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Evaluación de alternativas en el suministro de
agua para disminuir los efectos de sequía en la
cobertura de la demanda agrícola y poblacional de
la ciudad de Tacna con aplicación del software WEAP
Item Type info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Authors Zarate Campos, Raul Alfredo
Publisher Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC)
Rights info:eu-repo/semantics/openAccess; Attribution-
NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
Download date 09/05/2024 20:55:55
Item License http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
Link to Item http://hdl.handle.net/10757/667676
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
http://hdl.handle.net/10757/667676
UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL
Evaluación de alternativas en el suministro de agua para disminuir los efectos
de sequía en la cobertura de la demanda agrícola y poblacional de la ciudad de
Tacna con aplicación del software WEAP
TESIS
Para optar el título profesional de Ingeniero Civil 
AUTOR
ZARATE CAMPOS, RAUL ALFREDO (0000-0003-4209-0692)
ASESOR DE TESIS
SILVA DAVILA, MARISA ROSANA (0000-0003-4910-5252)
Lima, 19 de Junio del 2020
DEDICATORIA
Dedico este proyecto de Tesis a mis familiares más cercanos que me apoyaron sin medida
desde que comenzó mi etapa universitaria. Por tener la bendición de Dios de poder seguir
mis sueños y cumplir uno de mis objetivos. No fue sencillo llegar hasta este momento, pero
gracias a la disciplina y perseverancia se pudo lograr.
I
 AGRADECIMIENTOS
Agradecer la asesoría de la Ing. Marisa Rosana Silva Dávila, presente con su valiosa
colaboración para el desarrollo de la tesis de grado. También agradecer el apoyo del Ing.
Cesar Augusto Anzá Moreau y el Ing. Fernando Ramiro Castro Aragón por siempre
brindarnos recomendaciones en los avances semanales de tesis.
II
RESUMEN
El déficit hídrico se presenta en el sur del país por la falta de precipitación y la alta
evaporación sobre suelos áridos. El principal problema es satisfacer la cobertura de la
demanda agrícola y poblacional. En épocas de sequías es más grave por afectar la salud, la
economía y la pérdida de cosechas. La investigación determina el déficit hídrico actual en
la Ciudad de Tacna para analizar alternativas en el suministro de agua de los próximos 30
años. Se utiliza el indicador de precipitación estandarizado SPI y el indicador de
precipitación-evapotranspiración estandarizado SPEI para clasificar la severidad de la
sequía. Si el SPI es menor de -2 significa sequías extremas con una probabilidad de
ocurrencia de 2.3 % cada 50 años. La oferta hídrica para la Ciudad de Tacna es de 3.21
m3/s. Las zonas agrícolas de Pocollay, Magollo y la Yarada tienen un área de cultivos de
35 ha ,1122 ha y 19 500 ha respectivamente. La demanda agrícola de agua es de 0.005 m3/
s en Pocollay ,0.250 m3/s en Magollo y 5.589 m3/s en la Yarada que se calcularon con el
uso del software CROPWAT 8.0. La demanda poblacional se proyectó en 0.97 m3/s para
la que se consideró una muestra de población de 308 279 habitantes con un índice de
crecimiento del 2% y dotación de 25 litros/hab. El déficit hídrico actual es de -3.61 m3/s.
El trasvase de aguas tiene una capacidad de suministro de 2.083 m3/s, la desalinizadora
0.50 m3/s y el atrapanieblas 0.065 m3/s. 
III
Palabras clave: SPI, SPEI; Demanda Agrícola y Poblacional, Déficit Hídrico; Ciudad de
Tacna.
Evaluation of alternatives in the water supply to reduce the effects of drought in the
coverage of the agricultural and population demand of the city of Tacna with the
application of the WEAP software
ABSTRACT
The water deficit occurs in the south of the country due to the lack of precipitation and
high evaporation on arid soils. The main problem is to satisfy the coverage of agricultural
and population demand. In times of drought it is more serious because it affects health, the
economy and the loss of crops. The investigation determines the current water deficit in the
City of Tacna to analyze alternatives in the water supply for the next 30 years. The SPI
standardized precipitation indicator and the SPEI standardized precipitation-
evapotranspiration indicador are used to classify the severity of drought. If the SPI is less
than -2 it means extreme droughts with a probability of occurrence of 2.3% every 50 years.
The water supply for the City of Tacna is 3.21 m3/s. The agricultural zones of Pocollay,
Magollo and La Yarada have a crop area of 35 ha, 1122 ha and 19,500 ha respectively. The
agricultural demand for water is 0.005 m3/s in Pocollay, 0.250 m3/s in Magollo and 5,589
m3/s in la Yarada, which is calculated using the CROPWAT 8.0 software. The population
demand was projected at 0.97 m3/s for which a population sample of 308,279 inhabitants
was considered with a growth rate of 2% and a provision of 25 liters/hab. The current
water deficit is -3.61 m3/s. The water transfer has a supply capacity of 2,083 m3/s, the
desalination plant 0.50 m3/s and the fog catcher 0.065 m3/s.
IV
Keywords: [SPI, SPEI; Agricultural and Population Demand, Water Deficit; Tacna city]
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
TABLA DE CONTENIDOS
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 1
REALIDAD PROBLEMÁTICA...............................................................................................................1
ESTADO DEL ARTE.......................................................................................................................... 6
HIPÓTESIS...................................................................................................................................... 8
OBJETIVOS..................................................................................................................................... 8
Objetivo General....................................................................................................................... 8
Objetivos Específicos................................................................................................................8
Indicadores de logro de los objetivos específicos.....................................................................8
DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO.........................................................................................................9
1 MARCO TEÓRICO.................................................................................................................10
1.1 BASE TEÓRICA.....................................................................................................................10
1.1.1 Reservorios Multipropósito.........................................................................................10
1.1.2 Sistemas Acuíferos....................................................................................................11
1.1.3 Canales de derivación................................................................................................11
1.1.4 Desalinizadoras.........................................................................................................12
1.1.5 Atrapanieblas.............................................................................................................14
1.2 CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS Y FISIOGRÁFICAS DE UNA CUENCA..............................16
1.2.1 Cuencas..................................................................................................................... 16
1.2.2 Área de Cuenca (A)...................................................................................................16
1.2.3 Longitud del Cauce Principal (L)................................................................................16
1.2.4 Perímetro (P).............................................................................................................161.2.5 Coeficiente de Gravellius (Cg)...................................................................................16
1.2.6 Rectángulo equivalente..............................................................................................17
1.2.7 Desnivel Altitudinal (Da).............................................................................................17
1.2.8 Altitud media de la cuenca (Am)................................................................................17
1.2.9 Pendiente media del cauce (Pm)...............................................................................18
1.2.10 Pendiente Promedio de la cuenca. (J)...................................................................18
1.2.11 Histograma de frecuencias altitudinales................................................................18
1.2.12 Curva Hipsométrica...............................................................................................18
1.2.13 Densidad de drenaje (DD).....................................................................................19
1.2.14 Factor de Forma de la cuenca (FF).......................................................................19
1.2.15 Ancho Medio (Am).................................................................................................19
1.3 VARIABLES HIDROLÓGICAS Y METEOROLÓGICAS DE UNA CUENCA............................................20
1.3.1 Ciclo Hidrológico........................................................................................................20
1.3.2 Precipitación (mm).....................................................................................................20
1.3.3 Caudal (m3/s)............................................................................................................20
XII
1.3.4 Infiltración (mm/h)......................................................................................................20
1.3.5 Evaporación (mm/día)................................................................................................21
1.3.6 Transpiración.............................................................................................................21
1.4 ANÁLISIS DE SEQUIAS...........................................................................................................21
1.4.1 Sequia Meteorológica................................................................................................21
1.4.2 Sequia Hidrológica.....................................................................................................21
1.4.3 Caracterización de sequias........................................................................................22
1.5 ANÁLISIS DE CONSISTENCIA...................................................................................................24
1.5.1 Análisis Visual............................................................................................................24
1.5.2 Análisis Doble Masa..................................................................................................24
1.5.3 Análisis Estadístico....................................................................................................24
1.6 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA POBLACIONAL.....................................................................25
1.6.1 Proyección de la población (hab)...............................................................................25
1.6.2 Dotación diaria (litros/hab).........................................................................................25
1.6.3 Cálculo de la demanda poblacional (m3)...................................................................25
1.7 DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA AGRÍCOLA..........................................................................25
1.7.1 Cedula de cultivos (ha)..............................................................................................25
1.7.2 Periodo Vegetativo (días)...........................................................................................26
1.7.3 Fases de cultivos (%).................................................................................................26
1.7.4 Coeficientes de Cultivos (Kc).....................................................................................26
1.7.5 Profundidad Radicular (m).........................................................................................26
1.7.6 Agotamiento Crítico (%).............................................................................................26
1.7.7 Altura de cultivo (m)...................................................................................................26
1.7.8 Rendimiento máximo de cultivos...............................................................................27
1.7.9 Evapotranspiración potencial (ETo)...........................................................................27
1.7.10 Uso consuntivo (U. Consuntivo)............................................................................27
1.7.11 Precipitación efectiva (P. efectiva).........................................................................28
1.7.12 Eficiencia de Riego (E. Riego)...............................................................................28
1.7.13 Eficiencias de riego:...............................................................................................28
1.7.14 Demanda bruta total de riego (m3/s).....................................................................28
1.8 HERRAMIENTAS PARA UTILIZAR EN LA INVESTIGACIÓN.............................................................29
1.8.1 Software Arc-GIS.......................................................................................................29
1.8.2 Software CLIMWAT 2.0 for CROPWAT 8.0...............................................................29
1.8.3 Software WEAP.........................................................................................................30
2 MATERIALES Y MÉTODOS..................................................................................................34
2.1 MATERIAL............................................................................................................................. 34
2.1.1 Población...................................................................................................................34
2.1.2 Muestra......................................................................................................................34
XIII
2.2 METODOLOGÍA...................................................................................................................... 34
2.2.1 Nivel de investigación................................................................................................34
2.2.2 Diseño de investigación.............................................................................................34
2.2.3 Procedimiento............................................................................................................35
2.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN............................................37
2.3.1 Técnica de Recolección de información.....................................................................37
2.3.2 Instrumentos de recolección de información..............................................................37
2.4 TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS.............................................................37
2.4.1 Procesamiento de datos............................................................................................37
2.4.2 Análisis de datos........................................................................................................38
3 RESULTADOS.......................................................................................................................39
3.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN BÁSICA...............................................................................393.1.1 Ubicación de la ciudad de Tacna...............................................................................39
3.1.2 Información básica de la ciudad de Tacna.................................................................40
3.1.3 Fuentes de suministro de agua para la ciudad de Tacna...........................................42
3.1.4 Cuenca Caplina.........................................................................................................43
3.1.5 Cuenca Maure...........................................................................................................56
3.2 ANÁLISIS DE SEQUÍAS METEOROLÓGICA E HIDROLÓGICA........................................................61
3.2.1 Análisis de sequía Meteorológica..............................................................................61
3.2.2 Análisis de sequía Hidrológica...................................................................................65
3.3 CÁLCULO DE LA DEMANDA AGRÍCOLA Y POBLACIONAL.............................................................68
3.3.1 Cálculo de la demanda agrícola.................................................................................68
3.3.2 Cálculo de demanda poblacional...............................................................................73
3.3.3 Balance Hídrico actual...............................................................................................76
3.4 EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS.............................................................................................77
3.4.1 Planteo de alternativas...............................................................................................77
3.4.2 Calibración de alternativas.........................................................................................89
3.4.3 Creación de escenarios.............................................................................................91
3.4.4 Simulación de alternativas.........................................................................................94
3.4.5 Selección de alternativas para reducir el déficit de agua en tiempo de sequias........97
4 CONCLUSIONES................................................................................................................. 102
4.1 CONCLUSIONES OBJETIVO 1...............................................................................................102
4.2 CONCLUSIONES OBJETIVO 2...............................................................................................102
4.3 CONCLUSIONES OBJETIVO 3...............................................................................................102
4.4 CONCLUSIONES OBJETIVO 4...............................................................................................103
4.5 CONCLUSIONES OBJETIVO 5...............................................................................................103
5 RECOMENDACIONES.........................................................................................................104
XIV
5.1 RECOMENDACIONES OBJETIVO 1.........................................................................................104
5.2 RECOMENDACIONES OBJETIVO 2.........................................................................................104
5.3 RECOMENDACIONES OBJETIVO 3.........................................................................................104
5.4 RECOMENDACIONES OBJETIVO 4.........................................................................................104
5.5 RECOMENDACIONES OBJETIVO 5.........................................................................................104
6 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS....................................................................................105
7 ANEXOS............................................................................................................................... 110
7.1 ANEXOS DE PROBLEMÁTICA EN LA YARADA.............................................................114
7.2 ANEXOS DE INFORMACIÓN GEOMORFOLOGICA......................................................115
7.3 ANEXOS DE INFORMACIÓN METEOROLOGICA E HIDROLOGICA............................116
7.4 ANEXOS DE CÁLCULOS DE LOS INDICADORES SPEI...............................................117
7.5 ANEXOS DE CÁLCULO DE DEMANDA AGRÍCOLA EN CROPWAT.............................119
7.6 ANEXOS DE LA MODELACIÓN DE ALTERNATIVAS EN WEAP...................................136
ÍNDICE DE TABLAS
XV
Tabla 1 Tabla de Valores de Permeabilidad.......................................................................12
Tabla 2 Categorización según el Índice de Precipitación Estandarizado SPI....................23
Tabla 3 Procedimiento para la delimitación de una cuenca................................................31
Tabla 4 Variables dependientes e independientes de la investigación................................36
Tabla 5 Actividades a desarrollar para lograr los objetivos específicos de la tesis............37
Tabla 6 Parámetros Geomorfológicos de la cuenca Caplina..............................................45
Tabla 7 Temperatura medias de la Yarada y Jorge Basadre...............................................50
Tabla 8 Temperaturas promedio máximos y mínimos de la ciudad de Tacna...................51
Tabla 9 Precipitaciones medias mensuales de las estaciones en la cuenca Caplina...........52
Tabla 10 Caudal promedio mensual de la estación Hidrométrica Chuapalca (m3/s).........59
Tabla 11 Caudal promedio mensual de la Cuenca Maure (m3/s).......................................59
Tabla 12 Disponibilidad de agua subterránea de la cuenca Maure.....................................60
Tabla 13 Tabla de Índices de Precipitaciones Estándar......................................................61
Tabla 14 Tabla de Indicador SPI La Yarada......................................................................62
Tabla 15 Tabla de Indicador SPI Jorge Basadre.................................................................63
Tabla 16 Tabla de Indicador SPI Calana.............................................................................64
Tabla 17 Caracterización de las sequías..............................................................................67
Tabla 18 Cédula de Cultivos de la Irrigación en Magollo..................................................68
Tabla 19 Cultivos de la irrigación en la Yarada..................................................................69
Tabla 20 Cédula de cultivos de Pocollay............................................................................70
Tabla 21 Eficiencias de sistemas de riego..........................................................................71
Tabla 22 Resumen de la demanda de agua para riego de Magollo.....................................72
Tabla 23 Resumen de la demanda de agua para riego de la Yarada...................................72
Tabla 24 Resumen de la demanda de agua para riego de Pocollay.....................................73
Tabla 25 Demanda Poblacional..........................................................................................74
Tabla 26 Balance Hídrico de la ciudad y Valle de Tacna...................................................76
Tabla 27 Inversión en terreno.............................................................................................80
Tabla 28 Inversión en la Construcción de la desalinizadora...............................................80
Tabla 29 Inversión de máquinas de la planta desalinizadora..............................................81
Tabla 30 Costo de operación en materiales mensualmente...............................................82
Tabla 31 Costo de operación en consumo de servicios mensualmente...............................82
Tabla 32 Costo de operación en personal mensualmente...................................................82
Tabla 33 Costo de mantenimiento mensualmente..............................................................83XVI
Tabla 34 Costo de los atrapanieblas....................................................................................87
Tabla 35 Calibración estación Vilacota..............................................................................90
Tabla 36 Validación estación Vilacota...............................................................................90
Tabla 37 Calibración estación Chuapalca...........................................................................90
Tabla 38 Simulación Hidrológica del trasvase de aguas de la cuenca Maure.....................94
Tabla 39 Simulación Hidrológica del Trasvase Maure y la planta desalinizadora.............95
Tabla 40 Simulación Hidrológica del trasvase Maure y el atrapanieblas...........................96
Tabla 41 Criterio técnico de comparación entre los atrapanieblas y la planta desalinizadora
..............................................................................................................................................98
Tabla 42 Criterio Ambiental de comparación entre los atrapanieblas y la desalinizadora
............................................................................................................................................100
INDICE DE FIGURAS 
XVII
Figura 1 Mapa de Peligro de Sequías.....................................................................................1
Figura 2 Fuentes Contaminantes en Tacna............................................................................2
Figura 3 Árbol de problemas del déficit de agua...................................................................5
Figura 4 Proceso de Osmosis en las desalinizadoras con membranas.................................12
Figura 5 Proceso de Osmosis Inversa..................................................................................13
Figura 6 Proceso de separación de la sal y el agua..............................................................13
Figura 7 Representación del Ciclo Hidrológico del agua...................................................20
Figura 8 Mapa de Ubicación geográfica de la Ciudad de Tacna........................................39
Figura 9 Mapa de los 14 sectores de la Ciudad de Tacna....................................................40
Figura 10 Esquema de captación para la ciudad de Tacna...................................................42
Figura 11 Mapa de la delimitación de la cuenca Caplina....................................................43
Figura 12 Temperatura en la estación de la Yarada.............................................................48
Figura 13 Temperatura en la estación Jorge Basadre...........................................................49
Figura 14 Temperatura mensual promedio, máximo y mínimo de la ciudad de Tacna.......50
Figura 15 Precipitación total mensual de las estaciones en Caplina....................................51
Figura 16 Histograma de la Yarada....................................................................................52
Figura 17 Histograma Jorge Basadre..................................................................................52
Figura 18 Histograma de la Estación Magollo....................................................................53
Figura 19 Histograma de la Estación Calana......................................................................53
Figura 20 Doble Masa de las estaciones de la ciudad de Tacna..........................................54
Figura 21 Mapa de Ubicación del Río Maure.....................................................................55
Figura 22 Delimitación de la cuenca Maure.......................................................................56
Figura 23 Gráfico de los valores promedio del Índice SPI de la estaciones Yarada, Basadre
y Calana................................................................................................................................64
Figura 24 Caracterización de la sequía dividida por el aporte anual medio........................65
Figura 25 Gráfico de intensidades........................................................................................66
Figura 26 Gráfico decreciente de la cédula de cultivos en Magollo....................................68
Figura 27 Gráfico de los cultivos de la Yarada...................................................................69
Figura 28 Gráfico de cultivos en Pocollay..........................................................................70
Figura 29 Proyección Poblacional de la Ciudad de Tacna...................................................72
Figura 30 Gráfico de demanda poblacional de la Ciudad de Tacna....................................74
Figura 31 Modelación de la Cuenca Maure en el programa WEAP....................................77
XVIII
Figura 32 Mapa de ubicación de la desalinizadora en Yarada y de la planta de tratamiento
de agua potable en Magollo ubicado en la ciudad de Tacna................................................78
Figura 33 Mapa de ubicación de los atrapanieblas.............................................................83
Figura 34 Registro de Humedad Relativa en Calana...........................................................84
Figura 35 Diseño del atrapanieblas de estructura flexible tipo Tenso estructura, con malla
Raschel.................................................................................................................................85
Figura 36 Esquema Hidráulico del trasvase.........................................................................90
Figura 37 Esquema Hidráulico del trasvase.........................................................................91
Figura 38 Esquema Hidráulico del trasvase.........................................................................92
XIX
INTRODUCCIÓN 
Realidad Problemática
La última referencia de sequía ocurrió en el sur del Perú (Tacna y Arequipa) a principios
del 2016 y tuvo un impacto directo de reducción del 75% en la producción agrícola. En el
sur del Perú, se muestra una alta dependencia económica de las actividades impulsadas
directamente por la disponibilidad de agua, en mayor cantidad con la agricultura y la
minería (Higa & Chan, 2010). Bajo este contexto, se considera la zona sur del Perú con
mayor vulnerabilidad a tener déficit hídrico. La principal razón, la dificultad de predecir
las eventuales sequías producto del cambio climático. Por esto, la Autoridad Nacional del
Agua (ANA) declaró el estado de emergencia el año 2016 en Tacna y Arequipa (ANA,
2016). 
Para analizar esta problemática es necesario mencionar las variables en el ciclo hidrológico
de abastecimiento. Entre los factores más determinantes se encuentran: el evo
transpiración, el déficit en la precipitación, la modificación de la cubierta vegetal y la
modificación de las condiciones de los suelos (ANA, 2016). En la figura n° 1, se identifica
los eventos de escasez hídrica más recurrentes se producen en la Yarada, se resalta los
indicadores de sequía más altos con el color rojo, los medios en amarillo y bajos en celeste.
Figura 1
Mapa de Peligro de Sequías.
XX
 
Nota: Adoptado de “Competitividad y Manejo del agua”, por el Ing. Ronald Fernández Bravo, 2016. 
De la figura n°1, se nota que existe disminución de los principales suministros de agua al
Rio Caplina por falta de precipitaciones y clima seco en la cordillera del Barroso que tiene
sus nacientes en la cuenca Sama. La necesidad de los pobladores y agricultores de la
Ciudad de Tacna por sobrevivir realizan perforaciones verticales (pozos) sin ningún tipo de
control en los acuíferos de la Yarada Baja de los Palos. Esta nula gestión del recurso
hídrico está por terminar los almacenamientos de agua subterránea en los pozos de la
Yarada. Estos acuíferos al ser sometidos a una intensa sobre explotación provocan el
descenso progresivode los niveles de agua que a su vez son contaminados lentamente por
las aguas de mar del Océano Pacifico (intrusión marina) (Pino et al., 2017). 
Otro aspecto a tener en cuenta en el problema del Rio Caplina, son los agentes vertidos
muy cercanos al canal Uchusuma. Se puede apreciar en la figura n°2, las fuentes
contaminantes de las aguas superficiales son provenientes de los desechos de la mina
MINSUR en relaves mineros en mostaza y la contaminación por intrusión marina en verde,
como residuos sólidos en rojo y pasivos ambientales en amarillo.
Figura 2
 Fuentes Contaminantes en Tacna.
XXI
Cordillera Barroso
La Yarada
Nota: Adoptado de “Competitividad y Manejo del agua”, por el Ing. Ronald Fernández Bravo, 2016. 
Existe gran preocupación que ante la falta de precipitaciones se quede seco el río Caplina y
se pierda por completo la reserva de los acuíferos por la explotación excesiva e ilegal. Se
evidencia que ante la veda que se dio en el acuífero la Yarada el año de 1998, por la
Autoridad Nacional del Agua (ANA), se debe buscar medidas preventivas para encontrar
una mejor solución que sea sostenible con el medio socio, económico y político de Tacna.
La planificación de los recursos hídricos (Aguas subterráneas y aguas superficiales) a
diferentes etapas de desarrollo debe tener sostenibilidad. Los modelos hidrológicos deben
ser aplicados acompañados de metodología satelital y ajustados a las restricciones de
escenarios aleatorios. Para esto se necesita de más información científica para ser aplicado
como en diferentes partes del mundo en las que tienen buenos resultados.
La investigación de esta problemática se realizó por el interés de evaluar las alternativas de
abastecimiento de agua en la ciudad de Tacna. Con la finalidad de poder disminuir los
efectos de las sequías en la Yarada - Los Palos que permita abastecer la demanda
poblacional y demanda agrícola perteneciente a la ciudad de Tacna. En base a las
características del problema que se analizó anteriormente se propone realizar el estudio
sobre la calibración de la mejor alternativa de solución al problema de déficit de agua.
XXII
En el ámbito académico, la presente tesis pretende profundizar los conocimientos
enseñados por los docentes de la carrera de Ingeniería Civil en la línea de Hidráulica de
canales e Hidrología. Entre la variedad de metodologías alternativas encontradas y tras un
cauteloso análisis de innumerables artículos científicos de autores con reconocimiento
prolijo, se identificó que existe una característica común en la información, la falta de
datos. 
La investigación permitirá obtener la mejor solución al problema de sequía beneficiando a
los pobladores de la ciudad y valle de Tacna. Que enfrentan una grave escasez debido a la
sobreexplotación de los acuíferos que a corto y mediano plazo están disminuyendo las
reservas que servían como medidas contingencias ante las épocas de baja de
precipitaciones o falta de caudales que no alimentan al rio Caplina pero que están
utilizando de igual forma porque sus aguas son contaminadas por agentes contaminantes
como la minería MINSUR. 
A su vez permitirá conocer y usar el Software WEAP para dimensionar el volumen
adecuado para abastecer de agua mediante las alternativas de suministro de agua como es:
el trasvase de las aguas del Rio Maure a la ciudad de Tacna que permita menguar los
efectos de déficit hídrico en épocas de sequias. 
Para el presente estudio de sequias, la principal limitación es no disponer con data
hidrometeoro lógica amplia de varias estaciones en la zona de estudio. No se cuenta con
financiamiento externo para que los gastos sean cubiertos. Esta zona es árida por no contar
con precipitación y de clima seco por encontrarse cerca de la cordillera del Barroso con lo
cual es difícil poder establecer un récord estadístico en primera instancia.
No obstante, para obtener los registros hidrometeoro lógico se debe dar cuenta de la data
de caudales y precipitación que se proporciona gratis en la Autoridad Nacional del Agua
ANA a nivel mensual. Además, del uso el servicio SENAMHI para obtener datos de clima
como: la temperatura, velocidad de viento, radiación solar, etc. También el apoyo de la
Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann para completar datos faltantes de la cuenca
Caplina. De igual manera, las delimitaciones de las cuencas se pueden realizar en ArcGIS
descargando las cartas nacionales del MINEDU en formato Shape. Para tener mayor
detalle se trabajaron hojas de cálculo con sus gráficos. Por esa razón, se utilizó el software
Wáter Evaluation and Planning System (WEAP) ya que tienen una amplia barra de
XXIII
herramientas que la hacen un programa muy versátil de planificación hídrico integrando
diferentes programas. 
WEAP es un sistema construido para implementar suministros y demandas de agua. Tiene
una interfaz gráfica que puede evaluar las proyecciones de la cuenca, de demanda, la
infraestructura disponible y las condiciones regulatorias. Es un modelo ideal para realizar
estudios de cambio climático en los que es importante estimar los cambios de
precipitación, cambio de las demandas y las ofertas proyectados que producirán un balance
Hídrico. La distribución de agua se realiza para un mismo intervalo de corrida con una
información base de datos de entrada. Estos también pueden ser extraídos de información
de instituciones estatales o información publicado en estudios previos. 
Para obtener resultados más eficientes con el WEAP se debe hacer un uso adecuado en el
procesamiento de la data obtenida de servidores como son, la autoridad nacional del agua
(ANA), data de precipitaciones encontradas en el programa (PISCO) y data de
temperaturas encontradas en el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú
(SENAMHI), para la data meteorológica. En síntesis, la importancia de este estudio de
investigación radica en la posibilidad de abastecer las demandas agrícolas y poblacionales
en la ciudad de Tacna.
XXIV
Formulación del problema: ¿Cómo reducir el déficit del suministro de agua por sequías variables, para reducir el déficit en la cobertura de
demanda poblacional y agrícola en la ciudad de Tacna en los próximos 30 años?
 
Figura 3 
Árbol de problemas del déficit de agua.
25
EFECTOS 
Insatisfacción industrialPérdida EconómicaEnfermedad
es
Deshidratación Aridez de suelosPérdida de cultivo 
Insatisfacción de la
demanda energética
Insatisfacción de la
demanda poblacional
Insatisfacción de la
demanda agrícola
PROBLEMA
PRINCIPAL 
DEFICIT DE AGUA
Falta de Infraestructura
Hidráulica 
Desperdicio en el
uso del agua 
Sequía
Hidrológica
Sequía
MeteorológicaCAUSAS 
Contaminación de las aguas
subterráneas 
SUB-
CAUSAS 
Falta de
mantenimiento
de la red
hídrica.
Falta de
presupuesto
en los
proyectos.
de
Gestión
Inadecuada de
las autoridades
en el control de
la oferta.
hídrica.
Contaminación
por vertidos
nocivos.
Contaminación
por intrusión
marina.
Escasez de agua
superficial
Escasez de
precipitaciones
durante un
Cambio Climático altera el ciclo
hidrológico.
Falta de
conciencia
ambiental de los
usuarios.
Sobreexplotación de
las reservas de agua
subterránea
(Acuíferos).
Estado del Arte
La presente investigación se refiere al problema por resolver sobre el escaso suministro de
agua en la población mundial. Sin lugar a dudas, el agua constituye más del 70% de la
superficie de la tierra, el 95 % es agua de mar con sal. Del 5% restante que es agua dulce,
el 4% es hielo ubicado en los polos y el 1% es un agua dulce ubicado en lagunas, ríos, etc.
El agua superficial corresponde la principal fuente de suministro de la población por
utilizar solamente el0.01% de agua dulce en el consumo agrícola y poblacional. En la
actualidad, el agua de consumo directo es un recurso escaso, pero está cobrando
importancia mundial por la dificultad de cobertura atribuible a las características de las
cuencas, entre los destacables la ocurrencia de sequias. Lo anterior, se corrobora mediante
los análisis de estudios realizados alrededor del mundo.
Díaz et al. (2016), señalan que: “La dificultad para un mejor estudio de sequías, es el
producto de tener limitados datos hidrológicos y meteorológicos que proporcionen un
resultado con menor incertidumbre” (p. 125). Esto impide realizar una buena planificación
de la disponibilidad hídrica y poder responder de mejor manera cuando se den estos
fenómenos. 
Así también, los investigadores Dracup et al. (1980), señalan que: “todos los lugares están
sujetos a la eventual ocurrencia de sequías incluso las áreas típicamente lluviosas” (p. 27).
En base a esto, Díaz et al. (2016) sostienen que: “las sequías hidrológicas se pueden
identificar y caracterizar en tiempo espacio para evaluar la disponibilidad hídrica regional
como la local, por ser componente esencial en la planificación del agua” (p. 126). 
Por su parte, citando a Vicario et al. (2015), señalan que: “la variabilidad espacial de las
sequías meteorológicas en la región de estudio se cualifica mediante el índice
estandarizado de precipitaciones SPI, para sub-áreas y en él ámbito regional se tienen en
cuenta el fenómeno climático ENSO” (p. 153). Para identificar sub-áreas se aplican
técnicas estadísticas de análisis sobre la variable de lluvia media anual. De esta forma, se
logran identificar entre tres grupos de estaciones con comportamiento similar en lo que se
refiere a los procesos pluviométricos y en particular aquellos relacionados con las sequías
intensas, lo que permite identificar sub-áreas de influencia con déficit hídrometeorológico.
Por esto, la importancia de cumplir eficientemente las funciones en los suministros de
agua. Este hecho permitiría una adecuada gestión de riesgos ante los eventos extremos de
sequías.
26
Asimismo, de acuerdo con Narváez et al. (2009), señalan “el riesgo como condición latente
que al no ser modificada o mitigada a través de intervención humana o por medio de un
cambio en las condiciones del entorno físico ambiental puede tener repercusiones sociales
económicos en torno a la población” (p. 11). Por esta razón, es necesario disminuir el
riesgo de sequías. Citando a Alvarez et al. (2006) “es la gestión de riesgo una herramienta
sustentable precisa como el procedimiento por estudiar y ponderar los efectos con
consecuencias de los desastres naturales que incluyen operaciones de implementación
anticipatorio de tiempo y correctivo de forma” (p. 924). 
Otro factor que afecta la disponibilidad hídrica es la mala aplicación de medidas de
contingencias para salvaguardar la salubridad de las aguas que abastecen las demandas
poblacionales y agrícolas por falta de gobernabilidad. Muchas veces son las costumbres de
nuestros antepasados los que rigen como ley para el control de caudales y la apropiación de
las empresas como las minerías que contaminan el agua. 
Este problema de déficit hídrico tiene relación con la falta de sistemas de recepción y
abastecimiento de agua. Dentro de las investigaciones encontradas, se tienen problemáticas
muy parecidas con modelamiento para el mejor aprovechamiento del agua. Entre las
soluciones alternativas para redimir el problema, están las siguientes: Trasvase de aguas
superficiales, extracción de aguas subterráneas (acuíferos) y el uso de predictores de
sequias. 
De igual manera, el funcionamiento de los acuíferos se da mediante la extracción de las
aguas subterráneas que son recursos de difícil recarga. Es por esta razón, que existe
preocupación por la sobreexplotación del uso de este recurso. Al respecto, Borchers et
al. ,2015 señalan que, durante las sequías, “cuando los suministros de las aguas
superficiales son limitados, las aguas subterráneas ofrecen un amortiguador critico
proporcionando un porcentaje alto de suministro de agua” (p. 215). No obstante, debido a
la necesidad de la población de abastecimiento de recurso hídrico suelen violar las normas
establecidas por las autoridades infringiendo los acuerdos de no explotación por ser un
recurso de difícil recarga. 
Finalmente, la metodología de los predictores de sequias, este un modelo empleado en el
sur del País basada en la regresión de componentes sirve para pronosticar el número de
días húmedos y secos por temporada de lluvias. Por esta razón, la Autoridad Nacional del
27
Agua (ANA) a lo largo de su existencia ha creado regulaciones para el mejor
aprovechamiento del agua.
Hipótesis
El trasvase de aguas del rio Maure, es la mejor medida alternativa sostenible en el
suministro de aguas comparadas con las desalinizadoras e atrapanieblas para disminuir los
efectos de la sequía en la cobertura de la demanda agrícola y poblacional de la ciudad de
Tacna.
Objetivos
Objetivo General
Seleccionar la mejor alternativa de suministro de aguas para disminuir los efectos de la
sequía en la cobertura de la demanda agrícola y poblacional en la ciudad de Tacna.
Objetivos Específicos 
1.-Analizar los estudios previos y la información básica que comprende la información
topográfica, geológica, geotécnica y la disponibilidad hídrica de la ciudad de Tacna.
2.-Determinar la sequía meteorológica e hidrológica con datos de precipitación y caudales.
3.-Calcular la demanda agrícola y poblacional así mismo la cobertura actual de agua.
4.-Evaluar las alternativas de solución para el control de sequías con uso de WEAP.
5.-Seleccionar la mejor solución alternativa con criterio técnico, político, económico,
ambiental y social para la ciudad de Tacna.
Indicadores de logro de los objetivos específicos
1.-Base de datos en el software Excel con las variables meteorológicas e hidrológicas de
las estaciones cercanas a la ciudad de Tacna.
2.-Graficos en Excel para identificar las zonas de mayor sequía en la cuenca Caplina.
3.-Hoja de cálculo de las coberturas de demanda agrícola y poblacional.
4.-Balance hídrico de las alternativas de suministro realizado por el software WEAP
5.-Tablas comparativas para la selección de alternativas.
28
Descripción del contenido 
En el Capítulo 1 se presenta el marco teórico en la que se analiza la información básica la
cual comprende la información topográfica, geológica, geotécnica y la disponibilidad
hídrica de la cuenca. 
En el capítulo 2, se evalúa las sequías meteorológica e hidrológica con datos de
precipitación y caudales. Para tener las características de cada cuenca con su debida data
de precipitación y caudales. 
En el capítulo 3, se calcula la demanda agrícola y poblacional determinando la cobertura
actual de agua. 
En el capítulo 4, se evalúa las soluciones alternativas al control de sequías con el uso de
software WEAP que determina las coberturas para la demanda agrícola y poblacional. 
En el Capítulo 5, se selecciona la mejor solución alternativa con criterio técnico, político,
económico, ambiental y social.
29
1 MARCO TEÓRICO
En este numeral se desarrollará la presentación teórica de la información necesaria que se
utilizará para el desarrollo de la presente investigación.
1.1 Base Teórica
Dentro de las alternativas encontradas para disminuir el déficit de agua en la cuenca de
Caplina se encuentran: los reservorios, acuíferos, canales, desalinizadoras y atrapa nieblas.
1.1.1 Reservorios Multipropósito
Los reservorios en ingeniería son barreras fabricadas de piedra, hormigón y materiales
sueltos, que se construye habitualmente sobre un río para captación de escorrentía. Esta
estructura constaen un muro estructural grueso que reserva el agua ante eventos
inesperados o para cuando se necesite utilizar. Una represa multipropósito, debe tener una
robustez adecuada para tener menor vulnerabilidad. Cabe destacar que una robustez mayor
generaría un menor beneficio, debido al sobre exceso de costo. “Para lo cual se debería
tener una altura de 60 a 80 m con una robustez del 80% y una resiliencia de 3 meses”
(Paseka et al., 2018, p. 13). Con estas características se garantiza la mayor duración a un
costo menor. Además, resulta ser beneficioso en un entorno en el que el cambio climático
es adverso. 
Paseka et al. (2018) indica que “cuando se diseña la presa multipropósito las funciones
objetivo deben definirse para satisfacer todas las solicitudes al mismo tiempo y dar lugar a
un nuevo enfoque para utilizar una optimización multiobjetivo” (p. 2). Para iniciar el
proyecto de diseño de una represa se debe tener en cuenta la capacidad de recuperación y
la capacidad de almacenamiento de la estructura que debe ser aceptable ante escenarios
extremos de clima y demanda a futuro. 
El proyecto se plantea como complemento a la alternativa de suministro de agua con
atrapanieblas que necesitan el almacenamiento de agua por medio de la captación de un
reservorio de capacidad óptima. El tiempo de almacenamiento se debe realizar entre las 6
de la tarde y 6 de la mañana. Para lo cual es importante definir la altura, el volumen de
almacenamiento, la regla de operación y el caudal de salida. Es importante realizar una
limpieza mínima 2 veces al año en épocas de pocas lluvias para poder retirar los
sedimentos que se menoscaben en los picos máximos o cortes por falta de abastecimiento.
30
1.1.2 Sistemas Acuíferos 
Los acuíferos son terrenos de rocas en el subsuelo que infiltran el agua de lluvia
directamente del suelo o de los ríos. Estos se acumulan a través de los años llenando los
acuíferos poco a poco hasta encontrar superficies en donde se mantienen por la capacidad
de permeabilidad. Es decir, la característica de ser permeables significa que puedan retener
el agua. La cantidad de agua que puede captarse en estos pozos depende en gran medida de
la capacidad de retención en el suelo. Iglesias y Villanueva (1964) definen los valores de
permeabilidad (k). En la tabla 1, se muestra los valores de permeabilidad.
 Tabla 1 
 Tabla de Valores de Permeabilidad
K(m/día) Calificación estimada Tipo de Acuífero
Muy bajo Pozo menor a 1 1/s 
Bajo Pozo de 1 a 10 l/s 
Medio Pozo de 10 a 50 l/s
Alto Pozo de 50 a 100 l/s
Muy alto Pozo mayor a 100 l/s
Nota: Clasificación de los tipos de acuíferos por los valores de permeabilidad. Adaptado de: Pozos y
Acuíferos. Técnicas de evaluación mediante ensayos de bombeo, por Iglesias & Villanueva,1964, p. 26
(https://www.igme.es/biblioteca/Libros_agotados/pozos_acuíferos_2.pdf).
1.1.3 Canales de derivación
Los trasvases se definen como obras hidráulicas realizadas por el hombre ante la necesidad
de cubrir un déficit hídrico. La finalidad de los trasvases es incrementar la disponibilidad
de agua en un corto plazo a una población creciente en demanda. Este suministro consiste
en la adición de agua desde un rio superior con mayor oferta hídrica a otro rio de menor
oferta hídrica. El agua que se trasvasa se emplea para distintos fines de satisfacción, lo cual
lleva involucrada la agricultura, la población, la energía, etc. 
Cabría destacar la importancia de encontrar una cuenca que provea de agua y que sea
sostenible en el tiempo. El trasvase genera conflictos ambientales, sociales y culturales.
Pero pueden ser menguados mediante la concientización, información y educación de las
personas involucradas en el proyecto. De igual manera, “el trasvase llega a ser un proyecto
que aumenta la empleabilidad y el PBI porque genera mayor empleo con la mano de obra
de los pobladores cerca de la ciudad” (Leiva et al., 2016, p.15). Por lo que esto beneficia
económicamente, socialmente pero poco al medio ambiente.
31
1.1.4 Desalinizadoras
Del agua total del planeta, el 95% aproximadamente es agua de mar, siendo un pequeño
porcentaje del agua dulce el que se puede utilizar. Entonces, podría ser muy favorable
utilizar el agua de mar como medio para solventar las distintas demandas de agua en la
ciudad de Tacna siendo este muy abundante. No obstante, surge un problema, el agua de
mar no es utilizable debido a los cloruros que presenta. Pero si es posible desalinizar el
agua para el consumo, aunque requiere una alta inversión inicial. 
Martínez (2016) afirma que la osmosis inversa tiene un mayor gasto energético. El costo
inicial es dependiente a la calidad del agua, cabe destacar que es menor a los sistemas
térmicos. Por otro lado, el terreno de extensión es del tipo medio. Además, se necesita una
fuente exterior para funcionamiento de las bombas de alta presión. La desalinización del
agua de mar se realiza mediante la separación de la sal del agua. Existen diferentes
maneras de desalinizar el agua del mar como son los siguientes métodos: la destilación,
congelación, evaporación relámpago y la osmosis inversa. 
En el Perú, se viene implementando desde las 2018 plantas desalinizadoras en el sur con el
proceso de osmosis inversa. Este tipo de desalinización comprende el uso de membranas
semipermeables para que el agua de mar al pasar de un recipiente a otro se separe toda la
sal posible. Una planta de desalinización comienza con la captura de agua de mar mediante
una tubería de conducción. El agua es bombeada a la superficie y pasa por unos filtros
flotantes de sedimentos como algas, arena o basuras. La difusión es la que permite igualar
las concentraciones de ambas soluciones. El líquido con menor concentración es el que
atraviesa la membrana y pasa al del de mayor concentración. En la figura n°4, se muestra
el proceso denominado osmosis.
Figura 4 
Proceso de Osmosis en las desalinizadoras con membranas.
Nota: Proceso de desalinización con uso de membranas por osmosis. Adaptado de “Funcionamiento de una
planta desalinizadora”, por Martínez, 2016 (https://www.youtube.com/watch?v=Ftdb3ybkYH4).
32
En esta figura n°4, en el primer recuadro de la izquierda se tienen dos tipos de
concentraciones diferentes una negativa y otra positiva las cuales al sufrir la difusión del
líquido con mayor concentración el agua se llena de sal al de menor concentración. En la
figura n°5, se presenta el proceso de osmosis inversa.
Figura 5
Proceso de Osmosis Inversa
Nota: Proceso de desalinización con uso de pesos en osmosis inversa. Adaptado de “Funcionamiento de una
planta desalinizadora”, por Martínez, 2016 (https://www.youtube.com/watch?v=Ftdb3ybkYH4).
En la figura n°5, se nota que la osmosis inversa es invertir el proceso de osmosis. Esto
significa que el agua es tratada previamente para controlar el pH y así sea menos turbia. El
proceso es mediante una membrana permeable que impide el paso de las sales presentes en
el agua de mar. En la figura n°6, se muestra la presión que se efectúa en la tubería para
poder separar el agua de la sal. 
Figura 6
Proceso de separación de la sal y el agua
Nota: Proceso de separación del agua sal por membranas semipermeables. Adaptado de “Funcionamiento de
una planta desalinizadora”, por Martínez, 2016 (https://www.youtube.com/watch?v=Ftdb3ybkYH4).
En la figura n°6, se nota que el agua de mar pasa por la presión en las membranas semi
permeables. De este proceso se obtiene dos componentes agua limpia y salmuera. Para
luego de esto realizar el proceso de desalinización se debe realizar el proceso de inyectarle
33
https://www.youtube.com/watch?v=Ftdb3ybkYH4
el calcio que le otorga la densidad y el cloro para la desinfección limpieza para ser
consumida.
1.1.5 Atrapanieblas
La niebla es un fenómeno muy habitual entre lacosta y sierra por la presencia de
montañas. Es definida como una masa que flota en el aire compuesta por minúsculas
gotitas de agua. 
Una causa de la formación de nubes y niebla se debe a la presencia de anticiclones
o centros de alta presión. Esta produce una inversión térmica por subsidencia, es
decir, aire descendente desde la alta atmósfera que se calienta por compresión. Y se
debe al calentamiento adiabático de las capas intermedias de la atmosfera
provocado por el movimiento descendente de aire de alta presión. (Molina, 2019,
p.141)
Estas no se mantienen en el aire, sino se mantienen suspendidas a la merced del viento si se
encuentran en la superficie de los océanos, mientras cuando se mantienen en la atmosfera
se denominan nubes. El captar agua de niebla aparentemente resulta ser un método
sustentable. Sin embargo, es una práctica implementado muy poco en Perú por la falta de
investigación. 
Según Rivera et al. (2014) para la captación de neblina se deben cumplir con los siguientes
parámetros hidrometeorológicos: la temperatura ambiente del lugar debe ser baja de 10 a
20 °C, la humedad relativa alta con un promedio de 80 % como mínimo, la velocidad de
viento constante de 0.1 a 0.5 m/s y la presión atmosférica se requiere tener entre 840 y 890
hPa. Además, las mallas deben estar tensadas y perpendiculares formando un ángulo de 90
grados a la corriente de viento para tener mayor eficiencia de captación.
Los atrapanieblas son sistemas que capturan la lluvia horizontal permitiendo satisfacer las
necesidades de agua de la población de gran tamaño. Para la identificación de los lugares
de instalación de los atrapanieblas se deben ubicar zonas que durante un tiempo adecuado
se pueda registrar aguas de niebla con un pluviómetro (medición de agua) y un
anemómetro (medición de viento).
La instrumentación de los atrapanieblas es importante para aumentar la colección y reducir
los costos de montar, operar y mantener los atrapanieblas. La instrumentación aplicada de
atrapanieblas ayuda a determinar: la selección de ubicaciones óptimas, la medición de
34
https://www.youtube.com/watch?v=Ftdb3ybkYH4
https://www.youtube.com/watch?v=Ftdb3ybkYH4
eficiencia de colección de aguas, la medición de las fuerzas de viento y la validación de
estos en funcionamiento. Por tal motivo, se debe tener datos con baja incertidumbre.
Además, se necesitarían datos distribuidos en el espacio con muestreo simultáneo en un
largo período de tiempo. Para poder conocer el potencial de un lugar que se define con
presencia frecuente de niebla se requiere sus correspondientes datos cuantitativos de sus
parámetros meteorológicos identificándose sus características.
El instrumento utilizado es el neblinómetro estándar con características y formas para
mantener información más certera. Las dimensiones son: Una malla de 1m2 x 1m2 ubicado
sobre 2 m del suelo con una profundidad dependiendo del suelo (Schemenauer &
Cereceda, 1994). Las mediciones se pueden hacer de forma manual a través de un
pluviómetro y un anemómetro para medir el viento. Para la cuantificación de áreas con
potencial de colectores de niebla a través de la información Geográfica (SIG) se utilizan
mediante una cartografía digital de distintas variables así se puedan unir entre ellas. 
Los neblinómetro se utilizan como una base de mediciones para la selección de las
ubicaciones de atrapanieblas. La acumulación del agua es con bidones para monitorear
cada dos semanas y determinar la cantidad de agua que puede recolectar un atrapanieblas
en un mismo lugar. “Los atrapanieblas son orientados perpendicularmente a la dirección de
la niebla para así optimizar el agua acumulada” (Tejeda, 2018).
Para el diseño de los atrapanieblas es esencial contar con grandes colectores para no
generar costos de mantenimiento. Estudios revelan que estos sistemas tienen muchos
factores para utilizar en la práctica como son: la productividad, la eficiencia y la
durabilidad. Para la instalación y funcionamiento de la malla, las personas especializadas
deben radicar cerca de la zona para el mantenimiento. En el funcionamiento “las gotas de
agua captadas en cada colector se adhieran a otras gotas para que tengan el tamaño
suficiente con que la fuerza de gravedad pueda hacerlas descender y así direccionarlas por
los tubos hasta los tanques de almacenamiento” (Tejeda, 2018). La distancia entre los
colectores debe contar con distancias mínimas en zonas de pendientes para aprovechar
mejor esta condición e instalarlos más cerca sin que interfieran con la dirección del viento. 
Este sistema de suministro de agua facilita la manipulación del personal en el área de
trabajo sin requerir de especialistas y sin que al reemplazar partes o elementos puedan
tender a deteriorar la estructura. La ventaja de este tipo de proyectos es que es maniobrable
35
de fácil adaptabilidad en el funcionamiento y no necesita de mano de obra calificada o
condiciones topográficas.
1.2 Características geomorfológicas y fisiográficas de una cuenca 
1.2.1 Cuencas
La cuenca es el área que comprende el curso por dónde va el flujo de agua, cae por
precipitación se reúne y escurre a un punto común o a un mismo cauce, río, lago o mar. Es
el área abastecida naturalmente del agua proveniente de la precipitación de lluvia que hace
converger los escurrimientos hacia un punto de salida. Está delimitada por varios puntos
elevados que forman ramificaciones en los picos de cordillera.
1.2.2 Área de Cuenca (A)
Villón (2002) define al área de una cuenca como la dimensión delimitado por la curva del
perímetro (P). Debido a que la forma de la cuenca es muy irregular, “el cálculo del área de
la cuenca no se puede realizar por formulas geométricas. Sin embargo, existen los
siguientes métodos para su cálculo: uso de la balanza analítica y uso del planímetro” (p.
24) 
1.2.3 Longitud del Cauce Principal (L)
Villón (2002) indica que la longitud del cauce principal de la cuenca viene determinada por
el recorrido del río entre la naciente más distante de inicio y el punto de salida aguas arriba.
1.2.4 Perímetro (P)
Villón (2002) define el perímetro como “la longitud del borde de la cuenca proyectado en
un plano horizontal, es de forma muy irregular, se obtiene después de delimitar la cuenca.”
(p. 32)
1.2.5 Coeficiente de Gravellius (Cg)
Villón (2002) denomina al coeficiente de Gravellius, como el índice de compacidad por
expresar por “la relación el perímetro de la cuenca y el perímetro de una cuenca teórica
circular de igual área. Estima por tanto la relación entre la longitud de la cuenca y el ancho
promedio del área de captación” (p. 41). El Coeficiente de Gravellius de la Cuenca está
representada en la ecuación número 1: 
36
( 1)
 Donde:
 Cg: Coeficiente de Gravellius (Adimensional)
 P: Perímetro de la Cuenca (km)
 A: Área de la Cuenca (km^2)
1.2.6 Rectángulo equivalente
Villón (2002) analiza “el rectángulo equivalente por transformación geométrica a la cuenca
real como una superficie rectangular de lados L y l del mismo perímetro, de tal forma que
las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas a los lados menores del rectángulo(l)”
(p. 42). El cálculo de la base (l) y la altura (L) está representada en las ecuaciones número
2 y número 3 respectivamente: 
( 2 )
Donde:
L: altura (km) 
l: base(km) 
Cg: Coeficiente de Gravellius (Adimensional)
A: Superficie de cuenca (km2)
1.2.7 Desnivel Altitudinal (Da)
Villón (2002) afirma “el desnivel altitudinal es la diferencia ente las cotas más altas y las
más baja de la cuenca” (p. 37). Esta relaciona con la variabilidad climática y ecológica
puesto que una cuenca con mayor cantidad de pisos altitudinales puede albergar más
variedad en su precipitación y temperatura.El cálculo del desnivel altitudinal se muestra en
la ecuación número 4:
Donde:
Da: Desnivel altitudinal de la cuenca
Hm: Cota más altas de la cuenca 
hm: Cota más baja de la cuenca 
37
( 3 )
( 4)
1.2.8 Altitud media de la cuenca (Am)
Villón (2002) indica que la altitud media de la cuenca “es la ordenada media de la curva
hipsométrica en ella, el 50% del área de la cuenca, está situado por encima de esa altitud y
el 50% este situado por debajo de ella” (p. 37).
1.2.9 Pendiente media del cauce (Pm)
Villón (2002) definen la pendiente media del cauce, como la relación entre el desnivel del
cauce principal y la longitud del mismo. La pendiente media del cauce se muestra en la
ecuación número 5:
( 5)
Donde:
Pm= Pendiente media del cauce. (Adimensional)
Da= Desnivel altitudinal. (km)
L= Longitud del cauce. (km)
1.2.10 Pendiente Promedio de la cuenca. (J)
Villón (2002) menciona que “la pendiente promedio de la cuenca, se calcula como media
ponderada de las pendientes de todas las superficies elementales de la cuenca” (p. 50). Es
un índice de la velocidad media de la escorrentía y por lo tanto de su poder de arrastre o
poder erosivo. El cálculo de la pendiente media de la cuenca se muestra en la ecuación
número 6:
( 6)
Donde:
J= Pendiente media de la cuenca. (Adimensional)
Li= Longitud de cada una de las curvas de nivel. (km)
E= Equidistancia de las curvas de nivel. (km)
A= Superficie de la cuenca. (km2)
38
1.2.11 Histograma de frecuencias altitudinales
Villón (2002) afirma que “el gráfico representa el grado de incidencia de las áreas
comprendidas entre curvas de nivel con respecto del área total de la cuenca” (p. 37).
1.2.12 Curva Hipsométrica 
Villón (2002) afirma que “la curva hipsométrica puesta en coordenadas rectangulares
representa la relación entre la altitud y la superficie de la cuenca que queda sobre esa
altitud. Esta puede substraerse del histograma de frecuencias altimétricas” (p. 34). 
1.2.13 Densidad de drenaje (DD)
Villón (2002) indica que se obtiene a partir del cociente entre la suma de longitudes que
conforman el sistema fluvial de la cuenca en kilómetros y el área total de la cuenca en
kilómetros cuadrados. La densidad de drenaje se muestra en la ecuación 7: 
( 7)
Donde: 
DD: Densidad de drenaje (1/km)
Lc: Suma de las longitudes de los cursos que se integran de la cuenca (km)
At: Área total de la cuenca (km2)
1.2.14 Factor de Forma de la cuenca (FF)
Villón (2002) establece el factor de forma como el ancho medio de la cuenca entre la
longitud promedio del cauce principal. El factor de forma se muestra en la ecuación 8:
( 8)
Donde: 
FF: Factor de Forma de la cuenca
Am: Ancho medio de la cuenca (km)
Lm: Longitud media de la cuenca (km)
1.2.15 Ancho Medio (Am)
Villón (2002) establece el ancho medio se obtiene dividiendo el área de la cuenca por la
longitud del cauce principal. Es una variable que evalúa la elongación de una cuenca de
drenaje. El ancho medio se muestra en la ecuación 9: 
39
(9)
Donde:
Ac: Área de la cuenca principal (km2)
Lc: Longitudes de la cuenca principal (km)
1.3 Variables hidrológicas y meteorológicas de una cuenca 
1.3.1 Ciclo Hidrológico 
Se denomina ciclo hidrológico al proceso que pasa el agua por el cambio de temperatura
desde la precipitación por lluvias, esta agua se transporta por medio subterráneo en
acuíferos y superficial por ríos hasta el mar en donde por evaporación llegan a las nubes
para repetir el proceso cíclico. Este proceso involucra el estado sólido, líquido y gaseoso
del agua. 
Figura 7 
 Representación del Ciclo Hidrológico del agua.
Nota: Adaptado de “Ciclo Hidrológico”, por Ordoñez, 2011. (https://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-
sam_files/publicaciones/varios/ciclo_hidrologico.pdf). 
1.3.2 Precipitación (mm)
La precipitación se define como el agua que cae de las nubes por efecto del proceso de
condensación en la atmosfera. Su unidad son los milímetros. 
40
1.3.3 Caudal (m3/s)
El caudal se define como la cantidad de agua que discurre por la superficie de los ríos,
lagos y suelo. Su unidad es el metro cubico por segundo. 
1.3.4 Infiltración (mm/h)
La infiltración se define como la velocidad de retención cuando la permeabilidad es mayor
que la capacidad de escurrimiento. Su unidad son los milímetros por hora. 
1.3.5 Evaporación (mm/día)
La evaporación se define como el proceso por el cual el agua pasa de estado líquido en el
mar al estado gaseoso en las nubes. Su unidad son los milímetros por día.
1.3.6 Transpiración 
La transpiración se define como el agua que requiere para la respiración las plantas a través
de las raíces hacia las hojas.
1.4 Análisis de sequías 
1.4.1 Sequía Meteorológica 
Las sequías meteorológicas son la alteración temporal en la ocurrencia normal de la
precipitación. “Las características son: duración, severidad, frecuencia y área están
afectada por los parámetros climáticos de la región que son consecuencia de la dinámica
atmosférica” (Campos, 2016, p. 403). En Argentina, Vicario et al. (2016) definen que “la
escasez de precipitaciones en un área y periodo de tiempo determinado es un proceso
hidrológico extremo denominado sequía” (p.153). Al respecto, se definen categorías de
sequías:
a) Meteorológicos; es una expresión de la desviación de la precipitación
respecto del valor promedio durante un periodo de tiempo determinado, b)
Agrícolas, cuando no hay suficiente humedad en el suelo para permitir el
normal desarrollo de un determinado cultivo en cualquiera de sus fases de
crecimiento), c) Hidrológicos, es una deficiencia en el caudal o volumen de
aguas superficiales o subterráneas: lagos, ríos, vertientes, etc. (Wilhite &
Glantz, 1985, p.156).
El estudio se abordada con base en el índice de aridez (IA= P/ETP) definido como el
cociente entre la precipitación P y la evapotranspiración potencial (ETP), ambas anuales.
En el análisis es con la tendencia de los registros de precipitación. 
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https://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-sam_files/publicaciones/varios/ciclo_hidrologico.pdf
https://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-sam_files/publicaciones/varios/ciclo_hidrologico.pdf
1.4.2 Sequía Hidrológica
Según los autores Díaz et al. (2015), afirman que este análisis permite obtener parámetros
útiles de sequía como son: la duración (L), la severidad o magnitud (M) suma acumulada
de las diferentes entre umbral y los caudales de oferta, intensidad máxima (I máx.) y la
intensidad media (I med) Todas fueran sometidas a un análisis estadístico para verificar la
confiabilidad mediante el análisis visual, la estacionalidad y homogeneidad en la tendencia
de caudales.
1.4.3 Caracterización de sequías 
1.4.3.1 Indicador de Precipitación Estandarizado SPI
El indicador de precipitación estandarizado es reconocido con el acrónimo de SPI, las
siglas provienen de su nombre en inglés Standardized Precipitation Index. “Se mide con la
probabilidad de precipitación para cualquier escala de tiempo y solo es dependiente de
series históricas de precipitación lo que hace posible identificar los impactos de la sequía
en períodos de corto, mediano y largo plazo” (Mckee et al., 1995, p. 31). 
Los valores SPI regional son calculados usando la serie de precipitación temporal de la
cuenca en estudio. El análisis de la serie calculada de SPI permite observar si la cuenca ha
experimentado sequías significativas en términos de severidad y duración. Una sequía está
definida como sequía moderada si el SPI alcance un valor de -1 y continúa hasta que el SPI
se vuelve mayor que -1.49. Si el SPI es mucho menor a -2 se categoriza como una sequía
extrema para lo cual se tendrá menor precipitaciones. El SPI es dependiente solamente de
los datos de precipitación. Regularmente actualizados en el banco de datos del servicio
nacional de datos meteorológicos e hidrológicos SENAMHI a nivel nacional (Díaz et al.,
2016). En la siguientetabla n° 2, se muestra la categorización de las zonas homogéneas
con el índice de precipitaciones estandarizados SPI.
 Tabla 2 
 Categorización según el Índice de Precipitación Estandarizado SPI
Índice SPI Categoría Probabilidad (%) Severidad
>2.00 Extremadamente Húmedo 2.3 1 en 50 años
De 1.5 a 1.99 Muy húmedo 4.4 1 en 20 años
De 1 a 1.49 Moderadamente Húmedo 9.2 1 en 10 años
De -0.99 a 0.99 Sequía Leve 68.2 1 en 03 años
42
De -1.49 a -1 Sequía Moderada 9.2 1 en 10 años
De -1.99 a -1.50 Sequía severa 4.4 1 en 20 años
< -2.00 Sequía Extrema 2.3 1 en 50 años
Nota: Se ha realizado la categorización mediante el indicador SPI. Adaptado de “Caracterización de las 
sequias meteorológicas en la región central de la Argentina 2019”, por Vicario et al., 2015.
De la tabla n°2, según el indicador de las sequias extremas se dan con un indicador SPI
menor a -2. La categorización de sequias con el indicador SPI puede ser usada también con
el indicador SPEI. 
1.4.3.2 Indicador de Precipitación- Evapotranspiración Estandarizado SPEI
Campos (2018) define “el indicador SPEI de sequias históricas como un balance de agua
climático mensual de precipitación y evapotranspiración” (p. 4) Se utiliza la distribución
de probabilidad log- logística de tres parámetros. Para este cálculo de SPEI primero se
debe restar evapotranspiración a la precipitación en la serie de meses y del año en mm
como se muestra en la siguiente ecuación 10.
( 10)
Donde:
Pij: Precipitación (i: meses, j: año)
ETPij: Evapotranspiración (i: meses, j: año)
La función de densidad de probabilidad se realiza con la distribución de probabilidad de
tres parámetros como se muestra en la siguiente función 11.
( 11)
Donde: 
α, β, y: Parámetros de escala, forma, origen respectivamente para los valores Dij
Los parámetros de la distribución log-logística pueden obtenerse de los siguientes
parámetros 12, 13 y 14.
43
( 12)
( 13)
( 14)
Dónde: 
r (1+1/β): es la función Gamma de (1+1/ β) w: Momento de probabilidad (s=0.12)
Para
obtener los valores del SPEI se transforma la función de valores F(x) a variable normal. La
función de variable normal se muestra en la ecuación 15.
Dónde: α, β, y: Parámetros de escala, forma, origen respectivamente para los valores Dij.
1.5 Análisis de consistencia
Para todo estudio hidrológico se debe tener información consistente. Estos datos
pluviométricos deben pasar por una serie de pasos para obtener mayor calidad de datos.
Este análisis tiene el siguiente orden: análisis visual, doble masa y estadístico. 
1.5.1 Análisis Visual
Para determinar la irregularidad de los datos de precipitación se debe realizar un análisis
visual simple. “El análisis gráfico consiste en elaborar pluviogramas a nivel mensual para
visualizar los saltos y tendencias” (Chereque, 2003, p. 35). En esta se distingue la
variabilidad de datos históricos en las ordenadas de picos muy altos a bajos.
1.5.2 Análisis Doble Masa
En el análisis de consistencia doble masa se compara los registros de una estación
pluviométrica estacional con otra estación con la finalidad de no tener variaciones que
conduzcan a errores por desviación estándar. Estas variaciones son mínimas si se utilizan
buenos ojeadores para determinar las condiciones del lugar de medición como el
observador y la ubicación del instrumento. “Este método considera que en una zona
meteorológica homogénea los valores de precipitación que ocurren en diferentes puntos de
44
( 15)
una zona en periodos anuales o estacionales guardan relación de proporcionalidad”
(Chereque, 2003, p. 38). De esta manera, se identifica si la estación tiene homogeneidad
tomando los datos anuales de precipitación acumulada de todas las estaciones. Esto
permite comparar en el eje de las abscisas la estación base y en el eje de las ordenadas la
estación en estudio.
1.5.3 Análisis Estadístico
En el análisis estadístico se utiliza las bases teóricas de probabilidades y estadística. “Este
se realiza mediante la prueba t (prueba de hipótesis) para verificar si los valores medios de
las muestras son estadísticamente iguales o diferentes con una probabilidad del 95% y 5%
de nivel de significación” (Chereque, 2003, p.42). Las tendencias son por lo general
aproximadas por la ecuación de regresión lineal y en algunos casos por polinomios que
representan tendencias curvilíneas. 
1.6 Determinación de la demanda poblacional
Para la información necesaria de la demanda poblacional se debe tener la proyección de la
población, el uso per cápita y las pérdidas de conducción, distribución y aplicación. Para
definir una demanda se debe calcular previamente la tasa de crecimiento para utilizar la
proyección y determinar el cálculo de la demanda poblacional con la dotación por
habitante.
1.6.1 Proyección de la población (habitantes)
La proyección de la población sirve para determinar el volumen de agua que se consume
por una población al desarrollar sus actividades cotidianas. La población proyectada se
determina mediante la siguiente ecuación 16: 
(16)
Donde: 
Pf: Población proyectada (habitantes).
Pi: Población inicial (habitantes).
45
r: Tasa de crecimiento (%). 
T: Tiempo en años entre la población inicial y población final (años).
1.6.2 Dotación diaria (litros/habitantes)
El uso per cápita es el uso que se da para la demanda poblacional que se determina
mensualmente según la dotación a cubrir por cada uso con las perdidas.
1.6.3 Cálculo de la demanda poblacional (m3)
La demanda poblacional se define como la multiplicación de la dotación por habitante con
la cantidad de habitantes por año.
1.7 Determinación de la demanda agrícola
Los parámetros para la determinación de la demanda agrícola deben ser los siguientes para
estimar la demanda actual y la proyectada. 
1.7.1 Cédula de cultivos (ha)
La cédula de cultivos se define como la cantidad de hectáreas de riego por cultivo en
campaña de cosecha según el plan de cultivos extraído del Ministerio de Agricultura y
Riego (MINAGRI, 2015). Comprende los tipos de especies y periodos de cultivos como el
número de campañas al año. 
1.7.2 Periodo Vegetativo (días) 
El periodo vegetativo del cultivo se define como la vida que tiene el cultivo desde que
siembra hasta que se cosecha. Este comprende el periodo de inicio, crecimiento,
maduración y final en la etapa de vida del cultivo (FAO, 2006).
1.7.3 Fases de cultivos (%)
Los cultivos tienen las siguientes fases desde que germinan hasta su cosecha. 
Inicial: Comprende la germinación y crecimiento inicial 10% de cobertura.
Desarrollar: Comprende desde final de la fase inicial hasta 70% a 80% de la cobertura.
Madurar: Comprende desde la cobertura al inicio de maduración representado por la caída
de hojas.
Cosechar: Comprende desde el final de fase anterior hasta la cosecha.
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1.7.4 Coeficientes de Cultivos (Kc)
El coeficiente del cultivo se define como el factor de cultivo “Kc”. Este factor de cultivo
tendrá una variación estacional en función a la fase de desarrollo del cultivo como se
muestra en la ecuación 17:
( 17)
Donde:
Kc: Factor de cultivo 
ETC: Evapotranspiración del cultivo (mm)
ETO: Evapotranspiración potencial (mm) 
1.7.5 Profundidad Radicular (m)
Es la profundidad efectiva del suelo en donde el espacio de raíces de las plantas puede
penetrar sin mayor problema y así conseguir el agua necesaria para crecer (FAO, 2006).
1.7.6 Agotamiento Crítico (%) 
Es la cantidad de humedad necesaria para que el riego pueda ser efectivo a medida que sea
menor se entra en un estrés hídrico del cultivo (FAO, 2006).
1.7.7 Altura de cultivo (m)
La altura de un cultivo se define como la medida desde el suelo hasta la punta de flor que
alcanza un cultivo en su cosecha (FAO, 2006).
1.7.8 Rendimiento máximo de cultivos
Es la condición de producción que se tiene de un cultivo cosechado