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59 ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LA ACTIVIDAD AGRÍCOLA EN EL VALLE DE PEUMO, CHILE Impact analysis of agricultural activities in Peumo valley, Chile Diego Rivera, José Luis Arumí & Eduardo Holzapfel Departamento de Recursos Hídricos. Universidad de Concepción. Avenida Vi- cente Méndez 595, Chillán, Chile. Correo electrónico: [email protected]. Gestión Ambiental 11: 59-80 (2005)

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ANÁLISIS DEL IMPACTO DE LA ACTIVIDAD AGRÍCOLA ENEL VALLE DE PEUMO, CHILE

Impact analysis of agricultural activities in Peumo valley, Chile

Diego Rivera, José Luis Arumí & Eduardo Holzapfel

Departamento de Recursos Hídricos. Universidad de Concepción. Avenida Vi-cente Méndez 595, Chillán, Chile. Correo electrónico: [email protected].

Gestión Ambiental 11: 59-80 (2005)

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RESUMEN

Se presenta la integración de un marco teórico de análisis del impacto agrícola y sistemas de monitoreoaplicados en el Valle de Peumo ubicado en la VI Región de Chile. El objetivo de este trabajo es estudiarla relación entre la producción agrícola, la hidrología, transporte de contaminantes y niveles producti-vos. Específicamente se estudió la interacción entre las aguas de riego (red de canales) y las aguassubterráneas, bajo el concepto de continuo eco-hidrogeológico, donde el clima, la hidrología, lahidrogeología, las condiciones de manejo y los cultivos interactúan dinámicamente. De acuerdo a loanterior, se controlaron variables en el suelo, agua y plantas que fueron analizadas de manera sistémicae integrada. La aplicación del marco teórico propuesto y los datos colectados permitieron establecer quela red de canales mantiene niveles freáticos estables, recargando en verano las aguas subterráneas einterceptando la escorrentía en invierno. Se encontraron zonas de almacenamiento transitorio de polutosen la zona radicular de cultivos bajo riego presurizado y en las riberas de los canales.

Palabras clave: sistemas monitoreo, interacción agua superficial-agua subterránea, riego, agricultura,impacto ambiental.

ABSTRACT

This paper presents the integration of a theoretical framework with monitoring systems applied to thestudy of the agricultural valley of Peumo, located in the VI Region of Chile. The objective of this studyis to evaluate the relationship between agriculture productions, hydrology and contaminant transport;focusing in the interaction of irrigation water and the groundwater system under the concept of an eco-hydrogeological continuum. According to this, soil, water and plant variables were controlled. The irri-gation channel network maintains a stable phreatic level in the Valley, recharging during summer seasonand intercepting in winter runoff and groundwater flow as a drainage network. It was found that underthe pressurized irrigation system for orchards the soil transitorily stored pollutants in the intermediatevadose zone. Other pollutant transitory storage area was found in the irrigation channel banks.

Keywords: monitoring systems, surface water-groundwater interactions, irrigation, agriculture, environ-mental impact.

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INTRODUCCIÓN

El impacto de la agricultura en el medio am-biente tiene variados efectos; sin embargo, esel agua el componente que enlaza las activi-dades productivas y las condiciones ambien-tales dentro de una zona. Los sistemas de aguasuperficial y de aguas subterráneas, interactúanen forma compleja y dinámica. Estainteracción se manifiestan a través de lahidrología e hidráulica, la química yminearología, la vegetación, la mecánica y fí-sica de suelos y rocas, la geomorfología y losprocesos de transporte y acumulación (Tóth1999), pudiendo producir ascensos en el nivelfreático y afectando el manejo de los cultivos,la administración de los derechos de aprove-chamiento de agua, la hidrología y la disponi-bilidad del agua.

Los procesos de recarga y contaminaciónde las aguas subterráneas, dependen del cli-ma, topografía, geología, suelos,hidrogeología, cultivos y prácticas agrícolas(Mossbarger & Yost 1989, Cortés 2001), conlo cual es posible establecer que el estudio delos sistemas de aguas subterráneas y sus rela-ciones con los sistemas de aguas superficia-les, que incluyen los sistemas de transporte ydistribución de aguas de riego, permiten eva-luar el impacto de las actividades agrícolasdentro de un zona específica.

El valle de Peumo (Fig. 1) es un valle trans-versal con una importante actividad agrícola,orientada al mercado nacional y de exporta-ción, ubicado en el valle central de Chile (SextaRegión, 34,3º Sur), donde es común encon-trar zonas de riego ubicadas sobre acuíferos

FIGURA 1. EL VALLE DE PEUMO, SEXTA REGIÓN DE CHILE. The Peumo Valley.

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superficiales no confinados y sistemas de con-ducción de agua de riego, normalmente cana-les sin revestir, con pérdidas de conduccióndel orden de un 30% (Arumí et al. 1994). Parasatisfacer la demanda hídrica de los cultivosen el Valle de Peumo, se ha construido unared de canales en el pie de monte y en el valleque transporta agua captada del río Cachapoalen el ingreso al valle (Punta Peumo). A escalapredial, el agua es distribuida dentro de loshuertos utilizando riego presurizado, sistemasde aducción de baja presión, riego por surcoso combinaciones de métodos de riego super-ficial.

La aplicación de agua mediante métodostecnificados, la planificación del riego, ferti-lización y manejo sustentable de los recursos,son algunos de los factores que explica el au-mento de la productividad en el valle. Sinembargo, al igual que en otras cuencas de usoagrícola, en el valle de Peumo no existe clari-dad acerca de las relaciones entre el régimenhidrológico, el clima, la hidrogeología y elmanejo en los niveles productivos y de cali-dad de los cultivos.

Durante los años 2003 al 2005 se instalóuna red de monitoreo de variables ambienta-les, físicas y químicas en el suelo, agua y cul-tivos, con el objeto de estudiar el efecto de laagricultura intensiva en el valle de Peumo anivel de mesoescala, buscando identificar fe-nómenos de relevancia en el transporte de con-taminantes y decisiones de manejo, sin pre-tender expandir el análisis a nivel de cuenca,donde los procesos en mesoescala son encu-biertos.

El concepto de mesoescala se refiere a laescala espacial intermedia entre el nivel regio-nal (valle) y el nivel local (árbol o planta). Deesta manera, se considera un huerto o prediocomo un sistema en sí mismo y no como lasimple agregación de árboles o plantas indivi-duales. El valle tiene una extensión de aproxi-madamente 16.000 ha, de las cuales el 60 %

están sometidas a agricultura intensiva. El sis-tema de monitoreo considera la instalación,aplicando diseño experimental, de ensayos ysensores en cuatro predios, representativos deaproximadamente 4.000 ha.

Este artículo presenta el marco conceptualutilizado en el estudio del impacto de la acti-vidad agrícola, la red de distribución de aguasde riego y sistemas de riego en la hidrologíadel valle de Peumo, mediante sistema demonitoreo de variables que consideren fenó-menos de mesoescala. Este esquema de análi-sis considera los sistemas de monitoreo ymodelación como herramientas cooperativasen el proceso de gestión y planificación de losrecursos hídricos, donde a partir de datos ex-perimentales, es posible establecer una inte-gración conceptual de los procesos. Una vezdefinidas las hipótesis y teorías es posible va-lidarlas y ajustarlas mediante el uso de nue-vos datos experimentales.

El vínculo entre los datos medidos, el mo-delo conceptual y los resultados simulados me-diante herramientas numéricas, es el Princi-pio de Similitud (Rivera 2006) donde se esta-blece que los sistemas de monitoreo son in-dispensables en la evaluación y análisis delimpacto de la actividad agrícola en lahidrología del valle; sin embargo, los valoresmedidos son necesarios pero no suficientespara el entendimiento y descripción de la di-námica del valle, pues es necesario desarro-llar una conceptualización del caso de estu-dio.

La organización de este artículo es la si-guiente. Se presenta una breve revisión res-pecto a la relación entre riego, agricultura ymedioambiente. Luego, en la sección de Ma-teriales y Métodos se describirá la zona deestudio, se formalizará el Principio de Simili-tud y el modelo conceptual aplicado y se des-cribirán los sistemas de monitoreo usados. Enla sección de Resultados y Discusión, se pre-sentarán y discutirán los resultados iniciales,

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particularmente la interacción entre los siste-mas de aguas superficiales, subterráneas y deriego, el efecto de la red de canales en lahidrología del valle, el transporte deagroquímicos en las zonas regadas por siste-mas presurizados y los posibles cambios enlos patrones de recarga. Finalmente se presen-tan las conclusiones y comentarios respecto ala dinámica entre los sistemas estudiados,regionalmente y localmente, y la aptitud delos sistemas de monitoreo en el manejo y con-trol del impacto de la agricultura en el valle.

Riego agricultura y medio ambiente

Desde la perspectiva de la sustentabilidad esnecesario revisar el impacto medioambientalde la agricultura de riego en los recursoshídricos. En efecto, durante las últimas déca-das, la agricultura ha debido enfrentar una fuer-te competencia con otros sectores productivosde mayor eficiencia económica y de uso, dadoque el 84,5 % de los derechos consuntivos deuso de agua otorgados en Chile son destina-dos a fines agrícolas (DGA 1999).

Por otra parte, la actividad agrícola afectalos ciclos de materia y energía dentro de losecosistemas intervenidos, ya sea por la inclu-sión de fertilizantes, disposición de exceden-tes, labores mecanizadas o uso del agua. Deesta manera, la mantención de los agro-ecosistemas, frágiles e inestables, consideranun alto subsidio energético para mantener,principalmente, una baja biodiversidad den-tro de las zonas de cultivo que permitan au-mentar los rendimientos (Henry & Heinke1999, Odum 1993).

El manejo y planificación de los recursoshídricos no debe basarse solamente en aspec-tos técnicos o consideraciones locales, sinomás bien en una perspectiva global que per-mita el aseguramiento del recurso a las gene-raciones futuras y la satisfacción de las deman-

das actuales sin degradar los ecosistemas.Martín de Santa Olalla Mañas et al. (1999)señalan que un apropiado manejo socio-eco-nómico en las prácticas de irrigación puedelograrse si se utiliza un marco de gestión quecontemple los impactos en el medioambiente,pérdidas en las reservas de los acuíferos o in-crementos en la recarga de nitratos.

La conservación de los recursos hídricosen zonas agrícolas debe ser estudiada dentrode un marco que considere el balance de aguapara una zona específica y definida. No obs-tante, la conservación del agua a nivel predialo la reducción de agua aplicada no son nece-sariamente sinónimos de sustentabilidad, por-que en muchos casos las aguas de exceso sonreusadas dentro de la cuenca en cauces yacuíferos (Burt 1995).

Tóth (1970; citado por Tóth 1999) defineel “ambiente hidrogeológico” como un marcoconceptual en el cual la topografía, la geolo-gía y el clima determinan los principales atri-butos del régimen de aguas subterráneas enuna determinada área. Así, en un sistemahidrológico complejo, el patrón espacial y tem-poral del flujo de aguas establece una serie derestricciones que condicionan el potencial pro-ductivo de una zona a través de la interaccióncon el agua superficial y agua de riego. Estasinteracciones con el ambiente, en especial conaguas superficiales, son complejas, por lo queSophocleous (2002) expande el concepto deambiente hidrogeológico a uno “eco-hidrogeológico” en donde se considera tam-bién la significancia ecológica y los impactosde la actividad humana en dichas relaciones.

De esta manera, los sistemas de agua su-perficial y subterránea no deben ser vistoscomo recursos separados, sino como sistemasacoplados en tiempo y espacio que forman,en conjunto con los sistemas de distribuciónde agua de riego y los sistemas de riego, un“continuo hidrológico” (Winter et al. 1998).

La aplicación del agua a los cultivos deter-

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mina una serie de procesos físicos, químicosy biológicos en el ecosistema. Dentro de estosprocesos tenemos las pérdidas de agua por in-filtración en los canales, la percolación del ex-ceso de agua a la zona vadosa y la zona satu-rada del suelo, el transporte de sedimentos,pesticidas, fertilizantes y elementos alóctonosa la columna de suelo y la interacción del ma-terial transportado por el agua con el suelo.

Parte importante de estas pérdidas de con-ducción desde la red de canales correspondena filtraciones que pueden recargar losacuíferos. Fernald (2002) evaluó el efecto deestas filtraciones en el balance hídrico en lazona regada del Río Grande (EE.UU.), mos-trando que el riego no sólo actúa como unafuente de recarga, si no más bien como unanueva condición de borde que determina lo-calmente los patrones de flujo y el tiempo deresidencia en la zona vadosa de potencialespolutos.

Troiano et al. (1993) muestran que la dis-tribución de polutos en el perfil de suelo esdependiente de la cantidad de agua percolada,estableciendo que el riego gravitacional, da-das las prácticas actuales, es el método quepercola la mayor cantidad de agua, mientrasque los métodos de riego presurizado lixivianla menor cantidad de polutos. Sin embargo, loanterior no implica que la elección de un mé-todo de riego permita disminuir per se el ries-go de contaminación, ya que los volúmenesde agua percolada dependen de la operación yel manejo de los sistemas de riego. Por lo an-terior, la operación de un sistema de riego debesustentarse en la aplicación de las cantidadescorrectas de agua y el conocimiento de la can-tidad disponible.

Para modelar y mejorar el manejo y ges-tión del agua, los procesos hidrológicos y elefecto de la actividad agrícola en la calidad,cantidad y distribución de los recursoshídricos, el ciclo hidrológico debe considerarseen su amplio rango de escalas y variabilidad

espacio-temporal. Las conceptualizacionesque se realicen para generar modelos funcio-nales deben considerar que el concepto de es-cala no es arbitrario ni en rangos continuos(Kleme 1983) y que la elección de un paso detiempo determinado afecta los resultados. Laactividad agrícola y el efecto del sistemahidrológico en esta actividad es apreciable aescalas intermedias o mesoescala, en especialen la etapa transiente de la interacción entrelos sistema de aguas superficiales y subterrá-neas (Wroblicky et al. 1998, Winter 1999).Como ejemplo de estos fenómenos demesoescala, puede mencionarse el efecto delas filtraciones desde la red canales de distri-bución de aguas de riego en el patrón de flu-jos de las aguas subterráneas y la aparición dezonas de almacenamiento transitorio de con-taminantes, la importancia del flujo no satura-do en los procesos de recarga y almacenamien-to de agua y polutos (Sophocleous 2002) o elmovimiento de nitratos en zonas regadas(Böhlke 2002).

Por otra parte, los modelos de transportede contaminantes en la actualidad son aplica-bles a escalas regionales o locales. Como ejem-plo, a escala regional, MODFLOW(McDonald & Harbaugh 1988) presenta pro-blemas para simular procesos en las cercaníasde las fronteras del dominio y en interfaces,donde generalmente existe intercambio entreel sistema agrícola y el ambiente (Sophocleous2002, Wroblicky et al. 1998). La modelaciónen mesoescala no implica el refinamiento demallas o la aplicación local de modelos en dis-tintas ubicaciones, sino una conceptualizaciónnueva, que integre las diferentes escalas espa-cio-temporales en las ecuaciones y modelosutilizados, de tal manera que las respuestassean integradas y que sea posible apreciar lasinfluencias entre sistemas. Como señalanSophocleous et al. (1988) y Wroblicky et al.(1998), el avance en modelación y conceptua-lización debe basarse en el análisis

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multidimensional del problema de interacciónentre aguas superficiales y subterráneas y enel desarrollo de enfoques de escalamiento yanálisis desde el sitio específico a escala re-gional.

MATERIALES Y MÉTODOS

Descripción del área de estudio

En el valle de Peumo los cultivos correspon-den principalmente a cítricos, paltos, vides yuna industria vitivinícola que produce vinosde alta calidad, basada en el clima y en un cui-

dadoso manejo agronómico y de riego. Se en-cuentra rodeado por dos cadenas de cerrosparalelas al cauce de río Cachapoal (Fig. 2),lo cual delimita el área generadora deescorrentía en los meses de invierno. Por otraparte, el río es una condición de borde respec-to a las zonas de recarga y descarga de lasaguas subterráneas. Por último, el río desem-boca en el Embalse Rapel, lo que implica unanueva condición de altura piezométrica parael sistema hidrológico. La altura deescurrimiento en el río es relativamente cons-tante (Fig. 3), con una planicie de inundaciónancha que permite evacuar las crecidas rápi-damente (menos de 24 horas). Estas caracte-

FIGURA 2. MODELO DIGITAL DE TERRENO PARA EL VALLE DE PEUMO Y CON LA RED DECANALES ESTUDIADA.

Digital elevation model for the Peumo valley, showing the channel network.

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rísticas son interesantes desde el punto de vis-ta de la modelación ya que definen un sistemaacotado con condiciones de borde claras.

FIGURA 3. VARIACIÓN DE LA ALTURA DEESCURRIMIENTO PARA EL RÍOCACHAPOAL EN EL PUENTE LAS CA-BRAS.

Water head for the Cachapoal River at Las Cabras Bridge.

El área de estudio puede ser dividida en treszonas geomorfológicas: río, valle y laderas decerro, que se corresponden con sus caracterís-ticas hidrológicas e hidrogeológicas. La zonadel río corresponde a depósitos fluviales encauces actuales (gravas y gravas arenosas),conformando secuencias de acuíferos libres ysemiconfinados, con niveles freáticos estáti-cos influenciados por el nivel de agua en elrío y esteros, con un alto potencial de explota-ción hídrica.

El valle de aproximadamente 16.000 ha ybajas pendientes, corresponde a depósitosaluviales donde se alternan bolones, ripios ygravas, con frecuentes niveles lenticulares dearenas y arcillas. Los acuíferos en su mayoríason libres y semiconfinados, con algunas zo-nas donde se encuentran acuíferos confinadospor bancos de arcillas y/o depósitos laháricosy un potencial de explotación hídrica consi-derado alto-medio.

Es en el valle, altamente productivo y deagricultura intensiva, donde se ubica una redde canales de riego sin revestir que capta en-tre 3,7 m3 s-1 (octubre) y 7,3 m3 s-1 (febrero).Los canales principales atraviesan una zonade depósitos aluviales permeables que favo-recen la interacción con las aguas subterráneas.En efecto, Orrego (2003) muestra que en elvalle se genera aproximadamente un 78 % dela recarga de las aguas subterráneas.

La zona de ladera de cerro, con una super-ficie de aproximadamente 11.900 ha y una in-cipiente agricultura de riego presurizado, estáconstituida principalmente por rocas porosaso fracturadas y suelo residual llamado«maicillo» donde los acuíferos están conecta-dos por fracturamiento.

Para cuencas de similares característicashidrológicas al valle de Peumo, el proceso derecarga debería producirse por la generaciónde escorrentía superficial y subsuperficial enlas zonas altas (cerros) de la cuenca, para des-cargar en las zonas bajas y planas. Dentro deeste esquema, el río es una condición de bor-de importante que determina la aparición dezonas de amortiguación del flujo subterráneoy la extensión de la zona saturada, con nivelesfreáticos profundos en verano y someros, eincluso superficiales, en invierno. Para el va-lle en estudio, en invierno los canales, que notransportan agua, funcionan como drenesinterceptores de la escorrentía superficial ysubsuperficial, disminuyendo la recarga de laszonas bajas; en verano, las filtraciones desdelos canales constituyen una fuente de recargaal acuífero, además de la percolación profun-da debido al riego.

Principio de similitud

Parte importante de la discusión respecto almétodo de análisis propuesto, tiene el conceptode SIMILITUD como base en la integración

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de los procesos de modelación, monitoreo ygestión, en un esquema recursivo e iterativo.En este esquema, los sistemas de monitoreogeneran datos de entrada a los modelos y me-diante sus análisis es posible ajustar o generarnuevas hipótesis, que a su vez permiten mejo-rar los modelos conceptuales.

Basado en los trabajos de Giere (1999,2004), Teller (2001) y Suárez (2003) es posi-ble establecer la siguiente proposición lógica:

A usa B para representar W con un objetivo O

donde A puede ser un ingeniero (científico),una comunidad o cualquier persona que reali-ce el acto de representar. W corresponde a unfenómeno, propiedad o conjuntos de éstas deun sistema real, que es representado con unobjetivo O, utilizando un modelo B, que pue-de ser explicativo, investigativo, funcional,abstracto o teórico.

Esta proposición para el proceso demodelación debe además incluir ladireccionalidad de la representación, i.e., laentidad B comparte o posee propiedades ocaracterísticas que permiten que represente W.

Los modelos son dependientes del contex-to en que se aplicarán, del objeto o sistema arepresentar y del objetivo del proceso de re-presentar o modelar. De esta manera, los ob-jetos o sistemas reales tienen propiedades,mientras que estas propiedades son parte delos modelos (Teller 2001). Por otra parte, unateoría puede definirse como un conjunto demodelos que explique o represente un fenó-meno o propiedades de un sistema (Giere1999). Este conjunto de modelos, no necesa-riamente debe responder a una jerarquizacióndeterminada ni todos los principios e hipóte-sis consideradas deben o pueden ser testadasempíricamente (Giere 2004), por lo cual lacomparación entre el sistema real y el modeloo teoría propuesta debe establecerse sobre fe-nómenos o conjuntos de propiedades.

El isomorfismo es un concepto donde dosconjuntos de objetos, sistemas o funciones tie-nen una relación uno-a-uno para una o máscaracterísticas. Un concepto de mayorfuncionalidad desde el punto de vista de lamodelación, es el de similitud, que implica unamenor rigurosidad en su definición y que in-cluye una parte de evaluación cualitativa porparte del usuario. La similitud considera unsistema concreto y una entidad abstracta lla-mada modelo donde la comparación se reali-za sobre propiedades relevantes y semejantes,de tal manera que la representación sea fun-cional.

La aplicación del concepto de similitud norequiere una medida fija y rigurosa (Giere2004), pero sí requiere definir el conjunto depropiedades semejantes que permitan compa-rar el modelo con el sistema real. Una vez de-finido este conjunto de propiedades, éstas de-ben medirse en el sistema real y cuantificarseen el modelo. Sin embargo, esta comparacióndebe realizarse sobre fenómenos o conjuntosde propiedades y no directamente sobre losdatos generados por los modelos y los datosmonitoreados (Giere 1999). Ambas series po-seen un sesgo y por lo tanto su valor de ver-dad o proximidad a la verdad dependerán dela estimación de los rangos de error.

Los valores obtenidos mediantemodelación o monitoreo, poseen un valor deverdad que no es absoluto. Los datos colecta-dos en terreno poseen el sesgo de los erroresinherentes a la acción de medir. Los datos si-mulados corresponden a resultados basados ensimplificaciones que también poseen sesgo.Una vez colectados los datos, éstos deben seranalizados, jerarquizados y controlados en suconsistencia y calidad, de tal manera que laincertidumbre se minimice. De esta manera,los datos medidos deben ser confiables y re-presentativos y los datos generados deben serinterpretables y en los rangos de error estable-cidos.

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La asignación de valores de verdad -asig-nación cualitativa respecto a la incertidumbrede una serie de datos- a los conjuntos de datosindependientes que se obtengan, plantean unproblema a la práctica actual de calibración yverificación de modelos numéricos y mode-los matemáticos. En ambos casos loscuantificadores error asignan un valor de ver-dad absoluto, generalmente 1, a los datos me-didos en terreno; y asigna un valor de verdad0, es decir, los datos simulados deben ser vali-dados y adquirir significancia física. La asig-nación de valores de verdad absolutos a lasseries de datos simulados y medidos no per-mite en lo formal que exista un proceso lógi-co de revisión de hipótesis ni de ajuste en lasmediciones, ya que existe una dependencia delos datos simulados con los datos medidos.

En resumen, el Principio de Similitud dicerelación con los valores de verdad asociados alos conjuntos de datos medidos y generados,

donde el proceso de modelación y el modeloelegido deben generar datos interpretables ycomparables con las mediciones. Estos con-ceptos deben estar incluidos en el marco teó-rico (teorías e hipótesis) que permitan estable-cer el valor de verdad, contexto dependiente,de estos conjuntos a partir de la similitud en-tre propiedades. El proceso de modelación esun proceso iterativo, donde se establece que Arepresenta a B, con una direccionalidad defi-nida, pero sin una cuantificación a priori deque A representa exactamente B (Suárez 2003,Giere 2004, Hanna 2004).

El marco conceptual para el proceso demodelación aplicado en el valle de Peumo, yextensible a otros valles, se presenta en la Fig.4. Para el caso de estudio la teoría inicial esta-blece que el continuo eco- hidrológico estáinfluenciado por las prácticas de agriculturaintensiva del valle de Peumo, afectando eltransporte de contaminantes y patrones de re-

FIGURA 4. MARCO CONCEPTUAL APLICADO EN LA EVALUACIÓN DEL EFECTO DE LAAGRICULTURA INTENSIVA EN LA HIDROLOGÍA DEL VALLE DE PEUMO.

Conceptual framework applied to the assessment of agricultural effects in the hydrology of Peumo Valley.

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carga de las aguas subterráneas. La teoría pre-sentada se basa en las siguientes hipótesis:1. El sistema a estudiar está compuesto por

tres subsistemas o continuos (agua subte-rránea, agua superficial, agua de riego) queinteractúan en tiempo y espacio con lospatrones de manejo y cultivo.

2. Es posible modelar el sistema hidrológicodentro del valle utilizando funciones detransferencia entre los tres continuos, aco-plados en tiempo y espacio.

3. Los principales factores que afectan el pa-trón de flujo del agua subterránea y suinteracción con el agua superficial y aguasubterránea en el valle son la presencia decanales y las zonas hiporreicas.

4. La interacción entre las aguas superficialesy de riego, influye fuertemente en el nivelproductivo y de calidad de los cultivos den-tro del valle.

5. Los procesos que relacionan el sistemahidrogeológico y los patrones de cultivosson apreciables, principalmente, enmesoescala.

Para operar y trabajar sobre estas hipótesis seutilizaron modelos conceptuales iniciales quesimplifican la hidrología del valle de Peumo yla interacción de las aguas superficiales y sub-terráneas. El modelo matemático básico utili-zado es la ecuación de Richards y las herra-mientas numéricas de solución correspondenal Método de los Volúmenes Finitos y al soft-ware MatLab.

Para establecer la similitud entre el mode-lo numérico desarrollado y el sistema real, sedispone de una red de monitoreo en el suelo,agua y plantas, que permite calibrar algunosmodelos específicos (modelos de movimien-to de agua), obtener parámetros de entrada(modelos hidrogeológicos) y comparar seriesde datos (tasas lisimétricas, análisis químico)en puntos o zonas donde sean apreciables losfenómenos de mesoescala. Además, los siste-

mas de monitoreo deben lograr un compromi-so entre la frecuencia, densidad y método demuestreo, de tal manera que los objetivos fi-jados sean cumplidos o superados. La expe-riencia en el valle de Peumo ha mostrado queuna serie de datos de mala calidad, ya sea porinconsistencias en tiempo o espacio, puede sertan poco útil como una serie de datos inexis-tente.

Los puntos, zonas y parámetros demonitoreo fueron elegidos en base a la accesi-bilidad, capacidad de procesamiento de los la-boratorios, hipótesis iniciales, modelos apli-cados e importancia del cultivo. Los procesosde ciclaje de materia y energía dentro de unecosistema son continuos en tiempo y espa-cio, por lo cual la ubicación de los puntos decontrol y la frecuencia de muestreo deben res-ponder a las necesidades de calidad (densidady confiabilidad) de los métodos y modelos deanálisis.

Con el objeto de estudiar la dinámica entrela hidrología y el manejo del agua, se instala-ron distintos sistemas de monitoreo en el va-lle de Peumo en tres componentes delecosistema: suelo, agua y cultivos. Los datoshan sido colectados desde el año 2003, conmayor frecuencia durante la temporada de rie-go (septiembre a abril). La captura de datosha permitido evaluar la situación actual, apli-cando modelos matemáticos, modelos concep-tuales, indicadores de calidad y análisis esta-dísticos, siguiendo un proceso lógico y conti-nuo de retroalimentación y ajuste de hipótesis(Bredehoeft 2005).

La instalación de los sistemas de monitoreoconsidera que dentro del ciclo hidrológico, elsuelo no sólo almacena temporalmente el aguaen capas cercanas a la superficie para uso delas plantas (Guymon 1994; citado por Riveraet al. 2004), sino que actúa como un gran fil-tro y bio-reactor en el cual las sustancias enexceso resultantes de la actividad agrícola sonretardadas, degradadas o inactivadas en su

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paso por la zona no saturada hasta la zona sa-turada. La zona vadosa, donde el agua se mue-ve en condición de no saturación y puede con-siderarse como el vínculo clave entre la hu-medad atmosférica, el agua subterránea y loscultivos (Rivera et al. 2004).

El agua es un elemento primordial en elcrecimiento de los cultivos. Sin embargo, lasrelaciones agua-producción no son lineales yla demanda de agua por parte de los cultivosdepende de las condiciones atmosféricas. Elmovimiento de agua en el continuo suelo-plan-ta-atmósfera depende del gradiente de poten-cial del agua. El potencial de agua en el suelodepende de la humedad, mientras que la de-manda evapotranspirativa en la atmósfera de-pende del déficit de presión de vapor. Por loanterior, el conocimiento de las cantidades deagua aplicada y el agua almacenada en sueloson parámetros importantes que deben sermonitoreados, en especial si se busca estable-cer relaciones agua-producción.

El control del estado nutricional e hídricode las plantas permite también estimar el esta-do del medioambiente, ya que son un organis-mo integrador que interactúa con el agua, elaire, los nutrientes y las condiciones atmosfé-ricas (Millar 1993). Las plantas intercambiandióxido de carbono y vapor de agua a travésde los estomas. A mayor abertura estomáticaaumenta la actividad fotosintética y la deman-da de agua. La planta puede responder a estí-mulos externos, como la cantidad de agua dis-ponible en el suelo y la radiación solar, au-mentando o disminuyendo la resistencia al flu-jo de vapor de agua en el estoma, para regularla transpiración, en especial en condiciones dedéficit de agua (Rivera et al. 2004).

Sistemas de monitoreo

El suelo fue monitoreado, química y física-mente, utilizando tasas lisimétricas y sensores

de humedad, con el objeto de estudiar el mo-vimiento de agua y solutos bajo zonas de cul-tivo y la interacción entre las aguas de riego ysubterráneas. Los sistemas utilizados son:

1.TASAS LISIMÉTRICAS. Las tasaslisimétricas (Irrometer Company, IrrometerMoisture Indicator) son tubos de PVC conuna punta de cerámica porosa, que puedenser ubicadas a distintas profundidades enel suelo. Al generar vacío dentro de la tasalisimétrica, por diferencias de potencial, elagua pasa desde la matriz de suelo al tuboy puede luego ser extraída y analizada quí-micamente. Los parámetros medidos fue-ron nitratos, fósforo y potasio, que refleja-ran el estado nutricional de los cultivos ylixiviación de nutrientes. Se instalaron al-rededor de 100 de estos tubos en cuatrocultivos: cítricos en ladera de cerro, paltosy vides en el valle, y parronales en una zonadel valle cercana al río. Este sistema per-mite frecuencias diarias de monitoreo, sonde bajo costo y fácil operación, pero po-seen problemas de absorción de compues-tos carbonados debido a la composiciónquímica de la cerámica; además, debe con-siderarse que la succión corresponde a unapresión negativa de 100 KJ kg-1, mientrasque el suelo retiene el agua hasta energíasde –1500 KJ kg-1, con lo cual no es posibleextraer compuestos retenidos en la matrizde suelo con energías mayores a -100 KJkg-1.

2. SENSORES DE HUMEDAD. Con el obje-tivo de monitorear el contenido de hume-dad en la zona radicular y zona vadosa, seutilizó un neutrómetro (Troxler 4300 SoilMoisture Gauge) y un equipo FDR,Frecuency Domain Reflectometry (Delta-T Devices Ldt, Profile Probe Type PR1 ylector Theta Meter type HH2 version 2), ca-librados con métodos gravimétricos. Am-

Rivera et al.

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bos instrumentos permiten frecuencias demonitoreo entre horaria y mensual, a dis-tintas profundidades. Para realizar las me-diciones se instalaron alrededor de 150 tu-bos de aluminio para neutrometría en huer-tos de cítricos y parronales y alrededor de120 tubos de acceso para FDR en huertosde vides y paltos durante la temporada deriego.

El instrumental de monitoreo en el sistemaagua está orientado al conocimiento de la di-námica de las aguas subterráneas, a través delos niveles freáticos y al monitoreo de la cali-dad de las aguas subterráneas y superficiales.Los sistemas utilizados son:

1. NIVELES FREÁTICOS. El nivel freáticocorresponde a la distancia desde el nivel delsuelo a la profundidad donde la carga depresión del acuífero es cero (superficie li-bre). Las mediciones se realizaron durantetodo el año en seis pozos de observaciónen áreas representativas de las característi-cas del valle, y niveles para el río Cachapoalen la entrada y salida del valle. Para mejo-rar el conocimiento de la dinámica entre loscanales de riego y el agua subterránea enmesoescala, se instalaron punteras en unhuerto de vides. Para estudiar la dinámicaentre el río y las aguas subterráneas se ins-talaron punteras en un huerto de parronalescercano al río Cachapoal. El método cons-tructivo fue desarrollado por el equipo delproyecto y corresponde a punteras de ace-ro con una punta cónica que son hincadoscon golpes de martillo de gran masa. Estemétodo se ha mostrado eficiente y de muybajo costo. En estas dos unidades experi-mentales se instalaron además transductoresde presión (TruTrack, WT-HR 200 WaterHeight Datalogger) que tiene integrados sis-

temas de almacenamiento de datos, con loscuales es posible tener registros de nivel

freático cada una hora. El instrumental seubicó en puntos tales que fuese posible es-timar tiempos de viaje y dirección de flujosubterráneo.

2. CALIDAD DEL AGUA DE RIEGO. La ca-lidad del recurso hídrico es un tema de granimportancia en la agricultura actual, prin-cipalmente debido a los requisitos deinocuidad impuestos por los mercados deexportación y la legislación ambiental chi-lena. Para realizar un diagnóstico prelimi-nar y controlar la calidad del agua, se esta-blecieron 20 puntos de control en los cua-les se extrajeron muestras para análisis quí-micos y microbiológicos. Los puntos decontrol se ubicaron el río Cachapoal, en loscanales riego, drenes y esteros. En el vallelos canales de riego atraviesan ciudades ypoblados, por lo cual se establecieron tam-bién puntos de control que permitieran es-tudiar el efecto urbano en la calidad de lasaguas. La frecuencia de muestreo fue men-sual y se controló pH, conductividad eléc-trica, oxígeno disuelto, nitratos y coliformesfecales. Se realizaron muestreos para estu-dios específicos, como mediciones deestreptococos fecales para identificar el ori-gen de posible contaminación biológica(Mendonça 2000). Para estimar el origende las aguas subterráneas sereconfeccionaron diagramas de Piper. Estemétodo, mediante el conteo de cationes eiones (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-, CO

32-,

HCO3-, SO

42-) permite agrupar aguas de

origen similar.

Las mediciones en la planta se orientaron alconocimiento del estatus hídrico y nutricionalde los cultivos y permiten relacionar produc-ción y calidad (Cifre et al. 2005). Medianteun porómetro (Delta-T Devices Ltd, PorometerAP4) se midió la resistencia estomática (amayor abertura, menor resistencia estomática

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a la transferencia de vapor de agua) de las ho-jas de vides durante la temporada. Otra formade estimar el estatus hídricos de las plantas esa través de la medición de la presión del aguadentro del xilema. Si la presión es baja, la plan-ta ha transferido a la atmósfera más agua quela disponible en el suelo, por lo cual el turgores bajo (hojas mustias). La presión xilemáticase midió mediante una cámara de vacío o Bom-ba Scholander (Eijkelkamp, Laboratory PlantWater Status Console) en un huerto de vides.Complementario a los análisis anteriores, serealizaron análisis foliares para estimar el es-tado nutricional midiendo el contenido de ni-trógeno, fósforo y potasio en el follaje. Debi-do a la variación horaria de estos parámetros,las mediciones fueron tomadas a la misma horacada día en lugares específicos en el follaje.Para estimar la variación durante el día, se rea-lizaron mediciones cada hora durante algunosdías de la temporada.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las series de datos obtenidas a partir de losdiferentes sistemas de monitoreo, han sidoanalizados sistemáticamente, de manera inte-grada. A partir de estos resultados ha sido po-sible entender el funcionamiento del sistemahidrológico en el valle, su dinámica y la rela-ción con la actividad agrícola.

El conjunto de datos obtenido de lossensores de humedad permitieron estudiar elmovimiento y almacenaje de agua en eltiempo, ya sea para una profundidaddeterminada (Fig. 5a) o en el perfil de suelo(Fig. 5b). Las series de datos permiten ademásevaluar la cantidad de agua aplicada. En efecto,si el contenido de humedad se mantieneconstante en el perfil, la cantidad de agua esla correcta; mientras que en el caso de sobreestimación o subestimación de la demandahídrica de los cultivos generan aumentos o dis-

minuciones en el almacenaje de suelo,respectivamente.

Efecto de la red de canales en la hidrologíadel valle de Peumo

Las mediciones de nivel freático han permiti-do establecer que la extensa red de canales enel valle de Peumo interactúa con las aguassubterráneas a escala regional, generando unacondición de estabilidad de los nivelesfreáticos en el valle. Como se visualiza en laFig. 6, la variación anual de dos pozos de ob-servación para el año hidrológico 2004-2005es de aproximadamente 0,6 m, con un aumen-to significativo después de la apertura de labocatoma de canales en septiembre. Como lavariabilidad espacial y temporal de las zonashiporreicas está determinada por la variaciónen el gradiente hidráulico, y considerando queel nivel freático y el nivel del río son relativa-mente constantes, es posible señalar que estaszonas son estables en el tiempo y espacio, con-virtiéndose en amortiguadores del flujo deagua y contaminantes desde las zonas agríco-las hacia los cuerpos de agua receptores.

La interacción entre el agua subterránea yel río en su condición de altura constante ge-nera zonas hiporreicas (zonas de intercambiode agua subterránea y superficial entre elacuífero y el cauce), verticales y laterales, don-de los polutos aumentan su tiempo de residen-cia en la zona saturada y no saturada. En estaszonas, la actividad microbiológica es alta y,por lo tanto, aumentan las posibilidades de de-gradación de polutos; además, el crecimientode macrófitas en la superficie del terreno fa-vorece la extracción de nitrógeno. Como la va-riabilidad espacial y temporal de las zonashiporreicas está determinada por la variacióndel gradiente hidráulico, y considerando queel nivel freático y el nivel del río son relativa-mente constantes, es posible señalar que estas

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FIGURA 5. MEDICIONES DE HUMEDAD EN UN HUERTO DE PALTOS USANDO FDR EN LATEMPORADA 2004 (A) HUMEDAD EN EL SUELO PARA 4 DISTINTAS PROFUNDIDADES YDOS TASAS DE APLICACIÓN DE AGUA, CALCULADAS USANDO EVAPORACIÓN DE BAN-DEJA (EP) (B) COMPARACIÓN DE PERFILES DE HUMEDAD PARA DOS TASAS DE APLI-CACIÓN DE AGUA EN CUATRO DISTINTAS FECHAS.

Soil water content in a avocados orchards registered with a FDR en 2004 season (A) Soil water content for 4 different depths and two waterapplication rates using pan evaporation (Ep) data (B) Comparison of soil water content for two different water application rates in four differentdates.

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zonas son estables en el tiempo y espacio, con-virtiéndose en amortiguadores del flujo deagua y contaminantes desde las zonas agríco-las hacia los cuerpos de agua receptores. Comoconsecuencia, el tiempo de residencia dentrodel sistema aumenta.

FIGURA 6. NIVELES FREÁTICOS MEDIDOSEN DOS POZOS DE OBSERVACIÓN EN ELVALLE DE PEUMO.

Phreatic levels registered in two observation wells in the PeumoValley.

Sin embargo, estas características de esta-bilidad y sus ventajas respecto a la degrada-ción de polutos tiene un riesgo asociado a po-sibles cambios dentro del régimen hidrológicode la cuenca y cambios en los patrones de re-carga de aguas subterráneas. Posibles modifi-caciones en la infraestructura de riego, comoel revestimiento de los canales, podrían pro-ducir problemas de disponibilidad de aguassubterráneas o cambios en los niveles produc-tivos por aumento de la profundidad del nivelfreático, ambos asociados a la disminución dela recarga por filtraciones desde los canales.Desde el punto de vista de la calidad, si semodifican los patrones de recarga, también seredistribuyen en tiempo y espacio las zonasde amortiguamiento y de almacenamientotransitorio de polutos, aumentando el riesgode entrada de polutos al sistema de aguas sub-

terráneas y a los cuerpos receptores.Para estudiar con mayor detalle la dinámi-

ca entre la red de canales y los niveles freáticos,se instalaron dos sensores de nivel, programa-dos para capturar datos cada una hora en unhuerto de vides. Los pozos se ubican en unalínea, separados a 250 m, perpendicular a uncanal que transporta aproximadamente 1 m3 s-

1. Los antecedentes de la Fig. 7, permiten ob-servar que existe un ascenso continuo de losniveles freáticos en ambos pozos, de aproxi-madamente 30 cm. El inicio del ascenso seproduce con un desfase de aproximadamentecinco días desde la apertura de bocatoma, loque puede interpretarse como el tiempo de via-je del agua entre ambos puntos, si se conside-ra que el flujo es predominante en la direc-ción de la línea que forman los dos pozos.

FIGURA 7. NIVELES FREÁTICOS MEDIDOSCADA UNA HORA EN DOS POZOS UBI-CADOS EN UN HUERTO DE VIDES. LACOTA DE TERRENO ES DE 98,3 M Y SEENCUENTRAN SEPARADOS A 250 M.

Phreatic levels measured every one hour in two wells located in avineyard. Ground level is 98,3 m and the wells are separated by250 m.

Para ambas mediciones los resultados sonconsistentes, lo que evidencia un efecto im-portante de la red de canales en el sistema deaguas subterráneas que además generaimplicancias desde el punto de vista de mane-

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jo de cultivos. Los pozos de observación es-tán ubicados en un predio de producción deuva para vinos, donde se somete a las vides aestrés hídrico para aumentar el contenido deazúcares en las bayas, aplicando un volumende agua menor a la demandaevapotranspirativa. Monsalve (2005) deter-minó que el sistema radicular de las vides enel huerto estudiado es activo en los primeros2 m de suelo, por lo que, considerando que laprofundidad del nivel freático durante la tem-porada tiene fluctuaciones entre 1,3 m y 2,3m, el cultivo extraerá agua desde estratos másprofundos y no el agua de riego almacenadaen los estratos superficiales.

Contaminación por agroquímicos

En los cultivos bajo riego presurizado (goteros,micorojet), se genera una zona húmeda relati-vamente constante en la temporada de riegodonde podrían acumularse potenciales polutos,como fertilizantes.

Los resultados de los análisis químicos delas tasas lisimétricas han mostrado que exis-ten zonas de almacenamiento transitorio depolutos. La Fig. 8a muestra la concentraciónde nitratos para 30, 60, 90 y 120 cm. de pro-fundidad en un huerto de paltos regados conmicrojet aplicando un 100 % de la evapora-ción de bandeja. Los perfiles muestran queentre los 60 y 120 cm existe una zona de acu-mulación de nitratos debido, probablemente,a las diferencias en la conductividad hidráuli-ca entre el sector húmedo y la zona circun-dante; además, se observa que a medida quese avanza en la temporada de riego el perfil denitrato tiende a homogeneizarse, lo que puedeinterpretarse como lixiviación de estos com-puestos. Estos resultados son consistentes a losobtenidos en un huerto de uva de mesa en latemporada 2004-2005 que se muestran en laFig. 8b.

Las zonas de almacenamiento transitoriopueden explicarse por el movimiento no satu-rado de agua en el suelo y la no-linealidad enla relación humedad-conductividad. En vera-no, bajo condiciones de riego, por diferenciasde humedad y por la estabilidad bulbo de lazona húmeda, la conductividad hidráulica K

1

dentro del bulbo es mucho mayor que laconductividad hidráulica K

2 en la zona que ro-

dea el bulbo húmedo, generándose una zonade acumulación (Fig. 9). En invierno, lospolutos en estas zonas de acumulación podríanser transportados por el efecto de pulsos delluvia hasta las cercanías o bajo el nivelfreático. Estos resultados son consistentes conlos mostrados por Orrego et al. (2005) utili-zando el software HYDRUS 2D.

Lo anterior genera algunas consideracio-nes desde el punto de vista del manejo en loscultivos, ya que por efecto de las zonas de al-macenamiento transitorio, aún cuando la apli-cación de fertilizantes y pesticidas sea alta,muestras de agua subterránea no reflejarán estehecho. Por otra parte, Arumí et al. (2005) su-gieren que el valle Central de Chile posee ca-racterísticas naturales de protección contra lacontaminación por nitratos en zonas agríco-las, asociado a las condiciones de suelo, climay/o la estructura de los acuíferos.

Zonas hiporreicas y vegetación ribereña

La interacción entre el agua subterránea y elrío, y en menor escala el paso de los canalesprincipales sobre el acuífero, genera zonashiporreicas (zonas de intercambio de agua sub-terránea y superficial entre el acuífero y elcauce), verticales y laterales, donde los polutosaumentan su tiempo de residencia en la zonasaturada y no saturada. En estas zonas, la acti-vidad microbiológica y el crecimiento demacrófitas en las riberas aumentan las posibi-lidades de degradación o extracción de polutos

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FIGURA 8. A CONCENTRACIÓN DE N-NO3 PARA CUATRO DIFERENTES PROFUNDIDADES

EN UN HUERTO DE PALTOS (TEMPORADA 2004-2005) Y B CONCENTRACIÓN DE N-NO3

PARA TRES DIFERENTES PROFUNDIDADES EN UN HUERTO DE UVA DE MESA (TEMPO-RADA 2004-2005).

A N-NO3 concentrations for four different depths in a avocados orchards (2004-2005 season). B N-NO

3 concentrations for three different depths

in a vine tree (2004-2005 season).

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y reducen la carga de nutrientes que poten-cialmente puede ingresar a los cauces (Cey etal. 1999, Cirmo & McDonnell 1997).

Durante los ensayos de campo se ha obser-vado la presencia abundante de vegetaciónribereña con un crecimiento considerable (Fig.10). Dado lo anterior se tomaron muestrasfoliares y se analizó el contenido de nitróge-no. Los resultados de análisis foliares, mos-traron que el contenido de nitrógeno en la ve-getación ribereña (1000 mg kg-1) es al menoscomparable al nivel controlado en las hojasde cultivos de uva vinífera bajo fertirrigación.La hipótesis propuesta para estos resultadosdice relación con la capacidad natural de estasplantas para captar y fijar nitrógeno provenien-te de las aguas de drenaje y de escorrentía den-tro de la cuenca. Bajo estas consideraciones,la vegetación ribereña actúa como un biofiltroque naturalmente ha permitido mantener ba-jos niveles de nitrógeno en las aguas superfi-ciales, además de mejorar parámetros de cali-dad como turbidez y conductividad eléctrica.

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS

El Principio de Similitud desarrollado (Rive-ra, 2006) es una herramienta conceptual útilen el diseño de sistemas de monitoreos y en elanálisis integrados de datos medidos y simu-lados. El análisis de las mediciones de los dis-tintos sistemas de monitoreo aplicando estaherramienta ha permitido evaluarcuantitativamente el efecto de la agriculturaintensiva en el valle de Peumo.

El análisis del impacto de la actividad agrí-cola se sustentó en el diseño de una red demonitoreo representativa de la dinámica den-tro del valle y un marco conceptual que consi-dera la interrelación entre los sistemas de aguasuperficial, subterránea y de riego y otros com-ponentes del agro-ecosistema del valle y losfenómenos de mesoescala.

Los principales efectos de la red canalesen el valle de Peumo se refieren a la estabili-dad de los niveles freáticos debido a las filtra-ciones desde los canales de riego a las aguas

FIGURA 9. PROCESO DE ACUMULACIÓN Y TRANSPORTE DE POLUTOS EN EL BULBO HÚ-MEDO BAJO RIEGO LOCALIZADO Y CONDICIONES DE PRECIPITACIÓN.

Transitory Storage process and pollutant transport in the wet soil under drip irrigation and rainy conditions.

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subterráneas, modificando los patrones de re-carga. Por otra parte, se han encontrado zonasde almacenamiento transitorio de polutos de-bido a la estabilidad de los niveles freáticos yla aplicación de agua mediante riegopresurizado.

Se ha identificado una dependencia del ni-vel productivo dentro del valle respecto a lasituación hidrológica e hidrogeológica actual,por lo que se requieren análisis integrados res-pecto a la gestión y planificación del riego,aplicación de la normativa, modificaciones deinfraestructura y manejo agronómico de loscultivos. La aplicación de este marco concep-tual ha permitido analizar, por ejemplo, lasimplicancias de las filtraciones desde los ca-nales de riego en la asignación de derechos deaprovechamiento de aguas subterráneas, loscambios en los patrones de flujo y recarga y eluso eficiente del agua en el predio. Las deci-siones de planificación en el valle de Peumodeben evaluarse sistemáticamente, considerán-dolo como un continuo y no como diferentessistemas aislados. Lo anterior puedeejemplificarse en denominar “transferencias”a las filtraciones desde los canales y no “pér-didas”.

La gestión y planificación ambiental re-quiere de herramientas de control y evalua-ción, que permitan ajustar continuamente hi-pótesis y corregir decisiones. El diseño desistemas de monitoreo debe considerar uncompromiso entre la densidad y frecuencia demediciones, los costos de monitoreo y los ob-jetivos de la medición. Lo anterior implica queel monitoreo, modelación y toma de decisio-nes conforman un proceso iterativo que nopuede ser diseñado eficientemente “a priori”y que debe ser continuamente evaluado.

Las series de datos colectados deben seranalizadas en un contexto sistémico en el cual,por ejemplo, las mediciones de nivel freáticono sólo son útiles en estudio de aguas subte-rráneas, sino que también en estudios de efi-ciencia de métodos de riego o cambios en lospatrones de extracción de agua por parte delas raíces. Además, en el análisis de estos con-juntos de datos es necesario integrar técnicasque tengan la capacidad de capturar lasinterrelaciones, como Redes Neuronales Arti-ficiales, Análisis Multivariado, Mapas Auto-organizativos o Diagramas de DisminuciónDimensional (Diagramas de Piper).

FIGURA 10. VEGETACIÓN RIBEREÑA EN LA RED DE CANALES EN LA TEMPORADA 2004-2005.

Riparian vegetation in the irrigation network during 2004-2005 season.

Rivera et al.

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79

LITERATURA CITADA

ARUMÍ JL, C OYARCE & M ORTÍZ (1994) Eva-luación de sistemas de riego en la zona centralde Chile. Primer Congreso Internacional de In-geniería Agrícola, Chillán.

ARUMÍ JL, R OYARZÚN & M SANDOVAL(2005) Natural protection against groundwaterpollution by nitrates in the Central Valley ofChile. Hydrological Sciences Journal 50(2):331-340.

BÖHLKE J (2002) Groundwater recharge andagricultural contamination. HydrogeologyJournal 10: 153-179.

BREDEHOEFT J (2005) The conceptualizationmodel problem-surprise. Hydrogeology Jour-nal 13(1): 37-46.

BURT CH (1995) Irrigation water conservation -benefits and tradeoffs. Proceedings USCIDWater Management Seminar – Irrigation Wa-ter Conservation – opportunities and limita-tions. The U.S. Society for Irrigation and Drain-age Professionals Publications. California. pp51-58.

CEY E, D RUDOLPH, R ARAVENA & GPARKIN (1999) Role of the riparian zone incontrolling the distribution and fate of agricul-tural nitrogen near a small stream in southernOntario. Journal of Contaminant Hydrology 37:45-67.

CIFRE J, J BOTA, J ESCALONA, H MEDRANO& J FLEXAS (2005) Physiological tool for ir-rigation scheduling in grapevine (Vitis ViniferaL.) An open gate to improve water-use effi-ciency?. Agriculture, Ecosystems & Environ-ment 106: 159-170.

CIRMO C & J MCDONNELL (1997) Linking thehydrologic and biogeochemical controls of ni-trogen transport in near-stream zone of temper-ate-forested catchments: a review. Journal ofHydrology 199: 88-120.

CORTÉS A (2001) Análisis de vulnerabilidad delas aguas subterráneas de la cuenca del RíoChillán mediante un modelo SIG. Memoria deMemoria de Título, Facultad de IngenieríaAgrícola, Universidad de Concepción, 98 pp.

DGA (1999) Política Nacional de RecursosHídricos. Ministerio de Obras Públicas.

Dirección General de Aguas (DGA). Santiagode Chile. 58 pp.

FERNALD A (2002) Groundwater/Surface WaterInteractions. New Mexico Water Resources Re-search Institute Report Nº 323. 320 pp.

GIERE R (2004) How models are used to representreality. Philosophy of Science 71: 742-752.

GIERE R (1999) Using models to represent reality.En L Magnani, N Nersessia & P Thagard (eds)Model-Based Reasoning in ScientificDiscovery:41-57. Kluwer/Plenum. 360 pp.

HANNA (2004) The scope and limits of scientificobjetivity. Philosophy of Science 71: 339-361.

HENRY J & G HEINKE (1999) IngenieríaAmbiental. Prentice Hall. 800 pp.

KLEMES V (1983) Conceptualization and scalein hydrology. Journal of Hydrology 65: 1-23.

MAC DONALD M & A HARBAUGH (1984) Amodular three-dimensional finite-differencegroundwater flow model. US GeologicalSurvey Open File Report 83.

MARTÍN DE SANTA OLALLA MAÑAS F, ABRASA, C FABEIRO, D FERNÁNDEZ & HLÓPEZ (1999) Improvement of irrigation man-agement towards the sustainable use of ground-water in Castilla-La Mancha, Spain. Agricul-tural Water Management 40: 195-205.

MENDONÇA S (2000) Sistemas de lagunas deestabilización. Mc Graw Hill. 370 pp.

MILLAR A (1993) Manejo de agua y producciónagrícola. Instituto Interamericano deCooperación para la Agricultura. 560 pp.

MONSALVE R (2003) Relaciones agua planta enVitis vinífera cultivar Carménère, Viña Conchay Toro SA (Cachapoal-Peumo), Sexta Región.Memoria de Título, Facultad de IngenieríaAgrícola, Universidad de Concepción. 98 pp.

MOSSBARGER W & R YOST (1989) Effects ofirrigated agriculture on groundwater quality incorn belt and Lakes states. Journal of Irriga-tion and Drainage Engineering 115(5): 773-790.

ODUM E (1993) Ecology. Sinauer Associates, Inc.Publishers. 304 pp.

ORREGO X (2003) Caracterización hidrológicadel valle del río Cachapoal sector Peumo-LasCabras usando un sistema de informacióngeográfica. Memoria de Título, Facultad deIngeniería Agrícola, Universidad de

Impacto de la actividad agrícola en el valle del Peumo

Page 22: Diego Rivera, José Luis Arumí & Eduardo Holzapfel · Diego Rivera, José Luis Arumí & Eduardo Holzapfel Departamento de Recursos Hídricos. Universidad de Concepción. Avenida

80

Concepción, 44 pp.ORREGO X, JL ARUMI & E HOLZAPFEL

(2005) Evaluación de practicas de fertirrigaciónen una plantación de paltos usando el modeloHYDRUS 2_D. XVII Congreso Chileno deIngeniería Hidráulica.

RIVERA D (2006) Influencia de la interacción aguasuperficial, subterránea y de riego en eltransporte de contaminantes de origen agrícola.Tesis Doctoral, Facultad de Ingeniería Agrícola,Universidad de Concepción. 124 pp.

RIVERA D, JL ARUMÍ & J JARA (2004)Transporte de Agua en el Continuo Suelo-Planta-Atmósfera, un Punto de VistaHidráulico. Revista de la Sociedad Chilena deIngeniería Hidráulica 19: 21-30.

SUÁREZ M (2003) Scientific representation:against similarity and isomorphism.International Studies in the Philosophy ofScience 17(3): 225-244.

SOPHOCLEOUS M (2002) Interactions betweengroundwater and surface water: the state of thescience. Hydrogeology Journal 10: 52-67.

SOPHOCLEOUS M, M TOWNSEND, LVOGLER, T MACCLAIN, E MARKS & GCOBLE (1988) Experimental studies in stream-aquifer interaction along the Arkansas river incentral Kansas- Field testing and analysis.Journal of Hydrology 88: 249-273.

TELLER P (2001) Twilight of the perfect model.Erkenntnis 55: 393-415.

TÓTH J (1999) Groundwater as a geologic agent:An overview of the causes, proceses and mani-festations. Hydrogeology Journal 7: 1-14.

TROIANO J, C GARRETSON, C KRAUTER, JBROWNWELL & J HUSTON (1993) Influ-ence of amount and method of irrigation waterapplication on leaching of atrazine. Journal ofEnvironmental Quality 22: 290-298.

WICHELNS D (2002) An economic perspectiveon the potential gains from improvements inirrigation water management. Agricultural Wa-ter Management 52:233-248.

WROBLICKY G, M CAMPANA, M VALET & CDAHM (1998) Seasonal variation in surface-subsurface water exchange and lateralhyporheic area of two stream-aquifer systems.Water Resources Research 34(3): 317-328.

WINTER T (1999) Relation of streams lakes andwetlands to groundwater flow systems.Hydrogeology Journal 7: 28-45.

WINTER T, J HARVEY, O FRANKE & W AL-LEY (1998) Ground water and surface water, asingle resource. US Geological Survey Circu-lar 1139. 232 pp.

Rivera et al.