llegue el agua dentro de la parcela.

4.3 DISEO DE CANALES Los canales son conductos abiertos en los cuales el agua circula por la accin de la fuerza de la gravedad y sin ninguna presin, dado que la superficie libre del lquido est en contacto con la atmsfera. 4.3.2 DISEO HIDRULICO DE CANALES

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El diseo hidrulico de canales, est basado en las tres leyes fundamentales de la hidrulica; es decir, las ecuaciones de continuidad, las ecuaciones de la conservacin de la energa y las ecuaciones de la cantidad de movimiento, complementadas con las ecuaciones de vertederos y orificios, segn el caso. En general, para el diseo de canales, se aplica el concepto de la mxima eficiencia hidrulica y el concepto de la energa especfica. El primer criterio se refiere a que para el mismo caudal, pendiente y calidad de paredes se tiene una seccin transversal de rea mnima, y el segundo criterio se refiere a las condiciones de diseo sobre la energa especfica; las cuales sealan que la energa especfica del flujo en cualquier seccin del canal, debe ser igual o mayor que 1,5 veces la energa especfica correspondiente a las condiciones crticas del mismo. 4.3.2 DISEO ESTRUCTURAL DE CANALES El diseo estructural de canales, se sustenta en las caractersticas geotcnicas y la capacidad portante del terreno donde se emplaza el canal. Para tal efecto se tiene en cuenta la interaccin entre el suelo y el canal, y las condiciones de trabajo de cada uno de los elementos que conforman la seccin transversal del mismo, para la cuantificacin de todos los esfuerzos que actan en cada uno de ellos, originados por las cargas hidrostticas, las subpresiones, empujes de tierra, etc. segn el caso. Segn normas, por tratarse de estructuras hidrulicas, el concreto utilizado en el

revestimiento de canales, tendr una resistencia a la compresin de fc = 245 kg/cm2 y una resistencia a la abrasin no mayor del 40 %, referida al porcentaje de desgaste del agregado grueso obtenida en laboratorio mediante la Prueba de los ngeles.

6.

FORMULACIN TERICA DE UN PROYECTO DE IRRIGACIN DEFINICIN DEL MARCO LGICO

6.1

El marco lgico, es una forma de presentacin de los proyectos de irrigacin. Se trata de un resumen ejecutivo del proyecto bajo la forma de un cuadro de dos entradas, tipo matriz.

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Debido a la gran envergadura de los proyectos de riego, se recomienda elaborar una matriz de marco lgico para cada alternativa de solucin planteada. En el marco lgico se verifica la consistencia interna del proyecto, reconociendo las relaciones de causa-efecto y medios-fines entre los niveles del mismo.

5.2

UTILIDAD DEL MARCO LGICO

- Ayuda a entender con claridad la naturaleza del problema que se pretende resolver y sus posibles soluciones. - Plantea claramente los objetivos y medicin de los logros de dichos objetivos. Identifica explcitamente potenciales problemas. - Facilita la coordinacin entre las partes interesadas en el proyecto Sienta las bases para el monitoreo y evaluacin del proyecto ejecutado. 5.3 ELABORACIN DEL MARCO LGICO Para la elaboracin del marco lgico, se requiere:

-

Tener una idea clara del proyecto: qu?, cmo? y con qu? Comprender los conceptos bsicos del marco lgico Utilizar bien la secuencia de elaboracin En el desarrollo de la matriz, se pueden descartar algunas alternativas de solucin que se considere difciles de implementar.

5.4 ESTRUCTURA DEL MARCO LGICO La estructura del marco lgico, est conformada de Filas y Columnas: FILAS

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Comprende: 1.- Impacto social del proyecto en un mediano plazo, ltimo nivel del rbol de medios y fines (general para todas las alternativas). 2.- Cambio que generar el proyecto o el objetivo central a su trmino. El propsito del proyecto debe ser nico (general para todas las alternativas). 3.- Lneas de accin del proyecto o medios fundamentales (especfico para cada alternativa). 4.- Acciones que permiten el logro de los medios fundamentales (especfico para cada alternativa). COLUMNAS Comprende: 1.- Relaciona los objetivos con cada fila: fin, propsito, productos y actividades, respectivamente. 2.- Indicadores de verificacin del cumplimiento de los objetivos propuestos en la primera columna. 3.- Fuentes de informacin necesarias para la construccin de los indicadores propuestos en la segunda columna. 4.- Supuestos fuera de control del proyecto, de los cuales depende el xito de los propuesto en la primera columna. 6. BIBLIOGRAFA Frank M. White; Fluid Mechanics, Fourth Edition, McGraw-Hill, 1999. P. Garca-Navarro and M.E. Vzquez-Cendn (2000). On numerical treatment of the source terms in the shallow water equations, Computers and Fluids, 29: 951-979. - Choi, K. y Ball, J. (2002), Parameter estimation for urban runoff modelling, Urban water, 4, 31-41.

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7. ANEXOS

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por lo tanto, los recursos bsicos e indispensables que dan origen al PROYECTO, son el binomio AGUA-SUELO. La VIABILIDAD de un proyecto de irrigacin, se sustenta en la disponibilidad de los recursos bsicos e indispensables que dan origen al PROYECTO, el binomio AGUASUELO. Para ello es importante los estudios que permitan identificar y evaluar la existencia y disponibilidad de ambos recursos. As mismo, ser necesario un estudio detallado de la topogrfica y la geologa dentro del rea del proyecto para los trazos y ubicacin de las obras que forman parte del esquema general del aprovechamiento hidrulico. En caso de no disponerse de uno de los recursos agua-suelo, se declara al proyecto INVIABLE.