Diseño de pequeños sistemas de riego por aspersion

1. MASAL Proyecto Manejo Sostenible de Suelos y Agua en Laderas MANUAL PARA EL DISEÑO Y GESTIÓN DE PEQUEÑOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERAS JUAN FRANCISCO SOTO HOYOS INGENIERO AGRÍCOLA Cusco, abril 2,002 2. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 2 ÍNDICE I. INTRODUCCIÓN. √ GENERALIDADES 7 √ PROBLEMÁTICA DEL RIEGO 10 II. CONCEPTOS BÁSICOS. 2.1. EL SUELO 14 2.1.1.Características físicas del suelo (fases, textura, estructura, densidad aparente, densidad real, porosidad) 14 2.2. EL RIEGO 19 2.2.1.Definición. 19 2.2.2.Eficiencia de riego, estudio de las eficiencias de captación, almacenamiento, conducción, distribución, aplicación. 20 2.3. LOS RECURSOS EN EL DISEÑOS DE SISTEMAS DE RIEGO. 21 2.4. MOVIMIENTO DEL AGUA EN EL SUELO 22 2.4.1.Potencial del agua 22 2.4.2.Potencial del agua en el suelo 22 2.4.3.Velocidad de infiltración básica 23 2.4.4.Contenido de humedad del suelo 32 2.4.5.Relaciones y constantes de humedad del suelo (saturación, capacidad de campo, punto de marchitamiento permanente, humedad disponible) 33 2.5. EVAPOTRANSPIRACIÓN 40 2.5.1.Cálculo de las necesidades de agua de los cultivos 40 2.5.2. Método de Hargreaves 42 2.6. EVAPOTRANSPIRACIÓN DE UN CULTIVO 47 2.6.1.Coeficiente del cultivo 47 2.6.2.Fases del período vegetativo 47 III. DISEÑO AGRONÓMICO. 3.1. EJEMPLO PRÁCTICO DEL CUSCO PARA EL CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DE AGUA DEL CULTIVO – PAPA 51 3.2. ANÁLISIS DEL RESULTADO 56 3.3. LÁMINA NETA Y LÁMINA REAL 56 3.3.1.Humedad fácilmente disponible 57 3. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 3 3.3.2.Profundidad de raices 58 3.3.3.Cálculo de la lámina neta 59 3.4. VOLUMEN DE RIEGO 60 3.5. INTERVALO DE RIEGOS 60 3.6. NÚMERO DE RIEGOS 60 3.7. CAUDAL DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO 62 IV. CRITERIOS EN LA ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE RIEGO EN LADERAS. 4.1. EL SUELO 64 4.1.1.Topografía y relieve 64 4.1.2.Características físicas e hidrodinámicas 64 4.1.3.Calidad de los suelos (fertilidad, profundidad de la capa arable) 65 4.1.4.Ubicación respecto a otras áreas 65 4.2. EL AGUA 65 4.2.1.Disponibilidad y regularidad 65 4.2.2.Calidad del agua 66 4.2.3.Origen y costo 69 4.3. EL CULTIVO 69 4.3.1.Adaptabilidad al sistema de riego 69 4.3.2.Profundidad de raíces 69 4.4. FACTOR HUMANO 70 4.5. FACTORES ECONÓMICOS 70 4.5.1.Costo de istalación 71 4.5.2.Costo de operación y mantenimiento 71 V. DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERA. 5.1. ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERA. 72 5.2. TIPOS DE SISTEMAS. 77 5.3. TIPOS DE ASPERSORES. 78 5.4. ASPECTOS TÉCNICOS DEL DISEÑO. 78 4. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 4 5.5. EL PROYECTO. 80 5.5.1.Trabajo de campo. 80 5.5.2.Trabajo de gabinete. 81 5.5.3.Diseño agronómico. 81 5.5.4.Diseño hidráulico. 86 VI. COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DE LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERAS. 6.1. PRINCIPIOS DEL SISTEMA DE UNIFORMIDAD DE APLICACIÓN. 97 6.2. MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA UNIFORMIDAD DE APLICACIÓN. 97 6.3. REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE CAMPO. 98 6.4.MEDIDAS DE PRECIPITACIONES. 101 6.5.REPETICIÓN DEL ENSAYO. 101 6.6.INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS OBSERVACIONES. 101 VII. METODOLOGÍA PARA ESTIMAR EL COSTO / BENEFICIO. VIII. LEGISLACIÓN EN RIEGO. 104 8.1. RESUMEN 108 IX. FORMULACIÓN DE PLANES DE USO Y GESTIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO. 9.1. INTRODUCCIÓN 109 9.2. OBJETIVOS. 109 9.3. METODOLOGÍA. 110 X.MONITOREO DE LOS PLANES DE USO Y GESTIÓN. 5. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 5 10.1. GESTIÓN INTERNA. 123 10.2. GESTIÓN EXTERNA. 123 CONSULTAS BIBLIOGRÁFICAS. 125 6. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 6 XI. ANEXOS. 11.1. EVAPOTRANSPIRACIÓN – MÉTODOS EMPÍRICOS. 1. Método de Balney – Criddle. 2. Método de la Radiación. 3. Método de Penman. 4. Método de la cubeta evaporimétrica. 7. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 7 8. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 8 MMAANNUUAALL PPAARRAA EELL DDIISSEEÑÑOO YY GGEESSTTIIÓÓNN DDEE PPEEQQUUEEÑÑOOSS SSIISSTTEEMMAASS DDEE RRIIEEGGOO PPOORR AASSPPEERRSSIIÓÓNN EENN LLAADDEERRAASS POR: JUAN FRANCISCO SOTO HOYOS INGENIERO AGRÍCOLA I. INTRODUCCIÓN El objetivo del presente Manual es alcanzar a las instituciones contrapartes de MASAL, los profesionales, técnicos y otros usuarios, una guía práctica para el diseño y gestión de sistemas de riego en laderas como herramienta que les permita mejorar la calidad de su trabajo en este tema. Como es conocido el diseño de los sistemas de riego en ladera adolecen de la falta de análisis de factores que son decisivos en el manejo del recurso hídrico, entre los principales y de manera general se pueden nombrar a la estacionalidad de las precipitaciones en cuanto a los factores climáticos; a la ubicación de los reservorios, el tipo de materiales utilizados, la calidad constructiva de los mismos o la ausencia de obras de arte en cuanto a factores técnicos; en los diseños de las obras de infraestructura no se toma en cuenta aspectos agronómicos o ambientales; la capacitación a la organización para la administración, operación y mantenimiento se descuida casi por completo. Para tratar de atenuar estos problemas en el presente Manual se analizan conceptos básicos como son el suelo y el riego; los recursos a tomar en cuenta en el diseño de sistemas de riego como son el agua, suelo y la planta; el movimiento del agua en el suelo, la evapotranspiración. Luego se pasa al diseño agronómico, para posteriormente en el capítulo IV analizar los criterios que se deben tener en cuenta para la elección de un sistema de riego en laderas. Habiendo considerados los factores antes mencionados se pasa al diseño hidráulico de los pequeños sistemas de riego por aspersión en ladera (capítulo V), luego se describe la evaluación del diseño mediante el cálculo del coeficiente de uniformidad. También se describe en el capítulo VII una metodología para estimar el costo/beneficio del sistema. Complementario a esto se analiza la legislación actual en riego (capítulo VIII) donde se ve la parte organizacional, para luego pasar a la formulación de los planes de uso y gestión de los sistemas de riego. Como se puede observar la ventaja comparativa del presente manual es que trata la integralidad del diseño, incorpora al análisis aspectos climáticos, técnicos, sociales, normativos y organizacionales. Se espera que este documento ayude a dar respuesta a algunas interrogantes que sobre el diseño de sistemas de riego en ladera existan. 1.1. GENERALIDADES. 9. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 9 Todas las culturas que alcanzaron un desarrollo importante en la historia de la humanidad como la Romana, e Inca, por citar solo a dos; alcanzaron un alto grado de desarrollo entorno al manejo del agua como recurso de propiedad social o pública. Para el presente documento se adopta el concepto del filósofo Mario Bunge, quien señala que el desarrollo de la sociedad es integral y está influenciada por: » “Desarrollo Biológico, consiste en un aumento del bienestar y una mejora de la salud como resultados de mejoras en la nutrición, alojamiento, la vestimenta, el ejercicio, los hábitos de convivencia, etc. » Desarrollo Cultural, se iguala con el enriquecimiento de la cultura y la difusión de la educación, dentro de este concepto está el de las técnicas de riego. » Desarrollo Económico, se identifica con el crecimiento económico. » Desarrollo Socio Político, consiste en la expansión de la libertad o sea, en el aumento y afianzamiento de los derechos humanos y políticos y en la participación protagónica de la población en la toma de decisiones que influyen en su futuro. Cada una de estas cuatro concepciones del desarrollo, por si solas, no son capaces de alcanzar el desarrollo, no se puede alcanzar un nivel de desarrollo en uno solo de los cuatro aspectos, dejando los demás para un futuro incierto, porque cada uno de ellos es condición de los demás”. En la filosofía Indú y Budista se considera a “la rueda” como símbolo del equilibrio de la vida, estando en el centro el objetivo central y a su alrededor los factores que apuntan hacia el logro del objetivo central. MANEJO INTEGRAL DEL AGUA. En base a las premisas anteriores, se presenta a continuación, una propuesta del “Manejo Integral del Agua”, considerando el concepto de Desarrollo Integral (biológico, cultural, económico y socio-político) representado en la rueda (ver gráfico N° 01). En el esquema no interesa si uno de los conceptos está en la parte alta o baja, a la derecha o a la izquierda, ya que los dinamismos de la vida hace que coyunturalmente un aspecto tenga, momentáneamente, mayor importancia que otro, pero los otros aspectos son complementarios y sirven de apoyo para el desarrollo del primero. Esto es cambiante según se vaya desarrollando la coyuntura. » En el Desarrollo biológico el agua es un factor importante en el aspecto de Salud mediante el abastecimiento del agua potable y su calidad para el consumo. El otro aspecto es el de la producción donde permite lograr la diversidad de la producción agrícola para autoconsumo y así mejorar la dieta alimentaria mediante los cambios de hábitos de consumo. » El Desarrollo cultural, se logra mediante el mejoramiento del nivel de conocimientos, por ejemplo el de las técnicas del manejo del agua a nivel de parcela (gravedad, aspersión, micro aspersión, goteo), de la operación, mantenimiento y 10. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 10 administración del recurso con la participación de los usuarios, promotores, directivos y el personal técnico de las Instituciones. » El Desarrollo Económico, el buen manejo del agua conlleva a una distribución equitativa, que racionaliza la demanda de agua, y a un mejoramiento de la eficiencia de riego (producto de las eficiencias de captación, almacenamiento, conducción, distribución y aplicación), lo que permite incrementar la disponibilidad del recurso hídrico y la producción de excedentes, los cuales deben ser transformados para su posterior comercialización con ventajas competitivas. » El Desarrollo Socio Político, representado directamente por los grados de organización y gestión que se alcanzan con una participación protagónica de la sociedad, tomando decisiones en los diferentes espacios como son las Asambleas, los Comités de Regantes, Comisiones, Juntas de Usuarios, Juntas de Administración de los Servicios de Saneamiento –JASS- etc., buscando que estas decisiones sean respetadas. Figura Nº 01 Fuente: Elaborado por el autor 11. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 11 1.2. PROBLEMÁTICA DEL RIEGO. Los objetivos que se persiguen con el riego son: proporcionar la humedad necesaria para que los cultivos puedan desarrollarse, preparar el suelo previo a la siembra, asegurar las cosechas contra sequías de corta duración, refrigerar el suelo y la atmósfera para de esta forma mejorar las condiciones ambientales para el desarrollo del vegetal. Disolver los nutrientes del suelo, llevar a niveles más profundos las sales contenidas en el suelo y dar tempero a la tierra. En la sierra del Perú la problemática del riego se presenta debido a aspectos climáticos, técnicos y sociales. ASPECTOS CLIMÁTICOS, la precipitación es el factor primordial que afecta el riego en la sierra, por su estacionalidad, es decir las precipitaciones se concentran entre los meses de lluvia (diciembre – marzo), esto ocasiona que en las cuencas o micro cuencas de la sierra los balances hídricos muestren un exceso de agua en los meses mencionados y una deficiencia en el resto del año (abril – noviembre) siendo precísamente en éstos meses donde se aplica el riego. Los otros factores como las horas de sol, el viento, la temperatura, también afectan el desarrollo del cultivo. ASPECTOS TÉCNICOS, tomando como concepto la eficiencia de riego (producto de la eficiencia de captación, almacenamiento, conducción, distribución, aplicación) se tiene: » Falta de una adecuada distribución y reparto equitativo del agua en función a la real demanda del agua para cada agricultor, es decir según su área, tipo de suelo, cédula de cultivo, tecnología de riego, etc. » Estructuras de captaciones en malas condiciones o inexistentes, especialmente de los pequeños sistemas de riego cuyas fuentes son, en la gran mayoría, “puquios” u “ojos de agua” o manantiales con bajos caudales y en algunos casos quebradas de tercer, cuarto o quinto orden. Las condiciones deficientes en las que se encuentran afectan directamente la eficiencia de captación. » Reservorios, existen una importante cantidad de reservorios cuyos volúmenes fluctuan entre los 50 m3 y los 800 m3, pero estas inversiones no funcionan como se esperaban debido a que los diseños no responden a la función para el cual fueron construidos a la que se suman serias deficiencias constructivas por mala ubicación que generan problemas de estabilidad, hay excesivas tendencias al uso de concreto encareciendo los costos, además no se considera la capacitación para la fase de operación de la infraestructura, produciéndose serias deficiencias en la operación y mantenimiento de los mismos por la falta de organización, esto ocasiona bajas en la eficiencia de captación. » El sistema de conducción, con secciones de canal no adecuadas ni uniformes, la inexistencia de obras de arte y las fuertes pérdidas de agua por filtraciones a lo largo de los canales afectan seriamente la eficiencia de conducción. » Los sistemas de distribución no responden a los esquemas de reparto equitativo y solo responden a la dotación del agua desde la oferta hídrica, las que concluyen fácilmente en la falta de agua que siempre tiene que ser incrementada por los técnicos para solucionar los conflictos sociales. Las tomas parcelarias son rústicas y se ubican directamente en el canal principal y 12. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 12 su número queda a discreción del regante. Esto ocasiona pérdidas pequeñas que sumadas son significativas y generan eficiencias de distribución bajas. » El deficiente manejo del agua a nivel de parcela y el desconocimiento de la cantidad y oportunidad en la aplicación del agua hacen que la eficiencia de aplicación disminuya. » Los diseños de las obras de infraestructura desde la oferta hídrica, siguen contribuyendo al uso deficiente del agua de riego. En síntesis la eficiencia de riego como producto de los factores antes nombrados termina en un rango del 25% al 40%, lo que significa que si se desea que un cultivo absorba 3,500 m3 /ha/campaña de agua es necesario captar entre 8,750 y 14,000 m3 /ha/campaña. Otro factor a tener en cuenta es el aspecto técnico-profesional, donde toma particular importancia el marco conceptual en el cual se mueve el técnico que diseña. Se pasan a enumerar algunos aspectos que se deben considerar: » Los diseños hidráulicos, están parametrados en fundamentos técnicos que no consideran aspectos ambientales como la protección ecológica de manantes y acuíferos. » En los diseños no siempre se consideran los aspectos agronómicos, como es el tipo de cultivo a regar, la textura y estructura de los suelos, es notoria la ausencia de los planes de cultivo o cédulas de cultivo. » No se considera la capacitación en organización, operación y mantenimiento del sistema de riego y en el manejo del agua a nivel de parcela. Esto trae como consecuencia el desorden en los turnados de riego y los conflictos sobre el uso del agua. » Turnados de riego que no responden a las necesidades del cultivo ni en cantidad ni en oportunidad, sino son dependientes de la oferta. Las potencialidades que existen en los aspectos técnicos son: √ Zonificación de cultivos según pisos ecológicos. √ Topografía adecuada que genera la presión necesaria para la instalación de sistemas de riego presurizado que abaratan la instalación. √ Existencia de técnicas adaptables a la realidad como el riego por sifones, aspersión, compuertas regulables, micro-aspersión y goteo. √ Disponibilidad de datos históricos de las precipitaciones, por ejemplo se tiene que la precipitación media es del orden de los 576.7 mm en el Cusco según datos de la Estación Meteorológica Granja K’Ayra ubicada en el distrito de San Jerónimo entre los años 1,957 – 1,997 (40 años). ASPECTOS SOCIALES, en los aspectos sociales se tiene: » La mayoría de las organizaciones de regantes son débiles y no tienen reconocimiento legal ni están fortalecidas. » Existen intereses de grupo dentro de las Organizaciones especialmente las de mayor rango. » Escaso asesoramiento técnico en la elaboración de reglamentos de uso que permita un manejo autónomo de estos sistemas. 13. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 13 » Desconocimiento de la importancia de las obras de arte. » El riego se maneja según la oferta y no responde a la demanda o a las necesidades de la planta. » Organización. › Existe una incipiente organización de regantes que vienen funcionando como informales, debido al desconocimiento de la legislación y su reglamentación. Otro aspecto importante es el desconocimiento de la operación, mantenimiento, distribución y turnados de agua. › Falta de coordinación con las Instituciones Estatales y Privadas que trabajan en el sector. › La organización para mejorar el riego es deficiente: existen conflictos sobre el uso y derechos de propiedad del agua y desconocimiento sobre la gestión del agua de riego. Este listado de problemas no quiere decir que no existan potencialidades, especialmente en el aspecto social, entre las que se pueden mencionar se tienen: √ Tradición en el riego. √ Capacidad de organización demostrada como es el caso de las comunidades. √ Recurso humano con habilidades y potencialidades. Como ejemplo se puede citar lo que se encontró al elaborar los “Planes de Uso y Gestión de Sistemas de Riego” desarrollados por Cáritas Chuquibambilla y financiados por MASAL. En estos eventos se identificaron los principales problemas que los aquejaban y que se pueden clasificar según la fase del Proyecto: Fase de diseño. » En el diseño no se considera la participación de los agricultores desde la fase de planificación. » Se hace el diseño hidráulico básico y generalmente no se consideran las obras de arte ni el sistema de distribución. » En la mayoría de los casos no se realiza el diseño agronómico donde se debe de considerar la textura y estructura de suelos, necesidades hídricas de los cultivos, etc. Tampoco se explica la operación del sistema. » No consideran aspectos como: protección ecológica de manantes y acuíferos (aspectos ambientales). » Ausencia de planes de cultivos alternativos basados en una combinación de ciclos productivos (autoconsumo y mercado). » No se muestra el análisis comparativo entre las opciones “con” y “sin” proyecto de riego, lo cual no permite valorar el real impacto del proyecto ni permite priorizar una adecuada prelación para la ejecución de los mismos. Fase de ejecución. » Las falencias anteriores hacen que la ejecución tenga errores de base. » La falta de supervisión hace que muchas veces no se realice la obra como señala el expediente técnico. 14. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 14 » No se les explica, a los regantes, con claridad el aporte de mano de obra y de otros insumos en la ejecución de los proyectos, lo cual trae consigo problemas de participación equitativa y conflictos entre usuarios. Fase de operación. » No se considera un plan de capacitación y asistencia técnica basado en fundamentos agroecológicos por su capacidad de adaptación a las condiciones sociales y económicas de pequeños productores de ladera. » Es escasa la capacitación para el mantenimiento del sistema. » No hay una capacitación en lo que respecta al manejo del agua a nivel de parcela. Los factores antes mencionados ocasionan un mal estado de la infraestructura, lo que trae como consecuencia deficiencias en la operación, problemas de manejo y un débil mantenimiento. Esos problemas detectados al no ser solucionados traen como consecuencia el abandono del proyecto por constituirse en una carga adicional a los problemas comunales ya existentes y no constituyen una solución a la falta de agua y su reparto equitativo. En conclusión: la gran mayoría de los diseños de pequeños sistemas de riego en ladera presentan limitaciones y deficiencias, lo que trae como consecuencia que gran parte de estos pequeños y medianos sistemas de riego no estén funcionando adecuadamente y presenten serios problemas de abandono. MASAL a través de su relación con diversas instituciones, ha constatado estas dificultades, pero también ha apoyado proyectos para la elaboración de planes de uso en pequeños sistemas de riego en laderas, como en el caso de CARITAS Chuquibambilla y CEDES en Apurímac; en el Cusco Asociación KAUSAY y CCAIJO. A partir de estas experiencias y las limitaciones ya señaladas es que se plantea la necesidad de elaborar una guía que sea el soporte técnico y metodológico que permita rediseñar los sistemas de riego desde una percepción más integral y adecuada a las condiciones de la pequeña agricultura de ladera. También se puede observar que si bien existen problemas fuertes por solucionar; se tienen las alternativas para poder mejorar el riego y ampliar el concepto de que el manejo del agua debe ser de manera integral, atendiendo los aspectos técnicos, sociales, organizativos, etc. Dentro de la coyuntura actual, una de las alternativas para mejorar el manejo y la gestión del agua, es la incorporación de los criterios ya mencionados (sociales, técnicos, organizativos) y de las técnicas modernas adaptadas a nuestra realidad, buscando de esta manera el equilibrio entre la agricultura tradicional y las tecnologías de punta. Pero para esto es necesario conocer al detalle las necesidades hídricas de los cultivos y respetando las tradiciones de los usuarios, incorporando sus concepciones y necesidades dentro de un proyecto integral. 15. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 15 II. CONCEPTOS BÁSICOS 2.1. EELL SSUUEELLOO.. El término “suelo” se usa a menudo de una forma vaga y significa cosas diferentes según la gente que lo emplea, incluyendo los científicos del suelo. Para los ingenieros civiles representa la parte no consolidada del material terrestre, para distinguirlo de la roca. El físico de suelos lo considera como un medio poroso, apropiado para estudiarlo matemáticamente, para el químico de suelos, el suelo es como un material pulverulento, generalmente coloreado, de grano fino o grueso, con un límite superior de 2 mm (tierrra fina), y que tiene complicadas propiedades físicas y químicas. El edafólogo considera al suelo como un ente natural que contiene materia viva y un medio de soporte de las plantas y, principalmente, está interesado en el resultado de la meteorización bioquímica del material original del suelo: el perfil del suelo con sus diferentes capas llamadas horizontes. Para el agrónomo, el suelo es un medio para el crecimiento de las plantas, la producción de cultivos y está especialmente interesado en las condiciones de la parte superior del mismo. 2.1.1. Características físicas del suelo. Se puede considerar al suelo como un medio poroso, es decir, como un sistema material en el que están presentes componentes sólidos, líquidos y/o gaseosos. El suelo proporciona a los cultivos nutrientes esenciales para las plantas, además del agua y del oxígeno necesario para la respiración de las raíces. Si no se mantiene el suministro de agua y oxígeno, la velocidad de asimilación de nutrientes se reduce. En algunas bibliografías se les llama fases: sólida, líquida y gaseosa. • La fase sólida está conformada por partículas minerales y una pequeña proporción de partículas orgánicas (lo óptimo en un suelo agrícola es que contenga el 5% de materia orgánica - M.O., y 45% de partículas minerales). • La fase gaseosa es la que está compuesta por los poros o espacios libres llenos de aire (lo óptimo es que contenga 25%). • La fase líquida es la que ocupa el agua, el agua ocupa parte del espacio poroso (lo óptimo es que contenga 25%). La porción mineral compuesta por partículas sólidas, que se diferencian por el tamaño de las mismas, existiendo varias clasificaciones texturales, la más usada para fines agronómicos es la del Departamento de Agricultura de EEUU (USDA). En el cuadro Nº 01 se dan los lìmites que definen el tipo de partículas. 16. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 16 Cuadro Nº 01. Tamaños límites de las partículas del suelo. SUELO PARTÍCULA DIÁMETRO (mm) LÍMITES (mm) Muy gruesa 2.00 – 1.00 Gruesa 1.00 – 0.50 Media 0.50 – 0.25 Fina 0.25 – 0.10 Arena - Ao Muy fina 2.00 – 0.05 0.10 – 0.05 Grueso 0.050 – 0.020 Limo – Li Fino 0.050 – 0.002 0.020 – 0.002 Arcilla - Ar < 0.002 Fuente: Clasificación del Departamento de Agricultura de EEUU – USDA (1,964). A. Textura. Se refiere a la proporción de arena, limo y arcilla que contiene el suelo, según esta proporción se denomina suelos arenosos, limosos o arcillosos. Cuando un suelo presenta proporciones equivalentes entre estos tres tipos de partículas se denomina suelos francos. Para conocer estos porcentajes, se realiza el análisis granulométrico que da los porcentajes de arena, limo y arcilla en peso y el tipo de suelo se define según el triángulo de texturas (USDA, 1964) que viene dividido en 12 áreas, que corresponden a igual número de clases de textura (ver fig Nº 2). La textura del suelo define las características hidrodinámicas de los suelos y es una característica que va fuertemente unida a la posibilidad de laboreo del suelo, tiene también conexión con su disposición a la erosión, con la velocidad con que se infiltra el agua en el suelo y sobre la formación de costras y grietas. Cuando predomina la arena, se presenta un suelo de textura gruesa llamado “arenoso” o “ligero” y se puede trabajar fácilmente. Cuando es un suelo de textura fina, predominan los componentes limo y arcilla, el suelo presenta plasticidad y adherencia, lo cual implica que es probable que sea difícil de trabajar o “pesado”. Cuanto más pesado sea el suelo, menor será su permeabilidad y mayor su capacidad de retención de agua. 17. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 17 TRIÁNGULO DE TEXTURAS Figura Nº 2 Gráfico triangular para determinar la clasificación de los suelos según su textura. El triángulo está dividido en 12 áreas correspondientes a las distintas clases de textura según los procentajes en peso de arcilla, limo y arena. La dirección de las flechas indica la forma de aplicar los porcentajes respectivos de arcilla, limo y arena. Así por ejemplo el punto A, que corresponde al área de suelo arcilloso, contiene el 50% de arcilla, el 30% de limo y el 20% de arena B. Estructura. Se llama así a la disposición de las partículas para formar otras unidades de mayor tamaño o agregados. La estructura de un suelo se puede modificar mas no así la textura. Los suelos pueden ser laminares, prismáticos, columnares, angulares, sub angulares o granulares. La estructura es una importante característica morfológica del suelo. Como tal no es un factor que influya en el desarrollo de las plantas; sin embargo tiene influencia sobre casi todos los factores de crecimiento de las plantas tales como retención de agua, movimiento del agua, aireación del suelo, penetración de raíces, actividades microbiológicas, resistencia a la erosión, así como también define la porosidad, la permeabilidad, capacidad de infiltración, etc. Las sales de sodio deterioran la estructura, disgregando los agregados. 18. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 18 C. Densidad aparente. Se llama así al peso en seco por unidad de volumen de suelo en condiciones naturales o, en otras palabras, a la masa de suelo seco, incluyendo sus poros, por unidad de volumen habiéndose determinado este último antes del secado. La densidad aparente viene dada por: Pss da = ------------ (01) Vt Donde da = Densidad aparente (gr/cm3 ) Pss = Peso de suelo seco a estufa a 105°C (gr) Vt = Volúmen total (cm3 ) En suelos minerales superficiales el valor varía entre 1.2 gr/cm3 para suelos arcillosos, 1.4 gr/cm3 para suelos arenosos y para horizontes más profundos entre 1.4 - 1.6 gr/cm3. Cuadro Nº 02: Densidad aparente según Romano y Lauciani (1964) TEXTURA DENSIDAD APARENTE (gr/cm3 ) Arenoso Franco arenoso Franco Franco limoso Franco arcilloso Arcilloso Terrenos humedos 1.65 1.50 1.35 1.30 1.20 1.10 0.90 Fuente: Manual de Riego por gravedad – Walter Olarte 1987 D. Densidad real. Es la masa por unidad de volumen de las partículas del suelo, sin incluir sus porors, generalmente se expresa en gramos por cm3 Se refiere a la densidad de partículas sólidas y viene dado por: Pss dr = ------------- (02) Vs Donde: dr = Densidad real (gr/cm3) Pss = Peso de suelo seco a estufa a 105°C (gr) Vs = Volúmen de suelo, solo la parte sólida (cm3) En los suelos minerales el valor de la densidad real es en promedio 2.6 gr/cm3, esto debido a que el 95% de los suelos son silicatos y la densidad real del sílice es de 2.65 gr/cm3 por lo que este valor se generaliza a todos los suelos. 19. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 19 E. Porosidad. Es el volumen ocupado por los poros y se expresa como el porcentaje del volumen total de suelo. Vt - Vs P = ------------------ (03) Vt Para calcular el espacio poroso de los suelos es necesario conocer la densidad real y la densidad aparente del suelo. Despejando Vt de (01) y Vs de (02) y reemplazando en (03) tenemos; Pss/da - Pss/dr Pss(1/da - 1/dr) P = ----------------------------- = --------------------------- = (1 - da/dr) Pss/da Pss/da da P = 1 - -------- (04) dr Ejemplo: En una muestra de suelo tomada en un cilindro metálico se tienen los siguientes datos: • Peso del suelo seco : 95.00 gr • Volúmen del cilindro : 70.00 cm3 • Densidad real : 2.65 gr/cm3 Calcular la densidad aparente y la porosidad. Pss 95 da = --------- = -------- = 1.36 gr/cm3 Vt 70 da = 1.36 gr/cm3 da 1.36 Porosidad = 1 - ------- = 1 - --------- = 0.4868 X 100 = 48.68% dr 2.65 P = 48.68 % Diferenciando los espacios de aire, que en adelante llamaremos poros, respecto a la textura del suelo se puede señalar que los poros en los suelos arenosos (Ao) son de mayor tamaño (macroporos) que en los suelos limosos (Li) y son aún más pequeños los poros (microporos) que se encuentran en un suelo arcillosos (Ar); pero si se analiza el volumen que ocupan estos poros se puede ver que en un suelo arcilloso existe mayor volumen de poros que en un suelo limoso y el suelo limoso tiene mayor volumen de poros que un suelo arenoso. 20. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 20 Para el riego es muy importante poder expresar el volumen de agua del suelo en forma de altura de lámina de agua, de la siguiente manera: Suponiendo que se tiene 01 ha y una profundidad de suelo de 0.5 mt, se obtendría un volumen total de 5,000 m3 y si se conoce que su porosidad es del 48.68% (ejemplo anterior) se sabría que existen 2,434 m3 ocupados por poros, si éstos estuvieran saturados de agua se tendría 2,434 m3 de agua. De manera similar se puede conocer el contenido de agua en el suelo y se puede medir como se verá mas adelante. Recordemos una equivalencia útil: Si se aplica una lámina de 01 mm de agua a una hectárea se tendrá: 0.001 m X 10,000 m2 = 10 m3 de agua. Por lo que siempre se utiliza el término que 1 mm de lámina de riego es igual a 10 m3/ha e igual a 1 lt/m2 (esta última terminología se utiliza en la medición de las precipitaciones y en láminas de riego). 1 mm = 1 lt/m2 = 10 m3 /ha 2.2. EELL RRIIEEGGOO.. 2.2.1.Definición. El riego es la aplicación artificial del agua al perfil del suelo, en cantidades y oportunidades adecuadas, para proporcionar condiciones óptimas de humedad para el normal desarrollo del cultivo y producir cosechas rentables en el menor tiempo posible con el mínimo de sacrificio humano. Esto depende de la habilidad, experiencia y destreza del agricultor. El riego es una ciencia ya que se basa en los principios matemáticos e hidráulicos tanto para el transporte, como para aplicar en cantidad y oportunidad exacta, además relaciona conceptos, variables e hipótesis demostrables, sustentados en el conocimiento científico validado. El riego es un arte por que valora la habilidad y destreza del usuario. Los objetivos del riego son: √ Aplicación de agua en la cantidad suficiente y en el momento oportuno. √ Mejorar las condiciones ambientales para el desarrollo del vegetal. √ Disolver nutrientes contenidos en el suelo. √ Obtener máximas cosechas por m3 de agua utilizada. √ Obtener máximos rendimientos por hectárea y por tiempo. √ Movilizar las sales a mayores profundidades no perjudiciales a la planta. 21. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 21 Para efectuar un riego adecuado es necesario tener en cuenta las siguientes precauciones: √ Evitar la erosión (hídrica) del suelo promoviendo su conservación. √ Evitar el lavado de nutrientes (naturales o aplicados) del suelo. √ Evitar la acumulación de sales en el perfil del suelo. √ Mantener el balance de sales en el perfil del suelo. 2.2.2.Eficiencia de Riego. Es la cantidad de agua que se utiliza en la evapotranspiración en relación con la cantidad de agua que se toma de la fuente. Si existiera precipitación hay que restarle esta. La eficiencia de riego se considera el producto de varias eficiencias como son: √ Eficiencia de captación (Ecap) √ Eficiencia de almacenamiento (Eal). √ Eficiencia de conducción (Ec). √ Eficiencia de distribución (Ed). √ Eficiencia de aplicación (Eap). Er = Ecap x Eal x Ec x Ed x Eap A. Eficiencia de captación.- Es la relación entre el caudal de agua captado (Qc) y el que se ha programado captar (Qpc). Ecap = (Qc / Qpc) x 100 B. Eficiencia de almacenamiento.- Es la relación que existe entre la cantidad de agua que sale del reservorio (Asr) o embalse y la cantidad de agua que entra al mismo (Aer). Esta eficiencia se ve disminuida por las pérdidas por evaporación, filtración a través de los taludes o por infiltración. Eal = (Asr / Aer) x 100 C. Eficiencia de conducción.- Es la relación que hay entre la cantidad de agua que llega al final del sistema de conducción (Afc) y la cantidad de agua que llega al inicio del sistema de conducción (Aic). Esta eficiencia se ve afectada por la cantidad de agua que lleva el canal, la pendiente, la rugosidad del canal, el perímetro mojado, la permeabilidad del material del canal, la elevación del nivel freático, etc. Ec = (Afc / Aic) x 100 D. Eficiencia de distribución o de operación. Se considera como la relación que existe entre la diferencia de la cantidad de agua al inicio del sistema (Aic) y las pérdidas producidas en las obras de arte, compuertas, tomas laterales o parcelarias, con la cantidad de agua al inicio del sistema de conducción. Ed = {(Aic – Sumatoria de pérdida por operación) / Aic} x 100 22. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 22 E. Eficiencia de aplicación. Relación que existe entre la cantidad de agua utilizada para la evapotranspiración (Aevt)y el balance de sales (As) en el área de riego con la cantidad total de agua utilizada en el riego en esa área (Aa). Eap = {(Aevt + As) / Aa} x 100 2.3. LOS RECURSOS EN EL DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO. El diseño de sistemas de riego debe ser integral y responder a una necesidad o demanda de una población, esto implica conocer y evaluar cada uno de los recursos que intervienen en el riego, antes de iniciar un diseño ingenieril, los recursos que se deben tomar en cuenta son: » Recurso Humano. › El tipo de organización o nivel de organización alcanzados y que pueden ser aprovechados para la futura organización de riego, que deberá de encargarse de las administración, gestión, operación y mantenimiento del sistema, respetando los usos y costumbres. » Recurso Agua. › Un inventario de fuentes hídricas, se hace indispensable, considerando su uso actual y su uso potencial. Lo ideal sería contar, además, con un balance hídrico en el cual se consideren los aspectos climáticos (oferta) y productivos (demanda). Esto permite conocer cuanto de la demanda se puede atender en épocas de estiaje, la evolución histórica respecto al tiempo del recurso y la capacidad de almacenamiento de agua en épocas de lluvia. » Recurso Suelo. › Características topográficas, como conocer las pendientes de los terrenos que se van a irrigar, área productiva efectiva y potencial. › Tipo de suelo, conocimiento de sus características físicas como son la textura, estructura, densidad aparente, densidad real, porosidad. Es indispensable conocer el potencial de agua en el suelo, la velocidad de infiltración, los contenidos de humedad en el suelo (capacidad de campo, punto de marchitamiento permanente, humedad disponible). › Calidad y capacidad de uso de los suelos. » Recurso Planta. › Los cultivos que se producen y el calendario agrícola permitirán conocer la demanda de agua calendarizada. » Recurso Atmósfera.. › Las características climáticas como la temperatura y precipitación son necesarias para poder calcular la evapotranspiración – EVT – tanto potencial como del cultivo. Además de poder conocer la oferta hídrica de la cuenca. 23. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 23 2.4. MMOOVVIIMMIIEENNTTOO DDEELL AAGGUUAA EENN EELL SSUUEELLOO.. 2.4.1.Potencial del agua. El concepto de potencial del agua en un determinado medio (planta, suelo, atmósfera) hace referencia a la intensidad de las fuerzas que tienden a retener el agua en dicho medio, y en consecuencia, a la magnitud del trabajo que es preciso realizar para extraer el agua de ese medio. El potencial hídrico se expresa mediante las siguientes unidades: • Atmósfera, equivalente a 1.033 kg/cm2. • Bar, equivalente a 0.987 atmósferas y a 105 pascales (Pa) • Altura en metros de una columna de agua cuya base es de 1 cm2. Una atmósfera equivale a 10.33 mt de columna de agua. • pF , que se define como el logaritmo de la altura de columna de agua, expresada en centímetros. 1 at = 1.033 kg/cm2 = 10.33 mca 1 bar = 0.987 at = 105 Pa La circulación del agua tiene lugar desde el medio más húmedo (de mayor potencial) hacia el medio más seco (de menor potencial), con el fin de establecer un equilibrio de humedad en ambos medios. suelo saturado suelo seco movimiento del agua mayor potencial menor potencial 2.4.2.Potencial del agua en el suelo. El potencial del agua en el suelo esta dado por dos componentes principales: A. Potencial mátrico.- Esta dado por dos fuerzas, que son: la fuerza de cohesión (atracción que ejercen las moléculas de agua entre sí), y fuerza de adhesión que es la generada entre las moléculas de agua y las moléculas sólidas. B. Potencial osmótico.- Originada por la fuerza con que las sales retienen al agua, esta puede llegar a tener valores muy altos. El movimiento del agua en éste caso es desde la solución más diluida a la solución más concentrada por medio de una membrana semipermeable. Este potencial sólo se considera en suelos salinos. En cualquier suelo al aumentar la humedad disminuye el potencial del agua, por lo que es absorvida con mayor facilidad por la planta. Se puede diferenciar, entonces que el agua en el suelo se mueve debido a 03 factores: 24. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 24 1. La gravedad, por el propio peso del agua, ésta tiende a caer a las capas inferiores. 2. La capilaridad, mediante el cual el agua se mueve en todas las direcciones a través de los poros. 3. La distinta concentración de sales. 2.4.3.Velocidad de infiltración básica- Vi. La infiltración es el movimiento del agua desde la superficie hacia las capas más profundas. Este parámetro condiciona el tiempo de riego y en el diseño del sistema. La velocidad de infiltración reviste capital importancia para el diseño de los sistemas de riego, ya que al suelo no se le puede aplicar una pluviometría superior a la de la velocidad de infiltración básica ya que se produciría un encharcamiento. La velocidad de infiltración depende de: 1. La lámina de agua empleada para el riego. 2. La textura y estructura del suelo. 3. El tiempo de infiltración. 4. El contenido inicial de agua en el suelo. 5. La conductividad hidráulica saturada K. 6. El estado de la superficie del suelo y la presencia de estratos de diferente textura. 7. De la profundidad de la capa freática. Por lo general para graficar la velocidad de infiltración se utilizan escalas semilogarítmicas donde en las ordenadas va la velocidad de infiltración y el tiempo en las abscisas. La curva suele ser una línea recta, que por consiguiente puede ser representada po la ecuación de Kostiakov. I = a Tn (5) En el caso que las observaciones de la infiltración se refieren a períodos largos, se obtiene una representación de los datos más adecuada utilizando la ecuación: I = a Tn + b (6) Donde: I = velocidad de infiltración instantánea, en un tiempo t (cm/hr). a = es un parámetro que representa la cantidad de infiltración durante el intervalo inicial. n = es un parámetro que indica la forma en que la velocidad de infiltración se reduce conforme pasa el tiempo (negativa). t = tiempo en minutos Teniendo en cuenta que “n” es negativa, I y T se mueven en sentido opuesto. Por consiguiente, la velocidad de infiltración “I” tendra “b” cuando el tiempo aumente. 25. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 25 A. La lámina de infiltración acumulada “D”.- El volumen de agua que penetra en el terreno puede ser representado más adecuadamente por el espesor acumulado de agua infiltrada, puesto que la velocidad inicial supera en mucho a la final. Esta cantidad se calcula integrando la ecuación (5) con relación al tiempo. a D = ∫ I dT = ∫ a Tn dT = -------- Tn+1 (07) n+1 Si hacemos: (a/n+1) = C y (n+1) = m, se tiene: D = C Tm (08) Donde D viene a ser la lámina acumulada. B. Velocidad de infiltración acumulada – Im -.Es la relación entre la lámina acumulada y el tiempo acumulado. Se expresa en cm/hr y se determina mediante la siguiente expresión matemática: Im = a1 Tb (09) Donde : Im = es la infiltración acumulada en cm/hr : a1 = es la lámina acumulada en cm/hr, cuando el tiempo es un minuto. : b = es la pendiente de la recta (negativa). : T = tiempo en minutos C. Velocidad de infiltración básica – Ib -. Es la velocidad de infiltración instantánea cuando la proporción de cambio entre dos valores contínuos es igual o menor del 10%. Su expresión matemática es: Ib = a Tb (10) Donde : Ib = es la infiltración basíca en cm/hr. : a = es la infiltración instantánea en cm/hr. : T = es 600b (minutos), es el tiempo teórico en el cual ocurrirá Ib. : b = es la pendiente de la recta (negativa). Los valores de velocidad de infiltración básica, que generalmente se manejan en rangos amplios son: Velocidad de infiltración lenta = 0.5 a 2 cm/hr Velocidad de infiltración moderada = 2.1 a 13 cm/hr Velocidad de infiltración rápida = mayor de 13.1 cm/hr D. Medición de la velocidad de infiltración. Método del cilindro infiltrómetro. 26. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 26 Este método, recomendado para diseños de riego por aspersión y goteo, consiste en verter el agua en un recipiente cilíndrico colocado sobre el terreno y medir en tiempos sucesivos la disminución de la altura del agua vertida en el cilindro. El movimiento del agua en el suelo es vertical y horizontal, pero lo que interesa medir es el movimiento vertical, para evitar este error se coloca otro cilindro concéntrico de mayor diámetro y se vierte agua entre los dos cilindros; de esta manera se evita la infiltración lateral. Figura Nº 3 30 cm Cilindros concéntricos 30 cm Suelo 15 cm 60 cm Las recomendaciones bibliográficas1 señalan que el cilindro central es de acero, debe tener un diámetro de al menos, 30 cm. y una longitud superior a los 30 cm. Es recomendable que el acero tenga un espesor de 5 mm y vaya provisto de un borde con filo, con el fin de clavarlo con facilidad en el terreno sin deteriorar la estructura del suelo. El cilindro periférico tendrá una longitud de 20-25 cm y un diámetro de, al menos, 30 cm mayor que el del cilindro interior. De una manera práctica se puede, como anillo exterior, los cilindros de combustible de 55 galones comunmente utilizados, sin tapa, y cortados según las especificaciones señaladas en el párrafo anterior (el diámetro de estos cilindros es de 60 cm) y como anillo interior se puede hacer uso de un valde de plástico de 12 litros sin fondo. Con estos dos implementos se puede hacer la prueba de infiltración con resultados muy cercanos a la realidad. La lectura de la altura del agua se hace mediante una regla graduada. A continuación se presentan algunos valores de la velocidad de infiltración básica en mm/hr según la textura. Cuadro Nº 03: Velocidad de Infiltración básica de los suelos según su textura. TEXTURA Velocidad de Infiltración básica mm/hr Arcilloso 3.8 1 En este texto se recomiendan las medidas que aparecen en Técnicas de Riego, Fuentes Yagüe José Luis, Ministerio de Agricultura Pesca y Alientación. Edita I.R.Y.D.A. 1992. Otra bibliografía como la de Israelsen y Hansen señalan “los cilindros deben tener por lo menos 23 cm de diámetro …” 27. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 27 Franco arcilloso 6.4 Franco limoso 7.6 Limoso 8.0 Franco 8.9 Limo arenoso 10.0 Arenoso limoso 15.0 Franco arenoso 16.0 Arenoso 19.0 Arenoso grueso 50.0 Fuente: V. Conesa, basado en la Publicación 24 FAO El proceso de medición es de la siguiente forma: ⇒ Se coloca el cilindro de menor diámetro en el lugar elegido y se introduce en el suelo mediante golpes de martillo hasta que haya penetrado 15 - 20 cm. Se procurará en todo momento que el cilindro no quede inclinado, con el fin de evitar que se alteren las condiciones de la superficie del suelo. ⇒ El cilindro de mayor diámetro se coloca concéntrico con el anterior y se introduce a menor profundidad que este último. ⇒ Se llena de agua el espacio comprendido entre ambos cilindros hasta una altura de 5-10 cm y se mantiene constante esa altura de agua durante todo el proceso. ⇒ Inmediatamente después se llena de agua el cilindro interior hasta una altura de 15-20 cm. Rápidamente se marca este nivel, que ha de servir de referencia a las lecturas posteriores, y se anota el momento de la operación. ⇒ Se realizan mediciones de la altura de agua del cilindro interior a intervalos periódicos de 2 a 5 minutos, anotando los valores observados. Si se quiere tener una información más completa, se pueden hacer mediciones a los 5,10, 20, 30, 45, 60, 90 y 120 minutos y luego, cada hora, hasta completar un tiempo de 3-4 horas o en todo caso, hasta llegar a la permeabilidad estabilizada, que se alcanzaría antes en suelos arenosos que en los arcillosos. Nota: Cuando el agua baja hasta una altura de unos 6 cm se agrega agua al cilindro central hasta el nivel inicial. Con los datos obtenidos se calcula la cantidad de agua infiltrada durante un determinado tiempo y se elaboran los gráficos correspondientes. Método del surco infiltrómetro. Existen otros métodos como el del surco infiltrómetro, recomendado para el diseño de riego por surcos, donde se miden los caudales de entrada y de salida, colocando dos medidores a lo largo de un surco, se hacen las mediciones a diversos intervalos de tiempo y por un lapso de al menos 2 hr, hasta que el caudal de salida se haga constante, luego se aplica la fórmula: Q1 – Q2 I = -------------------- x 10 x 3600 (11) b x L Donde: I = Velocidad de infiltración en cm/hr. 28. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 28 Q1 = Caudal de entrada al surco en lt/sg. Q2 = Caudal de salida, en lt/sg. L = Longitud que separa los dos medidores, en dm. b = Espaciamiento entre surcos, en dm. Como ejemplo se presenta el análisis de datos de campo de velocidad de infiltración, método de cilindros infiltrómetros, que se ejecutó en la comunidad de Tual, sub cuenca del Río Mashcón en Cajamarca; durante la ejecución de la tesis de grado del autor. Foto Nº 1: aforadores ubicados en los surcos. Cusco 29. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 29 Cuadro Nº 04: Datos de campo de Velocidad de Infiltración - Tual TIEMPO (hr) T. Parcial (min) T. Acumul. (min) Lectura (cm) Diferencia (cm) Lam. Acum. (cm) Velocidad (cm/hr) a b c = X* d e f = Y* g = e x 60 / b 11:00 0 0 18.0 0.0 0.0 11:01 1 1 18.5 0.5 0.5 30.0 11:03 2 3 19.7 1.2 1.7 36.0 11:05 2 5 20.7 1.0 2.7 30.0 11:07 2 7 21.6 0.9 3.6 27.0 11:09 2 9 22.5 0.9 4.5 27.0 11:11 2 11 23.3 0.8 5.3 24.0 11:13 2 13 24.0 0.7 6.0 21.0 11:15 2 15 24.8 0.8 6.8 24.0 11:20 5 20 26.6 1.8 8.6 21.6 11:23 3 23 22.3 8.6 11:25 2 25 23.0 0.7 9.3 21.0 11:27 2 27 23.8 0.8 10.1 24.0 11:30 3 30 24.9 1.1 11.2 22.0 11:35 5 35 26.8 1.9 13.1 22.8 11:40 5 40 28.3 1.5 14.6 18.0 11:45 5 45 30.3 2.0 16.6 24.0 11:46 1 46 25.5 16.6 11:48 2 48 26.3 0.8 17.4 24.0 11:50 2 50 27.0 0.7 18.1 21.0 11.55 5 55 28.5 1.5 19.6 18.0 11:56 1 56 19.2 19.6 12:01 5 61 21.8 2.6 22.2 31.2 12:05 4 65 23.5 1.7 23.9 25.5 12:10 5 70 25.8 2.3 26.2 27.6 12:20 10 80 29.2 3.4 29.6 20.4 12.22 2 82 22.1 29.6 12:25 3 85 23.5 1.4 31.0 28.0 12:30 5 90 25.7 2.2 33.2 26.4 12.31 1 91 16.5 33.2 12:35 4 95 18.4 1.9 35.1 28.5 12:40 5 100 20.6 2.2 37.3 26.4 12:45 5 105 22.9 2.3 39.6 27.6 12:50 5 110 25.2 2.3 41.9 27.6 12.55 5 115 27.1 1.9 43.8 22.8 13:00 5 120 29.8 2.7 46.5 32.4 13:01 1 121 25.0 46.5 13:05 4 125 26.2 1.2 47.7 18.0 13:10 5 130 27.7 1.5 49.2 18.0 * Para la regresión estas columnas asumen los valores de X y Y respectivamente Prueba de regresión de potencias para la lámina acumulada (Y) y el tiempo acumulado (X) y el cálculo de la velocidad de infiltración - Tual La fórmula linearizada de una ecuación como la de Kostiakov (8) es: ln Y = ln A + B ln X (12) La regresión se hace para ver la correlación que existen entre los valores y permite calcular la pendiente m de la curva y el coeficiente C. Fórmula de la lámina acumulada es: D = CTm Los resultados obtenidos con la regresión de potencias son: 30. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 30 r = 1.00 C = 0.57 m = 0.90 D = 0.57 T0.90 n = 32 sum X = 113.80 sum X2 = 450.63 sum XY= 342.49 sum Y = 84.73 sum Y2 = 261.48 Derivando se obtiene la velocidad de infiltración instantánea dD I = -------- I = 0.51 T -0.10 x (60) = I = 30.60 T -0.10 dT Se multiplica por 60 para convertir a cm/hr Para calcular la velocidad acumulada: Im = a1 Tb se calcula a1 (lámina acumulada cuando el tiempo es un minuto), reemplazando “1” en D = 0.57 x T0.9 y multiplicando por 60 para convertir a cm/hr se tiene que a1 = 34.19 por lo tanto: Im = 34.19 T-0.1 . Resumiendo las fórmulas así obtenidas se tiene que: D = 0.57 T0.90 I = 30.60 T-0.10 Im = 34.19 T-0.10 Con estas fórmulas y tomando el tiempo acumulado del cuadro Nº 04 se tabulan los datos de D, I, Im, que se muestran en el cuadro Nº 05. Con estos datos se confeccionan las “curvas de infiltración” (figura Nº 04). Estas “curvas de infiltración” permiten ver el comportamiento del agua en un determinado suelo respecto al tempo. Se puede observar la lámina acumulada “D” en un tiempo “T” a una velocidad de infiltración media “Im” o a la velocidad instantánea “I”. Además permiten inferir la velocidad de infiltración básica (cuando la velocidad tiende a ser constante). E. Velocidad de infiltracion básica (Ib).- Es la velocidad de infiltración instantánea cuando la proporción de cambio entre dos valores contínuos es igual o menor del 10%. Su expresión matemática es: Ib = a Tb (13) Donde: Ib = es infiltración básica en cm/hr a = es infiltración instantánea en cm/hr T = es 600b (minutos), es el tiempo teórico en el cual ocurrirá la Ib. b = pendiente de la recta. La formula que se emplea es la de velocidad de infiltración instantánea, en un tiempo T que es T = 600b, donde “b” es la pendiente de la recta, en este caso es: “-0.1”, reemplazando se tiene: T = 600 x (0.1) = 60 minutos que sería el tiempo teórico en que ocurriría la Ib Reemplazando en la fórmula de velocidad de infiltración instantánea se tiene: Ib = 20.32 cm/hr La Velocidad de infiltración básica de este ejemplo es de 20.32 cm/hr la cual es una velocidad rápida según el cuadro Nº 03. 31. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 31 Cuadro Nº 05: Datos tabulados de D, I, Im de Tual D = 0.57 T0.90 * I = 30.60 T-0.10 * Im = 34.19 T-0.10 * TIEMPO ACUMULADO (T) LÁMINA ACUMUL. (D) VELOCIDAD INFILTRACIÓN (I) VELOCIDAD MEDIA (Mi) 1 0.57 30.6 34.19 3 1.53 27.42 30.63 5 2.43 26.05 29.11 7 3.28 25.19 28.14 9 4.12 24.56 27.45 11 4.93 24.08 26.90 13 5.73 23.68 26.45 15 6.52 23.34 26.08 20 8.45 22.68 25.34 23 25 10.33 22.18 24.78 27 11.07 22.01 24.59 30 12.17 21.78 24.33 35 13.98 21.44 23.96 40 15.77 21.16 23.64 45 17.53 20.91 23.37 46 48 18.58 20.78 23.22 50 19.27 20.69 23.12 55 21.00 20.50 22.90 56 61 23.05 20.29 22.67 65 24.41 20.16 22.52 70 26.09 20.01 22.36 80 29.42 19.74 22.06 82 85 31.07 19.62 21.93 90 32.71 19.51 21.80 91 95 34.34 19.41 21.68 100 35.96 19.31 21.57 105 37.58 19.21 21.47 110 39.19 19.12 21.37 115 40.79 19.04 21.27 120 42.38 18.96 21.18 121 125 43.96 18.88 21.10 130 45.54 18.81 21.01 32. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 32 Figura Nº 04: Curvas de inflitración TUAL 33. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 33 De acuerdo al manual de clasificación de suelos según la velocidad de infiltración con fines de riego del Boreau of Reclamation del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, los rangos empleados son expresados en la cuadro N° 06 Cuadro N° 06: Clasificación de la infiltración según el USDA de los EE.UU. CLASE INFILTRACIÓN BÁSICA (cm/hr) • Infiltración lenta menor a 0.5 • Infiltración moderadamente lenta 0.5 - 2.0 • Infiltración moderada 2.1 - 6.0 • Infiltración moderadamente rápida 6.1 - 13.0 • Infiltración rápida 13.1 - 25.0 • Infiltración muy rápida mayor a 25.0 Fuente: ILRI (1977) 2.4.4.Contenido de humedad del suelo. El contenido de humedad del suelo se puede expresar de la siguiente manera: A. Humedad gravimétrica. Se expresa en porcentaje de peso con relación al peso de suelo seco. Pa Hg = -------------- x 100 (14) Pss Donde: : Hg = Humedad gravimétrica, expresada en porcentaje : Pa = Peso del agua : Pss = Peso de suelo seco a estufa a 105°C Ejemplo: Una muestra de suelo pesa 80 gr y después de secado a la estufa pesa 50 gr. Expresar la humedad en porcentaje de suelo seco. Peso del suelo húmedo 80 gr. Peso del suelo seco 70 gr. ------------- Peso del agua 10 gr. Hg = Pa / Pss = 10/70 x 100 = 14.29 % B. Humedad volumétrica, es la expresión del contenido de agua en volúmen respecto al volúmen total de suelo. Va Hv = --------------- x 100 (15) Vs Donde: Hv = Humedad volumétrica expresada en porcentaje Va = Volúmen de agua Vs = Volúmen total de suelo. 34. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 34 Ejemplo: Calcular la humedad volumétrica de una muestra de suelo que tiene un volumen total de 800 cm3 y un peso de 1,500 gr. El suelo seco pesa 1,300 gr. Peso del suelo húmedo = 1,500 gr Peso de suelo seco = 1,300 gr --------------- Peso del agua = volúmen agua = 200 gr. Esta igualdad se da debido a que el valor de la densidad del agua es de 1,000 kg/m3 , suponiéndose algunas constantes. Va 200 Hv = ----------- = ------------- = 0.25 = 25 % Vs 800 Con este resultado es posible calcular la cantidad de agua que contiene un suelo si se toma en cuenta el área y la profundidad de suelo que se quiere humedecer con la equivalencia señalada anteriormente: 1mm de agua = 1 lt/m2 = 10 m3/ha. 2.4.5.Relaciones y constantes de humedad del suelo. Como se mencionó antes, el agua ocupa los espacios libres que tiene el suelo (poros), este contenido varía de acuerdo a diferentes factores, pero se puede señalar que existen algunos parámetros que permitirán comprender más este aspecto: A. Saturación. Se dice que un suelo está en estado de saturación cuando el agua a ocupado todos los espacios libres o poros, no existiendo aire en el suelo. Cuando se llega a este estado se dice que el suelo está a 100% de contenido de humedad, se presenta en un suelo agrícola después de un riego pesado como el riego de machaco. Luego el suelo se va drenando por gravedad ayudado por la percolación, ya que practicamente el potencial del agua en el suelo llega a 0 atmósferas; a esta agua se le llama agua gravitacional o agua libre. B. Capacidad de Campo - CC -. Cuando el suelo deja de perder agua por gravedad, se dice que el suelo está a capacidad de campo. La capacidad de campo CC, viene a ser la máxima cantidad de agua que el suelo puede retener, este límite generalmente se llega cuando el potencial de retención de agua por el suelo alcanza las 0.3 atmósferas en suelos francos, 0.5 en suelos arcillosos y 0.1 atmósferas en suelos arenosos. En este momento el agua ocupa los poros pequeños y los poros grandes son ocupados por aire. La cantidad de agua que puede retener un suelo a la capacidad de campo depende más de los microporos, por cuyo motivo depende más de la textura que de la estructura. Este es el punto más favorable para el crecimiento de las plantas y a 35. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 35 donde debe llegarse con el riego. C. Punto de Marchitamiento Permanante - PMP - . A partir de la CC el agua se va perdiendo por evapotranspiración o consumo del agua por la planta y de no reponerse, el potencial hídrico va aumentando en la zona radicular hasta llegar el momento que la raiz no tiene la fuerza suficiente para extraer el agua que tiene el suelo, este límite generalmente se alcanza a las 15 atmósferas y es en este momento que la planta se comienza a marchitar de manera irreversible. En suelos arenosos puede llegar a 20 atmósferas y en arcillosos se puede alcanzar este límite a las 10 atmósferas. D. Humedad disponible - HD -. La humedad disponible es el agua que se encuentra entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente. Para poder entender mejor este concepto, pensemos en una esponja, al sumergirla en un depósito de agua esta se satura, al sacarla el agua cae hasta llegar un momento en que deja de gotear, en este momento podríamos compararla con un suelo a capacidad de campo. Si comenzamos a aplastarla, comenzará a caer agua nuevamente, la fuerza que hacemos sería el esfuerzo que hace la planta para tomar el agua del suelo. Si continuamos exprimiendo la esponja, llegará un momento en que deja de caer el agua pero la esponja seguirá humeda., en este punto podemos compararla con un suelo en el punto de marchitez permanente. La cantidad de agua desde CC hasta PMP se define como humedad disponible. A continuación se muestra, en el cuadro Nº 07, valores que pueden servir de referencia para conocer la CC y el PMP según la textura. Cuadro Nº 07 Retención del agua según diferentes texturas del suelo TEXTURA CC (%) PMP (%) AGUA DISPONIBLE % Arcilloso 48 19 29 Arcillo – limoso 45 18 27 Franco – arcilloso 41 17 24 Franco - limoso 38 16 22 Limoso 36 15 21 Franco 31 13 18 Limo – arenoso 27 11 16 Arenoso – limoso 18 8 10 Franco – arenoso 16 7 9 Arenoso – franco 14 6 8 Arenoso 12 5 7 Fuente: FAO Publicación 24 36. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 36 Factores que afectan la humedad disponible. 1. Los coeficientes hídricos CC – PMP. 2. Contenidos de sales en el suelo; para que la planta consuma el agua tiene que vencer 02 presiones, la presión osmótica PO, dada por las sales y la presión mátrica PM, dada por el suelo. En suelos salinos la PO cambia aumentando de valor, cambiando también la CC y el PMP. 3. Espesor del suelo y su estratificación; los valores de la CC, PMP, HD son diferentes en cada estrato, la lámina a calcular y la lámina disponible hay que calcularlas por separado para cada estrato. 4. La materia orgánica, esta tiene una elevada porosidad que le permite retener una considerable cantidad de agua. 5. La profundidad de raíces Ejemplo: Calcular el volumen de agua disponible en una hectárea de suelo de textura franco-arcillosa y a una profundidad de suelo de 0.5 mt: Dap según textura = 1.20 tm/m3 Profundidad de suelo = 0.50 m Humedad a CC = 41.0 % de suelo seco (según cuadro Nº 07) Humedad en PMP = 17.0 % de suelo seco (según cuadro Nº 07). Peso de 01 ha de suelo, se tiene que da = Pss/Vt Pss = da x Vt = (1,200 kg/m3 ) x (10,000 m2 x 0.5m) Pss = 6´000,000 kg = 6,000 TM Agua disponible = CC - PMP = 41.0 – 17.0 = 27.0 % de suelo seco Volumen de agua disponible = 6,000 X 0.27 = 1,620.0 m3 1,620 m3 Expresado en mm sería = ---------------------- = 0.162 m = 162 mm 10,000 m2 E. Cálculo de la capacidad de campo - CC - y punto de marchitamiento – PMP. 1. Método gravimétrico. Se extraen las muestras de las calicatas y se somete a succiones (presiones negativas) con diferentes presiones negativas que van de 0 - 15 atmósferas; para cada caso se determina su contenido de humedad y con estos datos se grafica. En el plano de coordenadas, se coloca en el eje de las “Y” el pF (se define como el logaritmo de la altura de columna de agua, expresada en cm.), y en el eje de las “X” el contenido de humedad; y se puede ubicar la CC con un valor de pF = 2.5 y el PMP con un valor de pF = 4.2. 37. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 37 Estos valores se pueden medir en laboratorio, pero existe un método empírico que permite medir la CC y el PMP en base a la composición de la textural con resultados satisfactorios para fines prácticos: 2. Métodos empíricos. Fuentes Yagüe, José Luis en la publicación del I.R.Y.D.A. del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación de Epaña “Técnicas de Riego” señala los siguientes métodos empíricos para CC y PMP. La Capacidad de Campo viene dada por: CC = 0.48 Ar + 0.162 Li + 0.023 Ao + 2.62 (16) Donde: CC = humedad a CC expresada en % de Pss Ar = contenido de arcilla, expresada en % Pss Li = contenido de limo, expresado en % Pss Ao = contenido de arena, expresada en % Pss El Punto de Marchitamiento Permanente viene dado por: PMP = 0.302 Ar + 0.102 Li + 0.0147 Ao (17) Donde: PMP = humedad de PMP expresado en % de Pss Ar, Li, Ao tienen el mismo significado que en la fórmula (16). Ejemplo: Calcular la humedad a CC y en el PMP de un suelo cuyos coeficientes texturales son:: 35% de arcilla, 20 % de limo y 45 % de arena, expresado en porcentaje de Pss. CC = 0.48 x 35 + 0.162 x 20 + 0.023 x 45 + 2.62 = 23.69 % PMP = 0.302 x 35 + 0.102 x 20 + 0.0147 x 45 = 13.27 % 3. Otros métodos. 3.1. Del Girasol.- Existen otros métodos de laboratorio como el del girasol para el cálculo el PMP, o el saturar un suelo e ir midiendo su humedad a los 2 o 3 días luego de cubrirlo con un plástico para evitar la evaporación para el caso de la CC. 3.2. Tensiómetros.- Otro de los métodos para medir la humedad del suelo, es por medio de equipos como son los tensiómetros que tienen un rango de 0 a 1 bar o atmósferas, como se puede ver solo se pueden utilizar para medir en el momento que el suelo alcanza la CC. Estos vienen graduados en escalas de 0 a 100 centibares. Estos instrumentos deben ser calibrados antes de utilizarce. Los rangos que se definen son: 38. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 38 • De 0 a 10 centibares, indican suelo saturado. • De 10 a 20 centibares, el suelo está a capacidad de campo. • De 30 a 60 centibares, intervalo para iniciar el riego. • Más de 70 centibares, en la mayoría de los suelos y cultivos una lectura superior a 70 centibares indica que las plantas no disponen de todo el agua necesaria para un crecimiento máximo. 3.3. Medidores de Resistencia Eléctrica.- Estos aparatos constan de dos bloques porosos que se entierran en el suelo provisto de una resistencia eléctrica. Debido a que el agua conduce muy bien la electricidad, el paso de la corriente eléctrica será más rápido cuanto mayor sea el contenido de agua. Midiendo esta velocidad se puede saber el contenido hídrico del suelo. Estos instrumentos deben de ser calibrados antes de utilizarce. 3.4. Sonda de Neutrones.- La sonda de neutrones se introduce en el suelo a la profundidad deseada, leyéndose el porcentaje de humedad en una tabla de conversión. El método es muy rápido pero el aparato es caro y puede haber peligro de radiación. Este aparato contiene material radiactivo que emite neutrones de movimiento rápido, los cuales chocan con los núcleos de hidrógeno y desvían su trayectoria. Algunos de los neutrones desviados alcanzan a un detector situado en la misma sonda. La probabilidad de que los neutrones desviados alcancen la sonda es proporcional a la cantidad de hidrógeno presente en el suelo. Dado que el agua es la principal fuente de hidrógeno en el suelo, se puede tomar como medida de la humedad del suelo la frecuencia con que los neutrones alcanzan al receptor. 39. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 39 Cuadro Nº 08: PLANILLA AGROCLIMATOLÓGICA Período : Temperatura: 1997 Humedad relativa: 1965 – 1996 Precipitación: 1931 – 1990 Evaporación: 1965 – 1986 : Heliofonía: 1965 - 1993 Estación : GRANJA K’AYRA LATITUD : 13º34’ Departamento : CUSCO Código : 1E+05 LONGITUD : 71º54’ Provincia : CUSCO Tipo : CLIMATOLÓGICA PRINCIPAL ALTITUD : 3,219 m.s.n.m. Distrito : SAN JERÓNIMO MES Precipitac. Evaporación Heliofonía Heliofonía Med Med (mm) (mm) media hr Max. ºC Min. ºC Arit. ºC Arit. ºF Min Max Med arit. Piché hr/mes ENE 19.3 8.1 13.7 56.7 63 86 72 140.4 62.1 124.1 4.00 FEB 19.7 7.2 13.5 56.2 64 88 72 111.1 55.0 122.5 4.38 MAR 19.7 7.2 13.5 56.2 61 89 73 94.9 61.1 148.1 4.78 ABR 20.7 5.5 13.1 55.6 58 86 71 40.0 65.3 184.3 6.14 MAY 20.3 3.7 12.0 53.6 50 83 65 7.2 81.7 234.2 7.55 JUN 20.4 1.5 11.0 51.7 40 83 62 4.2 88.8 235.2 7.84 JUL 21.1 -1.3 9.9 49.8 48 82 60 3.1 97.9 247.9 8.00 AGO 18.5 3.8 11.2 52.1 44 83 57 5.5 100.5 236.1 7.62 SET 18.5 3.8 11.2 52.1 44 81 58 22.6 90.1 199.0 6.63 OCT 22.4 7.8 15.1 59.2 40 80 59 49.2 95.0 198.2 6.39 NOV 21.8 8.2 15.0 59.0 47 81 61 66.4 83.9 165.0 5.50 DIC 22.3 8.8 15.6 60.0 54 86 65 100.1 74.2 144.0 4.65 TOTAL 244.7 64.3 154.5 662.1 613 1,008 775 644.7 955.6 2,238.6 73.48 PROMEDIO 20.4 5.4 12.9 55.2 51.1 84.0 64.6 79.6 6.12 PERÍODO DE AÑOS 1965 1993 1931 1990 1965 1996 1965 1996 1965 1996 1965 1986 1965 1993 1,997 1,997 1,997 Humedad del aire Humedad realtiva (%) Temperatura aire Extremas 1,997 FUENTE DE INFORMACIÓN: SENAMHI Para efectos de una mejor comprensió y poder presentar ejemplos reales en la aplicación de las diferentes metodologías se presenta el cuadro Nº 08, que son datos de la estación meteorológica de Granja K’Ayra ubicada en el distrito de San Jerónimo en la provincia y departamento del Cusco. Estos datos se utilizarán en todos los ejemplos que se citen. 40. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 40 2.5. EEVVAAPPOOTTRRAANNSSPPIIRRAACCIIÓÓNN.. A la evapotranspiración también se le conoce como el uso consuntivo del agua y es la cantidad de agua transpirada por el cultivo y evaporada desde la superficie del suelo. Existen dos tipos de evapotranspiraciones – EVT. A. Evapotranspiración potencial o máxima, EVTo Es la cantidad de agua consumida durante un intervalo de tiempo, en un suelo cubierto de una vegetación homogénea, densa, en plena actividad vegetativa y con un buen suministro de agua. B. Evapotranspiración real EVTr Es la cantidad de agua realmente consumida por un determinado cultivo durante el período de tiempo considerado. El rendimiento del cultivo es máximo cuando la transpiración es máxima y esto ocurre en las mejores condiciones posibles; esto ocurre cuando la evapotranspiración real coincide con la evapotranspiración potencial. La evapotranspiración y la transpiración se ven favorecidas cuando el aire está caliente, seco o muy movido (viento). La EVT depende de: • Disponibilidad de agua en el suelo. • Capacidad de absorción de las plantas. • Capacidad para transpirar esa agua contenida en el suelo. • Suelo ◊ Capacidad de rentención. ◊ Capacidad de calentamiento. ◊ Exposición a los rayos solares. • Naturaleza de la vegetación. • Condiciones meteorológicas que favorecen o atenúan la evaporación como: ◊ La radiación solar ◊ Vientos ◊ Humedad atmosférica, etc. 2.5.1.Cálculo de las necesidades de agua de los cultivos. La determinación de las necesidades de agua de un cultivo puede hacerse por diversos métodos. A. Método directo. El Lisímetro.- Recipiente de gran tamaño lleno de tierra en donde se siembra la planta objeto de estudio y se cultiva de la forma mas uniforme posible a como se efectúa el cultivo en el campo. Se coloca a la intemperie, sobre una superficie en la que pueda recogerse el agua que escurra. Periódicamente se pesa el recipiente lo que permite conocer el agua perdida por evapotranspiración durante el período que se considere. Este método es costoso y demanda de mucho trabajo, por lo que 41. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 41 sólo se realiza en trabajos de investigación. B. Métodos empíricos.- Evalúan la evapotranspiración a partir de datos climáticos y de otra clase. Entre ellos destacan los cuatro métodos expuestos por Doorembos y Pruitt en la publicación de FAO "Las Necesidades de Agua de los Cultivos": 1) Método de Blaney-Criddle. 2) De la radiación. 3) De Penman. 4) De la cubeta evaporimétrica. 5) Métdos de Christiansen. 6) Método de Hargreaves Según estos métodos, para calcular la evapotranspiración de un cultivo cualquiera se valora antes la evapotranspiración de un cultivo de referencia, relacionándose ambos mediante un coeficiente obtenido experimentalmente. ET (cultivo) = ETo x Kc (18) Donde: ETc = Evapotranspiración de un cultivo determinado, expresado en mm por día. ETo = Evapotranspiración del cultivo de referencia, expresado en mm por día. Kc = Coeficiente de cultivo, variable con el propio cultivo y con su período vegetativo, variedad, época de siembra y cosecha. ETo.- Se define como la tasa de evapotranspiración de un cultivo extenso y uniforme de gramíneas, de 8 a 15 cm. de altura, en crecimiento activo, que sombrea totalmente el suelo y no está escaso de agua. La ET (cultivo) ETc.- Es la evapotranspiración de un cultivo determinado en un suelo fértil, sin enfermedades y con suficiente cantidad de agua para dar una plena producción. El cálculo de ETo se hace en la misma zona de riego (método de la cubeta evaporímetrica) o mediante fórmulas que relacionan ciertos datos climáticos (métodos de Hargreaves, Blaney-Criddle, de la radiación y de Penman). Los métodos de Hargreaves, de Blaney-Criddle, de la Radiación y de Penman se utilizan, generalmente, como métodos de predicción, mientras que el método de la cubeta evaporimétrica mide la evaporación real ocurrida en dicha cubeta (que se relaciona con la evapotranspiración real), aunque también se puede utilizar como método de predicción, este último método es la menos precisa. En el anexo 01 se desarrollan ejemplos empleando los métodos de Blaney – Criddle, el de la Radiación, Penman y el de la cubeta evaporimétrica. Para efectos prácticos desarrollaremos el método de Hargreaves que se basa en registros de radiación media mensual en cal/cm2 /día. Pero en tanto es muy restringida la posibilidad de encontrar información de esta naturaleza, la ecuación de Hargreaves debe emplearse solo en los lugares donde no exista información de 42. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 42 radiación directamente medida pero que pueda ser calculada a partir de los registros de horas de sol y ajustadas por altura, tal como veremos. 2.5.2.Método de Hargreaves. Para hacer más aplicable y sencillo el desarrollo metodologógico de Christiansen, para anular el proceso convectivo de la altura y por lo tanto el incremento de la ETo, el procedimiento original ha sido modificado por el autor Hargreaves, en 1,975 a la siguiente relación: ETo = 0.0075 x Rs x ºF x FA (19) Donde: : ETo = Evapotranspiración potencial mensual (mm). : 0.0075 = Constante de interrelación entre ETo y radiación. : Rs = Radiación solar (llamada también radiación incidente) que llega a la superficie de la tierra, expresada en equivalente de evaporización (mm/mes). : ºF = Temperatura media mensual (ºF). : FA = Factor de altura. Para el cálculo tomaremos los datos de la estación Granja K’ayra que se presentan en el Cuadro Nº 08. a. Temperatura Media Mensual (ºC y ºF).- En el cuadro Nº 8 se encuentran los datos de temperatura en grados Centígrados y Farenheit. Para transformar grados centígrados a Farenheit se utiliza la relación: ºF = 9/5 (ºC) + 32 (20) Para el mes de junio se tiene = 51.7 ºF b. Número de horas promedio de sol mensual – SM – y Número promedio de horas reales diarias de insolación - n -.- Los valores de de “SM” y “n” se obtienen mediante el heliógrafo situado en la zona de estudio. En el cuadro Nº 8 se tienen estos datos de heliofonía, tanto de “n” como de “SM”. Ejemplo: en el mes de junio se tiene: SM = 235.2 hr y n = 7.84 hr c. Número de horas máximas posibles (N) de insolación fuerte.- Referido al número de horas de insolación fuerte que recepcionaría un punto de la superficie terrestre, de no mediar la nubosidad. Estos valores varían de acuerdo a la latitud del lugar y la época del año. Estos valores están pre establecidos, en el cuadro Nº 9 se indican los valores de N correspondientes a distintos meses y latitudes. Por ejemplo si se quiere encontrar el valor de la duración máxima diaria media de las horas de fuerte insolación “N” en el mes de junio para una latitud como la de la estación Granja K’ayra (13º34’ latitud sur) se tendrá que interpolar: Latitud Sur Junio 10º -------------------- 11.5 43. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 43 15º -------------------- 11.2 Para 13º34’ le corresponde un N = 11.286 Cuadro Nº 9: Duración máx diaria media de las horas de fuerte insolación N en diferentes meses y latitudes. Latit. Norte Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Latitud Sur Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. 50º 8.5 10.1 11.8 13.8 15.4 16.3 15.9 14.5 12.7 10.8 9.1 8.1 48º 8.8 10.2 11.8 13.6 15.2 16.0 15.6 14.3 12.6 10.9 9.3 8.3 46º 9.1 10.4 11.9 13.5 14.9 15.7 15.4 14.2 12.6 10.9 9.5 8.7 44º 9.3 10.5 11.9 13.4 14.7 15.4 15.2 14.0 12.6 11.0 9.7 8.9 42º 9.4 10.6 11.9 13.4 14.6 15.2 14.9 13.9 12.9 11.1 9.8 9.1 40º 9.6 10.7 11.9 13.3 14.4 15.0 14.7 13.7 12.5 11.2 10.0 9.3 35º 10.1 11.0 11.9 13.1 14.0 14.5 14.3 13.5 12.4 11.3 10.3 9.8 30º 10.4 11.1 12.0 12.9 13.6 14.0 13.9 13.2 12.4 11.5 10.6 10.2 25º 10.7 11.3 12.0 12.7 13.3 13.7 13.5 13.0 12.3 11.6 10.9 10.6 20º 11.0 11.5 12.0 12.6 13.1 13.3 13.2 12.8 123.3 11.7 11.2 10.9 15º 11.3 11.6 12.0 12.5 12.8 13.0 12.9 12.6 12.2 11.8 11.4 11.2 10º 11.6 11.8 12.0 12.3 12.6 12.7 12.6 12.4 12.1 11.8 11.6 11.5 5º 11.8 11.9 12.0 12.2 12.3 12.4 12.3 12.3 12.1 12.0 11.9 11.8 0º 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 Fuente: Esudio FAO Riego y Drenaje Nº 24. Las necesidades de Agua de los cultivos. Roma 1976. d. Relación (n/N) entre las horas reales (n) y las horas máximas posibles (N) de insolación fuerte.- En lo relativo a la insolación se considera esta relaciòn (n/N). Para el caso del ejemplo que se esta siguiendo, de la Granja K’ayra para el mes de junio se tiene: n/N = 7.84/11.3 = 0.694 e. Cálculo de Rs. La radiación -Rs- llamada radiación incidente, que llega a la superficie de la tierra es una fracción de la radiación extraterrestre -Ra-. La radiación Rs se mide directamente en centros especializados, pero cuando no se dispone de estos datos en la zona considerada (que es el caso más frecuente) se calcula mediante la fórmula: n Rs = (0.25 + 0.50 --------) Ra (21) N Donde: n/N = Relación entre las horas reales (n) y las horas máximas posibles (N) de insolación fuerte. Los valores de N se indican en el cuadro Nº 9. Los valores de n se obtienen mediante heliógrafo situado en la zona que se estudia (para nuestro caso es el dato de la estación Granja K’Ayra. Ra = Radiación extraterrestre que se recibe antes de llegar a atmósfera. En el cuadro Nº 10 se indican los valores de Ra correspondientes a distintos meses y latitudes. La radiación se mide en calorías por cm2 y minuto, pero conviene expresarla en equivalente de evaporación de agua osea en mm/día. 44. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 44 Siguiendo con el ejemplo para el mes de junio se tiene: El valor de (n/N) que ya calculamos es n/N = 0.694 El valor de Ra se obtiene interpolando en el cuadro Nº 10: Latitud Sur Junio 12º ------------------------ 11.6 14º ------------------------ 11.2 Para 13º34’ se interpola y se obtiene: Ra = 11.29 mm/día Reemplazando estos datos en la fórmula 21 se obtiene: Rs = (0.25 + 0.50 x 0.694) 11.29 = 6.74 mm/día Rs = 6.74 mm/día x 30 días de junio = 202.2 mm/mes f. Factor de altura – FA – La relación para corregir el efecto de altura y neutralizar el efecto convectivo queda definida por: FA = 1 + 0.06 ALT (22) Donde: ALT = altura en kilómetros Para el caso de nuestro ejemplo tenemos que la altitud de la estación Granja K’ayra es de 3,219 m.s.n.m. por lo tanto: FA = 1 + 0.06 (3.219 km) FA = 1.193 g. Cálculo de la ETo. Los datos obtenidos siguiendo el ejemplo tenemos: Rs = 202.2; ºF = 51.7; FA = 1.193 Con los datos obtenidos se reemplaza en la fórmula (19) ETo = 0.0075 x Rs x ºF x FA = 0.0075 x 202.2 x 51.7 x 1.193 ETo = 93.53 mm/mes ETo = 3.12 mm/día 45. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 45 Cuadro Nº 10:Radiación extraterrestre Ra expresada en equivalente de evaporación de agua en mm/día. Hemisferio Norte Hemisferio Sur Ene Feb. Marz Abr. May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Lat. Ene Feb. Marz Abr. May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. 3.8 6.1 9.4 12.7 15.8 17.1 16.4 14.1 10.9 7.4 4.5 3.2 50º 17.5 14.7 10.9 7.0 4.2 3.1 3.5 5.5 8.9 12.9 16.5 18.2 4.3 6.6 9.8 13.0 15.9 17.2 16.5 14.3 11.2 7.8 5.0 3.7 48º 17.6 14.9 11.2 7.5 4.7 3.5 4.0 6.0 9.3 13.2 16.6 18.2 4.9 7.1 10.2 13.3 16.0 17.2 16.6 14.5 11.5 8.3 5.5 4.3 46º 17.7 15.1 11.5 7.9 5.2 4.0 4.4 6.5 9.7 13.4 16.7 18.3 5.3 7.6 10.6 13.7 16.1 17.2 16.6 14.7 11.9 8.7 6.0 4.7 44º 17.8 15.3 11.9 8.4 5.7 4.4 4.9 6.9 10.2 13.7 16.7 18.3 5.9 8.1 11.0 14.0 16.2 17.3 16.7 15.0 12.2 9.1 6.5 5.2 42º 17.8 15.5 12.2 8.8 6.1 4.9 5.4 7.4 10.6 14.0 16.8 18.3 6.4 8.6 11.4 14.3 16.4 17.3 16.7 15.2 12.5 9.6 7.0 5.7 40º 17.9 15.7 12.5 9.2 6.6 5.3 5.9 7.9 11.0 14.2 16.9 18.3 6.9 9.0 11.8 14.5 16.4 17.2 16.7 15.3 12.8 10.0 7.5 6.1 38º 17.9 15.8 12.8 9.6 7.1 5.8 6.3 8.3 11.4 14.4 17.0 18.3 7.4 9.4 12.1 14.7 16.4 17.2 16.7 15.4 13.1 10.6 8.0 6.6 36º 17.9 16.0 13.2 10.1 7.5 6.3 6.8 8.8 11.7 14.6 17.0 18.2 7.9 9.8 12.4 14.8 16.4 17.1 16.8 15.5 13.4 10.8 8.5 7.2 34º 17.8 16.1 13.5 10.5 8.0 6.8 7.2 9.2 12.0 14.9 17.1 18.2 8.3 10.2 12.8 15.0 16.5 17.0 16.8 15.6 13.6 11.2 9.0 7.8 32º 17.8 16.2 13.8 10.9 8.5 7.3 7.7 9.6 12.4 15.1 17.2 18.1 8.8 10.7 13.1 15.2 16.5 17.0 16.8 15.7 13.9 11.6 9.5 8.3 30º 17.8 16.4 14.0 11.3 8.9 7.8 8.1 10.1 12.7 15.3 17.3 18.1 9.3 11.1 13.4 15.3 16.5 16.8 16.7 15.7 14.1 12.0 9.9 8.8 28º 17.7 16.4 14.3 11.6 9.3 8.2 8.6 10.4 13.0 15.4 17.2 17.9 9.8 11.5 13.7 15.3 16.4 16.7 16.6 15.7 14.3 12.3 10.3 9.3 26º 17.6 16.4 14.4 12.0 9.7 8.7 9.1 10.9 13.2 15.5 17.2 17.8 10.2 11.9 13.9 15.4 16.4 16.6 16.5 15.8 14.5 12.6 10.7 9.7 24º 17.5 16.5 14.6 12.3 10.2 9.1 9.5 11.2 13.4 15.6 17.1 17.7 10.7 12.3 14.2 15.5 16.3 16.4 16.4 15.8 14.6 13.0 11.1 10.2 22º 17.4 16.5 14.8 12.6 10.6 9.6 10.0 11.6 13.7 15.7 17.0 17.5 11.2 12.7 14.4 15.6 16.3 16.4 16.3 15.9 14.8 13.3 11.6 10.7 20º 17.3 16.5 15.0 13.0 11.0 10.0 10.4 12.0 13.9 15.8 17.0 17.4 11.6 13.0 14.6 15.6 16.1 16.1 16.1 15.8 14.9 13.6 12.0 11.1 18º 17.1 16.5 15.1 13.2 11.4 10.4 10.8 12.3 14.1 15.8 16.8 17.1 12.0 13.3 14.7 15.6 16.0 15.9 15.9 15.7 15.0 13.9 12.4 11.6 16º 16.9 16.4 15.2 13.5 11.7 10.8 11.2 12.6 14.3 15.8 16.7 16.8 12.4 13.6 14.9 15.7 15.8 15.7 15.7 15.7 15.1 14.1 12.8 12.0 14º 16.7 16.4 15.3 13.7 12.1 11.2 11.6 12.9 14.5 15.8 16.5 16.6 12.8 13.9 15.1 15.7 15.7 15.5 15.5 15.6 15.2 14.4 13.3 12.5 12º 16.6 16.3 15.4 14.0 12.5 11.6 12.0 13.2 14.7 15.8 16.4 16.5 13.2 14.2 15.3 15.7 15.5 15.3 15.3 15.5 15.3 14.7 13.6 12.9 10º 16.4 16.3 15.5 14.2 12.8 12.0 12.4 13.5 14.8 15.9 16.2 16.2 13.6 14.5 15.3 15.6 15.3 15.0 15.1 15.4 15.3 14.8 13.9 13.3 8º 16.1 16.1 15.5 14.4 13.1 12.4 12.7 13.7 14.9 15.8 16.0 16.0 13.9 14.8 15.4 15.4 15.1 14.7 14.9 15.2 15.3 15.0 14.2 13.7 6º 15.8 16.0 15.6 14.7 13.4 12.8 13.1 14.0 15.0 15.7 15.8 15.7 14.3 15.0 15.5 15.5 14.9 14.4 14.6 15.1 15.3 15.1 14.5 14.1 4º 15.5 15.8 15.6 14.9 13.8 13.2 13.4 14.3 15.1 15.6 15.5 15.4 14.7 15.3 15.6 15.3 14.6 14.2 14.3 14.9 15.3 15.3 14.8 14.4 2º 15.3 15.7 15.7 15.1 14.1 13.5 13.7 14.5 15.2 15.5 15.3 15.1 15.0 15.5 15.7 15.3 14.4 13.9 14.1 14.8 15.3 15.4 15.1 14.8 0º 15.0 15.5 15.7 15.3 14.4 13.9 14.1 14.8 15.3 15.4 15.1 14.8 Fuente: Esudio FAO Riego y Drenaje Nº 24. Las necesidades de Agua de los cultivos. Roma 1976. 46. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 46 Ejemplo práctico del Cusco. Se continuará con el ejemplo anterior con los datos de la estación meterorológica Granja K’Ayra del Cusco (cuadro Nº 8): Se averiguará la ETo media diaria del mes de julio, por el método de Hargreaves, con los siguientes datos: • Temperatura media julio = 9.9°C = 49.8 ºF • Latitud = 13º34’ Sur • Altitud = 3,219 m.s.n.m. • Heliofonía (n) - julio = 247.9 hr/mes = 8.0 hr/día Todos los datos anteriormente señalados se pueden ubicar en el cuadro N° 08: Planilla Agroclimatológica de la Estación Granja K’Ayra. Solución: La fórmula de Hargreaves es: ETo = 0.0075 x Rs x ºF x FA n 1. Cálculo de Rs = (0.25 + 0.50 --------- ) Ra N 1.1. Cálculo de n: según el cuadro Nº 8 se tiene que n = 8.0 hr/día 1.2. Cálculo de N: En el cuadro Nº 9 se interpola y se encuentra el valor correspondiente a la Latitud Sur 13º34’ en el mes de julio LATITUD SUR JULIO 15° 11.3 13°34´ 11.386 (valor interpolado) 10° 11.6 1.3. Cálculo de n/N, con los datos anteriores se tiene que: n/N = 0.703 1.4. Cálculo de Ra: Ra se ubica en el cuadro N° 10, ubicando el hemisferio sur, mes de julio y latitud 13°34', para encontrar el valor de Ra es necesario interpolar: HEMISFERIO SUR LATITUD SUR JULIO 14° 11.6 13°34´ 11.69 (valor interpolado) 12° 12.0 Reemplazando en la fórmula se tiene: Rs = 7.032 mm/día Rs = 217.99 mm/mes 47. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 47 2. Cálculo de ºF: Según la planilla meteorológica se tiene que ºF = 49.8 3. Cálculo de FA: FA = 1 + 0.06 ALT FA = 1 + 0.06 (3.219) FA = 1.193 Reemplazando los datos en la fórmula: ETo = 0.0075 x Rs x ºF x FA = (0.0075) x (217.992) x (49.8) x (1.193) ETo = 97.13 mm/mes = 3.13 mm/día 2.6. EEVVAAPPOOTTRRAANNSSPPIIRRAACCIIÓÓNN DDEE UUNN CCUULLTTIIVVOO.. 2.6.1.Coeficiente del cultivo. Utilizando los métodos anteriormente descritos para el cálculo de la ETo, la evapotranspiración de cualquier cultivo se obtiene mediante la fórmula siguiente: ET (cultivo) = ETo x Kc (23) Donde: ET(cultivo) = EVT del cultivo, expresado en mm/ día. ETo = EVT del cultivo de referencia, en mm/día. Kc = Coeficiente del cultivo. El valor del coeficiente del cultivo depende de las características de la planta y expresa la variación de su capacidad para extraer el agua del suelo durante su período vegetativo. Esta variación es más evidente en cultivos estacionales, que cubren todo su ciclo en un período reducido de tiempo. 2.6.2.Fases del período vegetativo. En los cultivos hay que distinguir cuatro fases en su período vegetativo: • Fase inicial.- Abarca desde la siembra hasta que el cultivo cubre un 10% del suelo. • Fase de desarrollo.-Comprende desde el 10% de cobertura vegetal hasta cobertura efectiva 70% - 80% • Fase de media estación.- Desde la cobertura efectiva a inicio de maduración del cultivo. • Fase de última estación.- Desde el inico de maduración hasta plena madurez o cosecha. En el cuadro Nº 11 se indica la duración aproximada de las fases del período vegetativo de algunos cultivos. Las cifras de esta tabla se refieren a cultivos sembrados directamente sobre el terreno de asiento; en los cultivos que se transplantan se considera como fase inicial el período comprendido desde la siembra hasta el transplante. 48. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 48 La duración del período vegetativo depende de varios factores, tales como la variedad cultivada, el clima, la estación, etc. El mismo cultivo se desarrolla más de prisa cuando se cultiva en un clima cálido o durante la estación calurosa que cuando se cultiva en un clima frío o durante la estación fría. Los valores que se presentan en el cuadro Nº 11 corresponden a la duración máxima y mínima; en la mayoría de los casos la duración será intermedia entre los valores máximos y mínimos. Estos valores son referenciales y deben ser consultados con la experiencia de los agricultores, siendo los más valederos los datos recabados in situ. Casos especiales. En algunos cultivos no se aprecia una diferencia clara en las fases de su período vegetativo. Se indica el coeficiente de cultivo de los cultivos más significativos pertenecientes a este grupo. • Alfalfa : Durante todo el período de crecimiento: 0.9 • Trébol : Durante todo el período de crecimiento: 1.0 • Pastos : Durante todo el período de crecimiento: 1.0 • Cítricos : Cultivo sin hierba : 0.70 • Cítricos : Cultivo con hierba : 0.90 • Arroz : Durante todo el cultivo : 1.1 • Plátano : En el primer mes siguiente a la plantación: 0.7, en los meses siguientes se aumenta progresivamente hasta llegar a 1.1 en el séptimo mes. A partir del octavo mes se mantiene el valor de 1.1 • Caña de Azucar: Al principio del cultivo: 0.5 luego va aumentando progresivamen te hasta llegar al valor 1 en la mitad del período del cultivo. Después va disminuyendo progresivamente hasta llegar a 0.6 al final del cultivo. • Vid : Al aparecer las hojas: 0.5, va aumentando progresivamente hasta llegar a 1 en la mitad del período de cultivo. Después va disminuyendo progresivamente hasta llegar al valor de 0.3 al final del cultivo. Las cifras dadas se refieren al principio del período vegetativo, que van subiendo de valor progresivamente hasta llegar a la mitad del período. A partir de entonces bajan progresivamente hasta llegar a las cifras dadas para el final del período. 49. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 49 Cuadro Nº 11: Duración aproximada de las fases en el período vegetativo de algunos cultivos (C. Brouwer y M. Heibloem). Cultivo Total Fase Inicial Fase de desarrollo Fase de Media estación Fase de Última estación Algodón 180-195 30-30 50-50 55-65 45-50 Avena 120-150 15-15 25-30 50-65 30-40 Berenjena 130-140 30-30 40-40 40-45 20-25 Maní 130-140 25-30 35-40 45-45 25-25 Calabaza 95-120 20-25 30-35 30-35 15-25 Cebada 120-150 15-15 25-30 50-65 30-40 Cebolla verde 70-95 25-25 30-40 10-20 5-10 Cebolla seca 150-210 15-20 25-35 10-110 40-45 Col 120-140 20-25 25-30 60-65 15-20 Espinaca 60-100 20-20 20-30 15-40 5-10 Girasol 125-130 20-25 35-35 45-45 25-25 Guisante 90-100 15-20 25-30 35-35 15-15 Vainita 75-90 15-20 25-30 25-30 10-10 Judía seca 95-110 15-20 25-30 35-40 20-20 Lechuga 75-140 20-35 30-50 15-45 10-10 Lenteja 150-170 20-25 30-35 60-70 40-40 Lino 180-195 30-30 50-50 55-65 45-50 Maíz dulce 80-110 20-20 25-30 25-50 10-10 Maíz grano 125-180 20-30 35-50 40-60 30-40 Melón 120-160 25-30 35-45 40-65 20-20 Mijo 105-140 15-20 25-30 40-55 25-35 Papa 105-145 25-30 30-35 30-50 20-30 Pepino 105-130 20-25 30-35 40-50 15-20 Pequeñas semillas 150-165 20-25 30-35 60-65 40-40 Pimiento 120-210 25-30 35-40 40-110 20-30 Rábano 35-40 5-10 10-10 15-15 5-5 Remolacha azucarera 160-230 25-45 35-65 60-80 40-40 Soja 135-150 20-20 30-30 60-70 25-30 Sorgo 120-130 20-20 30-35 40-45 30-30 Tomate 135-180 30-35 40-45 40-70 25-30 Trigo 120-150 15-15 25-30 50-65 30-40 Zanahoria 100-150 20-25 30-35 30-70 20-20 Fuente: Fuentes Yagüe, J.L. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación I.R.Y.D.A. –España 1,992 en base a C. Brouwer y M. Heibloem Los coeficientes de cultivo en cada una de las cuatro fases de varios cutlivos se indican en el cuadro Nº 12 50. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 50 Cuadro Nº 12: Coeficiente de cultivo (kc) de varios cultivos (C. Brouwer y M. Heibloem). Cultivo Fase Inicial Fase de desarrollo Fase de Media Estación Fase de Última estación Algodón 0.45 0.75 1.15 0.75 Avena 0.35 0.75 1.15 0.45 Berenjena 0.45 0.75 1.15 0.80 Cacahuete 0.45 0.75 1.05 0.70 Calabaza 0.45 0.70 0.90 0.75 Cebada 0.35 0.75 1.15 0.45 Cebolla verde 0.50 0.70 1.00 1.00 Cebolla seca 0.50 0.75 1.05 0.85 Col 0.45 0.75 1.05 0.90 Espinaca 0.45 0.60 1.00 0.90 Girasol 0.35 0.75 1.15 0.55 Guisante 0.45 0.80 1.15 1.05 Judìa verde 0.35 0.70 1.10 0.90 Judía seca 0.35 0.70 1.10 0.30 Lechuga 0.45 0.60 1.00 0.90 Lenteja 0.45 0.75 1.10 0.50 Lino 0.45 0.75 1.15 0.75 Maíz dulce 0.40 0.80 1.15 1.00 Maíz grano 0.40 0.80 1.15 0.70 Melón 0.45 0.75 1.00 0.75 Mijo 0.35 0.70 1.10 0.65 Papa 0.45 0.75 1.15 0.85 Pepino 0.45 0.70 0.90 0.75 Pequeñas semillas 0.35 0.75 1.10 0.65 Pimiento fresco 0.35 0.70 1.05 0.90 Rábano 0.45 0.60 0.90 0.90 Remolacha azucarera 0.45 0.80 1.15 0.80 Soja 0.35 0.75 1.10 0.60 Sorgo 0.35 0.75 1.10 0.65 Tabaco 0.35 0.75 1.10 0.90 Tomate 0.45 0.75 1.15 0.80 Trigo 0.35 0.75 1.15 0.45 Zanahoria 0.45 0.75 1.05 0.90 Fuente: Fuentes Yagüe, J.L. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación I.R.Y.D.A. –España 1,992 en base a C. Brouwer y M. Heibloem 51. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 51 III. DISEÑO AGRONÓMICO 3.1. EEJEMPLO PRÁCTICO DEL CUSCO PARA EL CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DE AGUA DEL CUTLTIVO - PAPA. Para efectos de familiarizarce con otro método de cálculo de la evapotranspiración, se utilizará la fórmula de Blaney-Criddle, de un cultivo de la zona como la papa, con los datos de la estación meteorológica K’Ayra, dándose los siguientes datos: • Período vegetativo = 145 días. • Fecha de siembra = 20 de julio. • Localización = 13°34' latitud sur. • Las temperaturas máximas y mínimas se pueden observar en el cuadro de la estación K’Ayra, lo mismo que la temperatura media lo cual nos evita calcular ésta. A continuación se presentan dos cuadros que se explican: En el cuadro Nº 13 de "Cálculo de la evapotranspiración potencial mediante el método de Blaney - Criddle" se señala inicialmente los datos básicos, que son fáciles de obtener (cultivo, fecha de siembra, período vegetativo, latitud), luego se señalan las fases del cultivo que se pueden obtener del cuadro N° 11, en esta tabla se señalan dos valores en cada columna, estos se refieren al rango en que se encuentran cada una de las fases, esto de acuerdo a la variedad se puede decidir por cual de ellos optar; para el caso del ejemplo utilizaremos el máximo. Columna N° 01. En la columna número 01 se encuentran los meses entre los que se encuentra comprendido el período vegetativo del cultivo. Columna N° 02. Se encuentran los números de días del mes correspondiente. Columna 03. Se tienen los valores de "n", obtenido de la planilla meteorológica de la Estación Granja K’ayra, cuadro N° 08, que viene a ser el número de horas reales pomedio de sol. Columna 04. Se tienen los valores de "N" obtenido a partir del cuadro Nº 9 (interpolar) tomando en cuenta el mes y la latitud sur. Son el número de sol máxima media diaria. Columna 05. Valores de la relación “n/N”, obtenido con los datos de las columnas 3 y 4. Viene a ser la relación entre las horas reales y las horas máximas posibles. Columna 06. Valor de “Ra”, datos obtenidos del cuadro Nº 10 (interpolar), que es la radiación extraterrestre que se recibe antes de llegar a la atmósfera. Columna 07. Valores de “Rs” que es la radiación mensual incidente en su equivalente de evaporización, expresada en mm/mes, obtenida luego de aplicar la fórmula Rs = (0.25 + 0.5 n/N) Ra. 52. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 52 Columna 08. Valor de “ºF”, dato obtenido del cuadro Nº 8 de la estación meteorológica Granja K’ayra, viene a ser la temperatura media mensual en grados Farenheit. Columna 09. Valores de "FA", que es el factor de altura, se obtine de la aplicación de la fórmula FA = 1 + 0.06 ALT(en km). Columna 10. Es la ETo expresada en mm/mes, obtenida luego de aplicar la fórmula: ETo = 0.0075 x Rs x ºF x FA. Columna N° 11. Es el valor de la evapotranspiración potencial ETo expresada en mm/día, se obtiene de dividir la ETo (columna 10) entre el número de días del mes (columna 2). 53. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 53 Cuadro Nº 13: CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE GEORGE HARGREAVES ETo = 0.0075 x Rs x ºF x FA Rs = (0.25 + 0.5 n/N) Ra DATOS : FASE (se puede identificar en el cuadro Nº 11) CULTIVO : PAPA FASE INICIAL : 30 días FECHA DE SIEMBRE : 21 DE JUNIO FASE INICIAL : 35 días PERÍODO VEGETATIVO : 145 DÍAS FASE DE DESARROLLO : 50 días UBICACIÓN : 13º34’ FASE DE MEDIA ESTACIÓN : 30 días ALTITUD :3,219 m.s.n.m. MES Nº días del mes Horas reales "n" (hr/día) Horas max N n/N Ra mm/día Rs mm/mes ºF FA ETo mm/mes ETo mm/día 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 JUNIO 30 7.84 11.28 0.70 11.29 202.38 51.70 1.193 93.629 3.121 JULIO 31 8.00 11.39 0.70 11.69 217.86 49.80 1.193 951.239 3.132 AGOSTO 31 7.62 11.66 0.65 12.97 231.81 52.10 1.193 1174.355 3.486 SEPTIEMBRE 30 6.63 12.00 0.55 14.54 229.55 52.10 1.193 1304.191 3.567 OCTUBRE 31 6.39 12.44 0.51 15.8 248.25 59.20 1.193 1741.500 4.242 NOVIEMBRE 30 5.50 12.74 0.43 16.48 230.29 59.00 1.193 1679.171 4.053 Fuente: Elaboración propia 54. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 54 Cuadro Nº 14 CÁLCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL DEL CULTIVO DE PAPA EN EL CUSCO DATOS : FASE (se puede identificar en la tabla Nº 11) CULTIVO : PAPA FASE INICIAL : 30 días FECHA DE SIEMBRE : 21 DE JUNIO FASE INICIAL : 35 días PERÍODO VEGETATIVO : 145 DÍAS FASE DE DESARROLLO : 50 días UBICACIÓN : 13º34’ FASE DE MEDIA ESTACIÓN : 30 días FASE FECHAS DÍAS ETo mm/día Kc cuadro 12 ETc mm/día LAMINA mm LAMINA FASE mm VOLUMEN M3 21 jun - 30 jun 10 3.121 0.45 1.404 14.04 01 jul - 20 jul 20 3.132 0.45 1.409 28.19 21 jul - 31 jul 11 3.132 0.75 2.349 25.84 01 ag - 24 ag 24 3.486 0.75 2.615 62.75 25 ag - 31 ag 7 3.486 1.15 4.009 28.06 01 set - 30 set 30 3.567 1.15 4.102 123.06 01 oct - 13 oct 13 4.242 1.15 4.878 63.42 14 oct - 31 oct 18 4.242 0.85 3.606 64.90 01 nov - 12 nov 12 4.053 0.85 3.445 41.34 TOTAL 145 451.60 4,516.0 214.54 2,145.4 106.24 1,062.4 42.23 422.3 88.59 885.9 INICIAL DESARROLLO MEDIANA ESTACIÓN ULTIMA ESTACIÓN Fuente : Elaboración propia 55. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 55 En el cuadro Nº 14 de Cálculo de la evapotranspiración real del cultivo de papa para el Cusco. Al igual que en el caso anterior se tienen los datos básicos y las fases del período vegetativo, estos últimos obtenidos del cuadro N° 11, luego en: Columna N° 01. Se señalan los cuatro períodos de desarrollo de la planta. Columna N° 02. Se indican los días que comprende cada fase, diferenciándolas del mes en que corresponden. Se se conoce que el día de siembra es el 21 de junio y la fase inicial dura 30 días, por lo que este período abarca hasta el 20 de julio, se hace la diferenciación debido a que el valor de Kc varía con la fase de desarrollo y el valor de la ETo varía con el mes. Columna N° 03. Se indican los días que corresponden de cada mes a cada fase de desarrollo. Columna N° 04. Valor de la evapotranspiración potencial en mm/día, como se señaló este valor varía según el mes, se ha calculado en el cuadro anterior mediante el método de Hargreaves. Columna N° 05. Valor de Kc que se puede observar en el cuadro N° 12 y varía según el período vegetativo del cultivo. Columna N° 06. Valor de la evapotranspiración del cultivo Kc que resulta de multiplicar el valor de ETo x Kc. Este valor se expresa en mm/día, significa la lámina de agua que es consumida por la planta en ese día del mes. Columna N° 07. Valor de la lámina de riego para ese período de días, esto se obtine de multiplicar la ETc por el número de días (columna N° 03). Columna N° 08. Lámina de la fase, es el valor de la lámina que se ha consumido en la fase. Este valor nos indica la lámina que se deberá de reponer en el riego. Columna N° 09. Volúmen en M3, recordemos que una lámina de 01 mm significa 10 m3 /ha de agua por ha., po lo tanto a la lámina de la fase se convierte a m3 /ha para conocer el consumo de agua por parte del cultivo. En esta columna se indica el consumo de agua de la papa por fases. Para efectos de la práctica en el riego es necesario uniformizar las necesidades diarias mensuales de agua, esta se obtiene dividiendo las necesidades mensuales entre el número de días del mes en que el cultivo se desarrolla: según el ejemplo se tiene: Para junio sería = 14.04 mm / 10 días = 1.404 mm Para julio sería = 54.03 mm / 31 días = 1.743 mm Y así se calcula sucesivamente. Cuadro Nº 15: Necesidades hídricas por mes 56. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 56 Fechas Nº días Etc mm/día Mes Necesidades por mes Necesidades diarias por mes 21 jun – 30 jun 10 1.404 Junio 14.04 1.404 01 jul – 20 jul 20 1.409 21 jul – 31 jul 11 2.349 Julio 54.019 1.743 01 ag – 24 ag 24 2.615 25 ag – 31 ag 7 4.009 Agosto 90.823 2.930 01 set – 30 set 30 4.102 Septiembre 123.06 4.102 01 oct – 13 oct 13 4.878 14 oct – 31 oct 18 3.606 Octubre 128.322 4.139 01 nov – 12 nov 12 3.445 Noviembre 41.340 3.445 TOTAL 145 451.604 Fuente: Elaboración propia. 3.2. ANÁLISIS DEL RESULTADO. Este último cuadro merece un análisis aparte: Necesidades hídricas del cultivo. Se puede observar claramente que las necesidades de agua del cultivo no son uniformes, sino que varían de acuerdo al grado de desarrollo del mismo, en este caso se observa que en la fase inicial que dura 30 días el cultivo necesita únicamente 422.30 m3 /ha, luego se observa que en la fase de desarrollo que dura 35 días el cultivo necesita casi el doble que en la fase anterior (885.90 m3 ) y en la fase de mediana estación que dura 50 días, es el período donde el cultivo necesita la mayor cantidad de agua siendo casi 5 veces más que en la fase inicial (2,145.4 m3 ), para descender luego a casi la mitad en la fase de última estación (1,062.40 m3 ). Siendo el total de agua que necesita el cultivo de papa bajo estas condiciones de 4,516.0 m3 /ha/campaña. Entiéndase bien, se esta hablando de las necesidades de agua que tiene el cultivo no del volumen de agua con el que se va a regar. Esta necesidad de agua del cultivo, osea los 4,516.0 m3/ha/campaña, es el agua que necesita la planta sin importar el tipo de riego que se utilice. 3.3. LÁMINA NETA – Ln - Y LÁMINA REAL – Lr – (llamada también lámina bruta). Como se mencionara la lámina calculada en el ejemplo que se viene siguiendo (451.60 mm ó 4,516.0 m3 ) es la cantidad de agua que la planta utilizará para la evapotranspiración, a esta lámina se llama lámina neta (Ln). Esta necesidad de agua de la planta no variará ni dependerá del sistema de riego que se utilice y el objetivo del riego es que la planta absorva ese volumen con las menores pérdidas posibles. La eficiencia con que se haga llegar ese volumen de agua a la planta es conocida como eficiencia de aplicación. Existen cálculos sobre estas eficiencias según el sistema de riego aplicado y que se presentan a continuación. Cuadro Nº 16 Eficiencia de aplicación del agua para diferentes sistemas de riego (referenciales). 57. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 57 SISTEMA DE RIEGO EFICIENCIA DE APLICACIÓN Riego por surcos 0.50 – 0.70 Riego por inundación 0.60 – 0.80 Riego por inundación permanente (arroz) 0.30 – 0.40 Riego por aspersion 0.65 – 0.85 Riego por goteo 0.75 – 0.90 Fuente: Fuentes Yague José Luis, 1992 Esto quiere decir que si aplicamos estos diferentes sistemas de riego con sus respectivas eficiencias al ejemplo anterior se necesitaría diferentes cantidades de agua (ver cuadro siguiente: Cuadro Nº 17: Volumen de agua utilizado según el sistemas de riego (ejemplo que se viene aplicando). SISTEMA DE RIEGO EFICIENCIA DE APLICACIÓN VOLUMEN UTILIZADO SEGÚN EJEMPLO M3 Riego por surcos 0.50 – 0.70 9,032 – 6,451 Riego por inundación 0.60 – 0.80 7,527 – 5,645 Riego por inundación permanente (arroz) 0.30 – 0.40 15,053 – 11,290 Riego por aspersión 0.65 – 0.85 6,948 – 5,313 Riego por goteo 0.75 – 0.90 6,021 – 5,018 Fuente: Elaboración propia. Se aclara que todos los cálculos que se hacen en esta guía no se considerará la precipitación (P), si esta se presenta se debe calcular la precipitación efectiva (Pe) y luego restar a la lámina calculada. A continuación se alcanzan dos fórmulas para el cálculo de la precipitación efectiva mensual: Cuando la precipitación P mensual es superior a 75 mm Pe = 0.8 P - 25 Cuando la precipitación P mensual es inferior a 75 mm Pe = 0.6 P - 10 Por lo que la lámina neta sería: Ln = ETc – Pe (24) Entonces la lamina real o bruta viene dada por la relación: Lr = Ln / Eap (25) Donde: Lr = lámina real o bruta en mm y Eap = eficiencia de aplicación Quiere decir que para efectos del ejemplo si tomamos una Eap = 50% se necesitaría una lámina real de: Lr= Ln / Eap Lr = 4,516.0 m3 / 0.5 = 9,032 m3 /campaña Para aplicar el riego es necesario conocer los factores que lo afectan y estos son: La capacidad de retención del suelo. El contenido inicial de agua en el suelo. La profundidad de raices. 3.3.1.Humedad fácilmente disponible – HFD -. Recordando algunos conceptos: Humedad disponible –HD- es el agua que se encuentra entre la capacidad de campo –CC- y el punto de marchitez permanente – PMP-, en otras palabras, es el agua que queda en el suelo desde el momento en que el suelo deja de perder agua por gravedad hasta que, luego de consumirse por drenaje, evaporación y por la planta esta última no puede extraer el agua. 58. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 58 Se tiene que tomar en cuenta que el PMP es el punto extremo y la planta entra en marchitamiento del cual no se puede recuperar, por lo tanto no se puede esperar llegar a este punto para regar. Se han realizado estudios para averiguar que porcentaje de la HD se debe haber consumido para realizar el riego llamándose a ésta la humedad fácilmente disponible – HFD- considerando: CC = 100% y el PMP = 0% Cudro Nº 18: Porcentaje de agotamiento de la HD –fa- para distintos cultivos.(FAO) CULTIVO fa CULTIVO fa Alfalfa 0.60 Limonero 0.25 Aguacate 0.30 Maíz grano 0.40 Apio 0.15 Melón cantaloup 0.20 Brócoli 0.30 Naranjo 0.35 Caña de azucar 0.60 Papa 0.30 Cebolla 0.30 Platanera 0.30 Cebolla maduración 0.40 Prados 0.35 Coliflor 0.45 Remolacha 0.50 Fresa 0.10 Repollo 0.35 Frutales hoja caduca 0.40 Tomate 0.45 Judía 0.50 Viñedo 0.55 Lechuga 0.35 Zanahoria 0.40 3.3.2.Profundidad de raices – Pr -. La profundidad de la capa enraisable es la rizósfera. Con el riego lo que se pretende es priorizar la zona en donde está el mayor porcentaje de raices según la profundidad y esto es en la mitad superior de las raices que es donde se absorve el 70% del agua, según el patrón de absorción de humedad del suelo por la planta. Cuadro Nº 19: Profundidad de raices (cm) – FAO. CULTIVO Pr (cm) CULTIVO Pr (cm) Alfalfa 90 – 180 Judía 50 – 90 Alverja 45 – 60 Lechuga 15 – 45 Algodón 75 – 170 Leguminosas 50 – 125 Berengena 75 – 120 Maíz 75 – 160 Caña de azúcar 75 – 180 Olivo 100 – 150 Cártamo 90 – 180 Pastos 60 – 150 Cebada 1.25 Patata 30 – 75 Cebolla 30 – 75 Pimiento 40 – 100 Cereales 60 – 150 Remolacha azucarera 60 – 125 Cítricos 120 – 150 Soja 60 – 125 Crucíferas 30 – 60 Tabaco 45 – 90 Cucurbitáceas 75 – 125 Tomate 40 – 100 Fresa 20 – 30 Trigo 75 – 105 Frijol 45-60 Vid 75 – 100 Hortalizas 30 - 60 Zanahoria 45 – 60 3.3.3.Cálculo de la lámina neta – Ln -. En base a los datos obtenidos del suelo, ya sea de manera directa o estimados a partir de la textura, de capacidad de campo, punto de marchitamiento permanente y densidad aparente de cada estracto del perfil y con la profundidad de raices de los 59. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 59 cultivos se determina la lámina de riego. En el primer riego, la lámina requerida para llevar la humedad del suelo del PMP a CC es: (CC – PMP) Ln = --------------------- x Dap x Pr (26) 100 donde : Ln = lámina neta (m) CC = capacidad de campo (%) PMP = punto de marchitamiento permanente (%) Dap = densidad aparente (gr/cm3) Pr = profundidad de raices (m) Los riegos sucesivos se debe de considerar el factor de agotamiento o porcentaje de HD consumida, lo mas indicado sería que los factores de agotamiento no sobrepasaran lo niveles indicados en el cuadro Nº 18. En este caso, haciendo la corrección por este factor, la lámina neta se expresa por: (CC – PMP) Ln = --------------------- x Dap x Pr x fa (27) 100 Donde: fa = factor de agotamieto o porcentaje de HD consumida. Ejemplo: Para continuar con el ejemplo del Cusco se hará el cálculo para una parcela regada por surcos con los siguientes datos: - Área : 2 ha. - Textura : Franco Arcilloso- Arcilla = 30% Limo = 30% Arena = 40% - Dap : 1.3 gr/cm3 - Pr : 0.50 mt. - Eap : 60% - Se considerará que se ha consumido el 30% de la HD según la tabla Nº 18. Solución: Con la textura se puede calcular la CC y PMP utilizando las fórmulas (16) y (17): - CC = (0.48 x 30) + (0.162 x 30) + (0.023 x 40) + 2.62 = 22.8 - PMP = (0.302 x 30) + (0.102 x 30) + (0.0147 x 40) = 12.71 Luego aplicando la fórmula: (22.8 – 12.71) Ln= ------------------------ x 1.3 gr/cm3 x 50 cm x 0.3 Ln = 1.97 cm. 100 Según el cuadro Nº 16 la eficiencia de aplicación en el riego por surcos está en el rango del 0.5 a 0.7, como para el caso del riego de laderas la eficiencia de aplicación es menor se tomará el mínimo. 60. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 60 Lr = 1.97 cm / 0.6 Lr = 3.28 cm = 32.83 mm 3.4. VOLUMEN DE RIEGO – Vr -. Se recordará que: 1 mm = 1 lt/m2 = 10 m3 /ha Quiere decir que si se tiene una lámina de 32.83 mm el volumen de agua por riego será: Vr = 328.33 m3 /ha 3.5. INTERVALO DE RIEGOS – IR -. El intervalo de riegos se da por la relación entre la lámina neta (en mm) y la evapotranspiración diaria del cultivo llamado consumo diario. Ln IR = --------------- (28) ETc Para el caso del ejemplo que se está siguiendo se tiene: - Ln = 19.7 mm - ETc = 2.93 mm/día (para el mes de agosto) IR = 19.7 mm / 2.93 mm/día IR = 6.72 días, el riego debe darse cada 7 días 3.6. NÚMERO DE RIEGOS – NºR -. El número de riegos depende del período vegetativo – PV - de cada cultivo y esta dado por la relación entre el IR y el número de días del período vegetativo. PV Nº R = -------------- (29) IR Para el caso del ejemplo el período vegetativo es de 145 días, por lo tanto se tiene: NºR = 145 días / 7 días = 21 El número de riegos serán 21, con esto se puede calcular el volumen de agua por campaña: V = 21 riego x 328.33 m3 /riego = 6,894.93 m3 /campaña 61. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 61 Nota importante:Se está considerando una misma lámina y que la profundidad de raices es constante, pero debemos tomar en cuenta que en un inicio la profundidad de raices es pequeña, por lo que deberá darse menor lámina pero con más frecuencia debido a que hay mayor evapotranspiración, etc. Al avanzar el crecimiento la lámina debe ir aumentando y la frecuencia de riegos deberá disminuir, por lo que se tendrá que hacer tablas según el período vegetativo, Pr, ETc, etc. El IR no debe ser constante. A continuación se presenta un cuadro preparado para el caso del ejemplo del Cusco que se esta siguiendo. Para el ejemplo se ha considerado que el perfil es uniforme, siendo los valores de CC, PMP, Dap, fa y la Eap constantes con los valores que se vienen utilizando en el ejemplo, vale decir: CC = 22.80 PMP = 12.71 Dap = 1.3 Fa = 0.3 Eap = 60% y se conoce que las variedades de papa que se cultivan en Cusco alcanzan una profundidad de raices promedio de 60 cm, se ha preparado el siguiente cuadro por mes: Cuadro Nº 20: Volúmenes e intervalos de riego por mes. MES Pr Ln mm Lr mm Vol/riego por ha M3 Etc IR Días Nº Riegos Vol riego en el mes (m3) Tiempo riego con Q=20 lps A B C(1) D= C/Eap E= Dx10m3 F(2) G= C/F H(3) = PV/G I= ExH J= Ex1000/Q/3600 Jun 30 11.8 19.7 197 1.404 8 1(1) 197(1) 787(1) 10.93 hr Jul 30 11.8 19.7 197 1.743 7 4 788 2.74 hr Ag 50 19.7 32.8 328 2.930 7 4 1,312 4.56 hr Set 60 23.6 39.3 393 4.102 6 5 1,965 5.46 hr Oct 60 23.6 39.3 393 4.139 6 5 1,965 5.46 hr Nov 60 23.6 39.3 393 3.445 7 0 00(4) TOTAL DE RIEGOS Y VOLUMEN DE AGUA POR CAMPAÑA 19 6,817(5) (1) El cálculo de esta columna se hace aplicando la fórmula de Ln (26), con la consideración que para el primer riego (junio) se aplica para llevar al suelo hasta CC y por lo tanto el volumen es de 787 m3 (toda la lámina sin considerar el factor de agotamiento y considerando unaa profundidad de 60 cm). (2) Estos datos provienen del cuadro Nº 15 “Necesidades hídicas por mes” (3) PV = número de días del mes en el período vegetativo (4) En la fase final la papa no se riega. (5) Esta sumatoria considera los 787 m3 de riego y no los 236 que se han calculado para efectos de cálculo del número de riegos Como se puede observar los volúmenes de riego varían significativamente según el mes o el período vegetativo. En la última columna se presenta el tiempo que se necesitaría el agua, por riego, para regar una hectárea si se contaría con un caudal de 20 lps. Punto importante, que es necesario destacar en este momento, a efectos de darle continuidad, al análisis que se hace en el siguiente ítem, es que el volúmen de agua para regar durante toda la campaña para papa es de 6,817 m3 , este volumen valida el 62. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 62 calculado en el ítem “3.6.” (6,894.93 m3 ) ya que es muy cercano, solo varían en un 1.13%. 3.7. CAUDAL DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO. Siguiendo el ejemplo anterior se pueden determinar las necesidades hídricas de los diferentes cultivos que se acostumbren a cultivar en una zona determinada. Se tomará como ejemplo una zona de 100 ha donde el 50% se cultive papa y el 30% maíz y un 20% pastos. Con la ETo calculada con los datos de campo se puede calcular la ETc de los otros cultivos (maíz y pastos, etc.). Solo para efectos del ejemplo se supone que el volumen de agua que utiliza el maíz por hectárea por campaña será de 5,500 m3 y para los pastos de 12,000 m3 . Los datos anteriores son datos referenciales (estos volúmenes de agua no se deben tomar como validos para el caso del Cusco para los cultivos que se citen a excepción de la papa). En el cuadro siguiente se explica como se debe calcular el caudal de diseño para una zona de riego,: Tabla Nº 21: Cálculo del caudal de diseño para un sistema de riego. CULTIVO Vol/ha/campaña m3 Nº ha Vot total m3 /campañ a Nº días de la campaña CAUDAL lt/sg A B C D = B x C E F PAPA 6,817 50 340,850 MAIZ 5,500 30 165,000 PASTOS 12,000 20 240,000 TOTALES 745,850 180 46.53 Explicando el cuadro se tiene lo siguiente: Columna A: Se ubican los cultivos que se van a sembrar en la zona. Columna B: Siguiendo la metodología explicada se calcula el volumen de agua que ese cultivo empleará en la campaña. Columna C: Se determina el número de hectáreas que se sembrará de cada cultivo. Columna D: Se multiplica la columna B por la columna C para obtener el volumen total de agua por campaña de cada cultivo y luego se suman estos volúmenes y este será el dato con el que se trabaja, el volumen máximo necesario. Columna E: Se determina el número de días que durará la campaña tomando los límites de inico y de cosecha de cada cultivo. En este caso se ha determinado una campaña de seis meses o 180 días. Columna F: En la columna D se tiene el volumen total (723,700 m3 ) y en la columna E el tiempo (180 días), con estos datos se calcula el caudal necesario en litros por segundo. Se recalca se trabaja con el mayor caudal que se necesitará. 63. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 63 Algunas recomendaciones a tomar en cuenta sobre el tiempo e intervalos de riego Es necesario reflexionar sobre la duración del riego en la práctica, generalmente los turnados en ladera son por horas, sin interesar el período vegetativo y con un determinado volumen que podría ser calificado de uniforme durante la campaña, esto ocasiona un problema serio en el riego ya que en la realidad del riego en ladera no se diferencian las necesidades reales de la planta, por lo que se yerra en dos sentidos: al inicio del ciclo por por exceso y al final del ciclo por defecto. Las recomendaciones para salvar estos problemas son: RECOMENDACIONES 1. Capacitación a los profesionales, técnicos y regantes sobre las necesidades hídricas de los cultivos e incidir en la temporalidad de la demanda del agua. 2. Se debe de contar con los cuadros de demanda (cuadros Nº 14 y 20) de los principales cultivos. 3. Modificación del turnado de riego según el período vegetativo. El cuadro Nº 14 puede ayudar mucho en la determinación de los tiempo e intervalos de riego, siendo los riegos iniciales más livianos y cortos y los riegos de la fase de mediana estación más pesados. 64. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas IV. CRITERIOS EN LA ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE RIEGO EN LADERAS Para la elección de un sistema de riego se deben tomar en cuenta una serie de factores que intervienen en él; entre los principales se tienen: suelo, agua, cultivo, el factor humano, el económico y otros criterios técnicos como políticos. La coyuntura o la realidad de cada zona pueden hacer que existan otros factores que son necesarios analizarlos. A continuación se tratarán cada uno de los nombrados. 4.1. EL SUELO. 4.1.1.Topografía y relieve. La topografía del suelo es condicionante para la aplicación del riego, especialmente si se trata de riego por gravedad, en muchos casos exige una nivelación que en general son costosas. Cuando la pendiente es suave, no hay mayor problema porque se puede utilizar cualquier sistema de riego ya sea por gravedad o presurizado. Si existiera un caudal suficiente para el riego por gravedad, este es el más indicado, comparativamente. Cuando la pendiente es mayor al 15%, la mejor alternativa es el riego por aspersión, micro aspersión o goteo. Para el caso de terrenos con pendientes muy irregulares se utiliza el riego por surcos en contorno, llamado así debido a que el trazo sigue las curvas a nivel. Cuando las pendientes son fuertes el riego por surcos en estas pendientes generalmente causa erosiones importantes, se puede optar por las terrazas, donde se construyen los surcos rectos de corta longitud, dependiendo de la terraza. En estas pendientes el riego por aspersión no se adapta con facilidad pero si se puede instalar riego por goteo o micro aspersión, especialmente para frutales. Para el caso de la sierra en particular, la ladera se convierte en un potencial, debido a que brinda la presión necesaria para el funcionamiento de los sistemas de riego presurizado, este factor clave permite diseñar en zonas de ladera sistemas de riego por aspersión aun costo bajo. Se utilizan los desniveles entre la fuente y el área a irrigar mediante tuberías para obtener la presión necesaria para los aspersores. 4.1.2.Características físicas e hidrodinámicas. Interesa la textura, estructura, retentividad, capacidad de infiltración, estos aspectos ya han sido tratados en los capítulos anteriores. En suelos arenosos con alta permeabilidad y poca capacidad de retención, usando el riego por gravedad el agua se perderá por lo que serán necesarios surcos pequeños. Como ejemplo se puede señalar que la HD en el caso del Proyecto Majes es solo del 64 65. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 4% – 5% y el intervalo de riego tendría que ser cada 2 ó 3 días y con este intervalo de riegos sería imposible regar por surcos, por lo que se ha decidido utilizar riego por aspersión. 4.1.3.Calidad de los suelos (fertilidad, profundidad de la capa arable). A. Características químicas y calidad agrícola.- Se refiere al tipo y contenido de sales que pueda tener el suelo, donde puede ser necesario el lavado para mantener el balance y también conocer el contenido de nutrientes. B. Profundidad de la capa arable.- Suelos con poca capa arable se puede utilizar riego por goteo ya que no se puede hacer nivelación. 4.1.4.Ubicación respecto a otras áreas En ladera no se puede sembrar cultivos de inundación ya que se podría hacer daño a los cultivos de las zonas bajas. En una parcela rodeada de cultivos de inundación no se puede aplicar un riego por goteo, ya que habría una filtración en exceso de agua. Es preferible regar por aspersión suelos concentrados, el riego de parcelas aisladas se ve dificultada por la inversión, salvo el caso que se tengan manantes permanentes en las partes altas de las parcelas. 4.2. EL AGUA. 4.2.1.Disponibilidad y regularidad. En vista de que el riego permite intensificar el uso de la tierra, se debe usar riego por aspersión cuando la disponibilidad es limitada (abril a noviembre) teniendo en cuenta las heladas. En la sierra la disponibilidad del agua depende de factores climáticos y de la regularidad de estos. Las precipitaciones se concentran entre los meses de octubre a abril, en el caso de la estación Granja K’Ayra presenta una precipitación acumulada de 602.1 mm que representa el 93.4% de la precipitación acumulada anual (644.7 mm), este dato es el promedio de 41 años de registros. Como se puede ver el balance hídrico presenta una oferta en exceso entre octubre y abril y un déficit en el resto de los meses. El comportamiento de las fuentes de agua generalmente responde a estos ciclos. Por lo cual se hace indispensable contar con un inventario de los recursos hídricos y un balance hídrico de cada una de las cuencas, llevando un registro por lo menos bianual de los caudales, así como también de sus usos actuales y de sus usos potenciales, esto combinado con el conocimiento de los actores internos y externos sus roles, objetivos y planes, permitiría plasmar un Plan Maestro de Cuenca que optimizaría la gestión del recurso hídrico. No se deben de descartar los manantiales con pequeños caudales (0.3 ó 0.5 lps) para el riego ya que sabiéndolos aprovechar mediante sistemas de riego presurizados son factibles de ser explotados en beneficio de los agricultores, los requisitos son: un buen diseño y un adecuado manejo del agua. 65 66. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 4.2.2.Calidad del agua. A. Calidad física. A.1. Estado físico del agua – líquida. A.2. Concentración de sólidos – filtros. A.3. Temperatura – no aplicar agua muy fría. B. Calidad química.- La calidad química del agua se clasifica de acuerdo a: B.1. pH, los límites normales están entre 7 y 8. B.2. Conductividad eléctrica – CE –, indica la facilidad con que una corriente eléctrica pasa a través del agua, de forma que cuanto mayor sea el contenido de sales ionizadas, mayor será el valor de aquella, para medirla se utiliza el conductivímetro. 1 Se expresa en fracciones de mho/cm , corrientemente se utiliza el micromhos/cm o en milimhos/cm a 25ºC, la relación entre ellas es: 1 mho/cm = 1,000 milimhos/cm = 1’000,000 micromhos/cm mmhos/cm μmhos/cm › CE< 750 umhos/cm son satisfactorias para el riego. › 750 < CE < 2,250 umhos/cm pueden ser utilizadas con manejos especiales de suelos y cultivos tolerantes. › CE > 2,250 umhos/cm, raras veces pueden ser utilizadas, se pueden utilizar con cultivos muy tolerantes y suelos muy permeables. Agua con estas características aplicada en riego por gravedad pueden salinizar los suelos y cuando se aplica con riego por aspersión, al evaporarse las sales queman las hojas. 2 Como lo señala Cánovas J. La conductividad eléctrica representa, por tanto, la concentración de sales que tiene el agua, sales que dan lugar a una presión osmótica de la solución tanto mayor cuanto más elevada sea su concentración. Es decir, que en su misión fundamental de cubrir las necesidades hídricas de las plantas, el agua de riego será tanto más efectiva cuanto menor sea su presión osmótica y, por lo tanto, su salinidad. La relación que liga, de forma aproximada, la conductividad eléctrica y la presión osmótica es: Po= 0.36 x C.E. (30) Donde: Po = Presión osmótica en atmósferas C.E. = Conductividad eléctrica en mmhos/cm a 25ºC 1 El mho/cm, unidad de conductividad eléctrica, es la inversa del ohm x cm, unidad de resistividad eléctrica, precisamente al ser la inversa se han invertido el orden de las letras de OHM (MHO). 2 Canovas Cuenca Juan, “Calidad Agronómica de las Aguas de Riego”, 1986 Madrid España. 66 67. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Con este valor de Po y recordando que CC = 0.3 at y PMP =15 at, se puede sacar conclusiones sobre la humedad disponible. Es necesario puntualizar que en condiciones de sierra con precipitaciones mayores a 600 mm/año y en terrenos en ladera no hay problema de salinizar los suelos utilizando aguas con 2,250 mmhos/cm, lo mismos que son muy raros en la sierra. Por tanto la salinización no es ningún problema en estas condiciones. B.3. Relación de adsorción de sodio – R.A.S. – hace referencia a la proporción relativa en que se encuentran el ion sodio y los iones calcio y magnesio. La función del suelo en la nutrición hídrica de las plantas depende en gran medida de su estructura física, de forma que la principal preocupación de un responsable de zonas de regadío es la conservación de los suelos y, en especial, de su capacidad de ser “recipientes de agua”, evitando que se degraden por efecto de las sustancias que en ellos se vierten. Uno de los iones que más favorecen la degradación de los suelos es el sodio que sustituye al calcio en los suelos de zonas áridas, en circunstancias especiales y cuando se va produciendo la desecación superficial de los mismos. Esta sustitución da lugar a una dispersión de los agregados y una pérdida de la estructura, por lo que el suelo adquiere un aspecto pulverulento y amorfo, perdiendo rápidamente su permeabilidad. Una acción contraria a la señalada para el sodio es la que desempeñan el calcio y el magnesio principalmente. Para prevenir la degradación que puede provocar una determinada agua de riego se calcula el RAS, que da una idea del predominio de uno o de otro efecto a la vista de la composición iónica del agua. Se calcula mediante la siguiente expresión: Na+ R.A.S. = ----------------------- (31) Ca + Mg ½ ----------------- 2 Donde los cationes se expresan en meq/litro. Cuando se analiza el agua y se encuentran valores superiores a 10, se puede decir que es alcalinizante, siendo mayor este riesgo cuanto mayor sea aquel valor. Ejemplo: al analizar una muestra de agua se obtienen los siguientes resultados: - Calcio ................. 11.83 meq/lt Magnesio ............ 29.44 meq/lt - Sodio .................. 118.40 meq/lt Potasio ............... 2.70 meq/lt 67 68. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Reemplazando estos valores se obtiene: 118.4 R.A.S. = ----------------------------- = 26.06 11.83 + 29.44 ½ ----------------- 2 Se tiene que es un agua con altísimo riesgo de alcalinización del suelo y que no es aconsejable para el riego. B.4. Carbonato de sodio residual – C.S.R. –, es un parámetro que permite juzgar la calidad del agua, cuando éstos contienen relativamente alto contenido de bicarbonatos, ya que se produce la precipitación de Ca y Mg en forma de carbonatos, el peligro ocurrirá cuando los carbonatos y bicarbonatos exceden al Ca y Mg. Se calcula con la siguiente fórmula: = C.S.R. = (CO3 + CO3H- ) – (Ca++ + Mg++ ) (32) Los iones se expresan en meq/litro. › Aguas con 1.25 me/lt ó menos de CSR se pueden utilizar sin peligro. › Aguas con 1.25 – 2.5 me/lt de CSR son de uso dudoso. › Aguas con más de 2.5 me/lt de CSR no son aptas para el riego. B.5. Concentración de boro – B -, dado en partes por millón - ppm – si bien este elemento en pequeñas cantidades es útil para las plantas, cuando pasa de ciertos límites es perjudicial para las plantas. A continuación se presenta un cuadro con la que se puede evaluar la calidad química del agua de riego. Cuadro Nº 22: Evaluación de la calidad química del agua de riego. CLASE CE mmhos/cm Na % RAS CSR me/lt Cl Br me/lt ppm 1* hasta 0.5 40 3 0.5 3 0.5 2* 1.0 60 6 1 6 1 3* 2.0 70 9 2 10 2 4 3.0 80 12 3 15 3 5 4.0 90 15 4 20 4 6 No debe ser utilizada de ningún modo * 1,2,3, se pueden utilizar sin problemas. 4,5, uso con limitaciones, en caso demasiado especiales. 5 es cáustico con CSR = 4 puede quemar la planta. 68 69. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 4.2.3.Origen y costo. Referida a que las aguas superficiales o las que si bien tienen origen subterráneo emanan a la superficie de manera natural (manantes) que son con las que se cuentan en la sierra, tiene bajo costo. Las aguas subterráneas, dependiendo de la captación y de la profundidad de la napa freática, generalmente son costosas. Se aconseja que para irrigaciones con aguas subterráneas, para contrarrestar este alto costo se elija cultivos altamente rentables y utilizar sistemas con una alta eficiencia de riego. 4.3. EL CULTIVO. 4.3.1.Adaptabilidad al sistema de riego. A continuación se analizan los diferentes sistemas de riego a la adaptabilidad de los cultivos. A. Sistema de riego por gravedad.- como se podrá observar existen cultivos como la papa que no es posible regarla mediante melgas debido a que se correría el riesgo de perder la cosecha o en todo caso se obtendrían rendimientos muy bajos. Igual ocurriría si se siembra el arroz por surcos. A.1. Surcos.- los cultivos que comúnmente se riegan con este sistema son la papa, el maíz, etc. A.2. Melgas.- los cultivos que más se adaptan son los pastos. A.3. Pozas.- se cultiva tradicionalmente el arroz. B. Sistema de riego por aspersión.- este sistema tiene una gran adaptabilidad a los diferentes cultivos de sierra, como ejemplo se puede señalar que en Quillabamba, la totalidad de frutales se está regando actualmente con este método. Son muy pocos los cultivos que no se adaptan como el anís y linaza, otros cultivos que no se adaptan muy bien son la vid, el algodón y el arroz, debido a los bajos rendimientos que se obtendrían. C. Sistema de riego por goteo.- es ideal para los frutales, pero como se puede deducir, sembrar arroz con goteo sería complicado. 4.3.2.Profundidad de raíces. El riego depende de la profundidad de las raíces debido a que condiciona la profundidad de suelo que se necesita humedecer y por lo tanto la lámina necesaria. Esto trae como consecuencia el condicionamiento del volumen necesario de agua. En el cuadro Nº 19 se puede observar la profundidad de raíces de una serie de cultivos. El riego por aspersión permite regar desde Profundidades de 0.10 mt hasta mayores de 1.00 mt, es decir puede aplicar láminas muy pequeñas a cualquier profundidad, lo cual no es posible por otros métodos. 69 70. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Además en algunos casos la profundidad de raíces orienta el sistema de riego a utilizar, por ejemplo las raíces profundas no aceptan riego por goteo. La profundidad de raíces combinado con la profundidad de la capa arable limita los cultivos a sembrar. 4.4. FACTOR HUMANO. La receptividad por parte de los agricultores al sistema propuesto, son base para determinar la elección de cierto sistema. Esta demostrado que el riego por aspersión es la mejor alternativa para el riego de suelos en ladera, todo depende de convencer a los agricultores a partir de experiencias exitosas. En la mayoría de los casos se hace necesario una capacitación previa o un intercambio de experiencias para que conozcan el sistema de riego propuesto. Generalmente se inicia con parcelas piloto subvencionadas donde se instala el sistema de riego y se hacen demostraciones del manejo del agua a nivel de parcela, analizando la inversión inicial, el trabajo que tendrá el regante, así como la producción que se obtiene. Si un agricultor no está convencido de los beneficios del sistema, no se podrá masificar la propuesta. Para esto es necesaria la identificación de líderes interesados y personas responsables para el manejo del sistema. Se aconseja diseñar sistemas simples que aglutinen a un número adecuado de usuarios, de tal manera que la organización, operación y mantenimiento del sistema sea sencillo. La transparencia en los costos, es otro punto que se debe de trabajar desde el inicio, referido a los costos de instalación, operación y mantenimiento. El agricultor debe tener muy claro todos las ventajas y desventajas de los sistemas, especialmente estas últimas, ya que el no estar enterado de ellas puede llevar a actitudes negativas de desánimo ya que siempre lo estará comparando con el sistema de riego tradicional. 4.5. FACTORES ECONÓMICOS. Como se señala en el ítem anterior los costos son decisivos en la implementación de los sistemas, pero tampoco debe ser una limitante decisiva. Pero partamos de una premisa muy importante: Sin importar el sistema de riego a adoptarse, si no existe una capacitación seria, secuencial e integral, con metodologías que lleguen al agricultor, los costos se van a incrementar significativamente. Antes de construir un sistema de riego por aspersión es necesario efectuar una evaluación económica financiera del sistema incluyendo todos los costos y todos los beneficios a precios reales; si este análisis es positivo es necesario explicar a los agricultores con claridad y sinceridad, con transparencia plena y que sea el agricultor el que decida. Si el análisis no es razonable no se debe ejecutar el proyecto. Se analizan dos aspectos uno el costo de instalación y el otro el costo de operación y mantenimiento: 70 71. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 4.5.1.Costo de instalación. El costo de instalación depende del sistema que se va a instalar: A. Sistemas de riego por gravedad, generalmente son sistemas que se construyen en tierra y que su costo de ejecución es asumido por la comunidad mediante el aporte de mano de obra, el gasto que gestionan y que asumen los agentes externos que colaboran con los agricultores es el asesoramiento técnico para la formulación del proyecto (en la mayoría de casos llegan a ser únicamente perfiles) y para el trazo de los canales. En estos proyectos generalmente se obvia las obras de arte trayendo como consecuencia una baja en la eficiencia de riego en general. B. Sistemas de riego presurizado en ladera, estos costos son altos, comparativamente con los costos del sistema de riego por gravedad, el gasto va desde la formulación del expediente técnico hasta la instalación misma, generalmente se construyen mediante la instalación de tuberías y se proporciona al agricultor o grupo de agricultores, mangueras y aspersores. Estos gastos son asumidos en un mayor porcentaje por el agente externo que interviene. En algunos casos las inversiones son a fondo perdido y en otros son a crédito con bajos intereses. 4.5.2.Costos de operación y mantenimiento. Este costo debe de darse a conocer desde el inicio. A. Sistemas de riego por gravedad, estos costos generalmente no son valorados y son asumidos en su totalidad por los regantes, mediante las llamadas “limpias de canal” y con aportes muy puntuales para casos excepcionales de desperfectos importantes que afecten el abastecimiento del agua. Existe la crítica al no pago de una tarifa de agua, pero es un tanto complicado solicitar el pago de la tarifa cuando la infraestructura ha sido construida con aporte comunal, el mantenimiento de la misma también. El mejoramiento de la infraestructura se da generalmente por la intervención de agentes externos. B. Sistemas de riego presurizado en ladera, estos costos son menores debido al tiempo de vida de los equipos, accesorios y aspersores, en este punto hay que tener cuidado, debido a que si no existe una buena capacitación al respecto, los costos de operación y mantenimiento pueden elevarse significativamente. 71 72. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas V. DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERA 5.1. ELEMENTOS QUE COMPONEN UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERA. Los elementos que aquí se nombran no son únicos, las características particulares de cada sistema puede incorporar algunos elementos que no se están considerando en la presente descripción. Figura Nº 05: Elemento de un sistema de riego por aspersión en ladera. CAPTACIÓN LÍNEA DE CONDUCCIÓN CÁMARA DE DISTRIBUCIÓN O PARTIDOR LÍNEA DE DISTRIBUCIÓN RESERVORIOS O CÁMARA DE CARGA Posiciones alternativas PARCELA Mangueras de riego HIDRANTE ASPERSORES Posición 1 72 73. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 73 A. Captación.- Se ubica en la fuente y ésta puede ser un manantial, un canal o alguna quebrada, para el caso del riego en laderas, generalmente se utilizan manantiales de pequeños caudal que varían de 0.1 a 3 l/s ó más. Generalmente estos caudales no pueden ser utilizados en riego por gravedad debido a las pérdidas que se producen por infiltración, pero si pueden utilizarse con el riego por aspersión. De manera general se puede señalar que con un caudal de 0.1 l/s se puede irrigar 2,000 m2 con riego por aspersión. La infraestructura que se puede utilizar son las captaciones típicas para agua potable como las que se muestran en los planos de captación de manantiales de ladera tipo C-1 o las captaciones de manantiales de fondo tipo C-2 (ver planos tipo Nº 01 y 02). Para el caso de captaciones de canales (para caudales de 1 lps – 5 lps), se puede hacer captaciones sencillas como la que se muestra en la figura Nº 06 donde la captación consta de una tubería de PVC SAL de 4”, esta tubería lleva en la parte que está en el canal su campana a la cual se le adiciona un niple de la misma tubería para poder colocar una malla de plástico de un milímetro (comúnmente conocida como malla mosquitera). Luego esta tubería se conecta a un desarenador pequeño de 0.5 mt de ancho por 1 mt de largo, siendo su altura, la misma del canal que sirve de fuente, esto para evitar derrames; este desarenador lleva en la parte media una pared de 0.3 a 0.5 mt de altura, esta pared aparte de servir para el sedimento sirve para el sostén de un marco que lleva una malla de plástico de 1.0 mm con dimensiones iguales a las del desarenador o sea 0.5 mt de ancho y de una altura igual a la del desarenador. Luego a la salida de la cámara de carga se coloca nuevamente una malla en la campana de la tubería. En algunos casos se opta por colocar una tapa metálica debido a que podría darse el caso de que personal mal intencionadas o niños metan piedras a la tubería matriz y podría ocasionar daños significativos. B. Línea de conducción.-.es la tubería que conduce el agua desde la fuente hasta la cámara de distribución o punto de repartición. Foto Nº 02: Cámara con vertederos Fotos 03 y 04: Cámaras de distribución con tubos y orificios C. Cámara de distribución.- Es la estructura donde el caudal que viene por la tubería de conducción es repartido mediante vertederos u orificios, dependiendo de los caudales y de las áreas a irrigar. 74. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Plano Nº 01: Captación de manantial de ladera C-1 74 75. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 75 Plano Nº 02: Captación de manantial de fondo C-2 Estos planos tipo han sido tomados de la publicación “Catálogo de Opciones Técnicas y Niveles de Servicio para SAP Rurales” – Rabanal F. y Soto F. publicado por APRISABAC, Cajamarca, 1998 76. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Figura N° 06 Línea de conducción Línea de distribución Fuente Desarenador y Caseta de válvula Cámara de carga Reservorio Parcela a irrigar D. Reservorios o cámaras de carga.- Es la estructura donde se almacena el caudal que viene del manante, el dimensionamiento de esta se hace de acuerdo al área a irrigar y al caudal disponible. Se aconseja que los reservorios se distribuyan por sectores. Fotos Nº 5, 6: Reservorios de concreto - Irrigación Cocán Barojo -Cajamarca. Foto Nº 7: Reservorio con manta – Cusco Foto Nº 8: Res. con manta – Andahuaylas Irrigación Tastahuaycco E. Red de distribución.- Es el sistema de tuberías que conducen el agua desde los reservorios hasta los hidrantes ubicados en las parcelas a irrigarse. Reserv 76 77. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas F. Hidrante.- Punto de toma de agua ó conexión que se ubica en la parcela a irrigar y que conecta a la red de distribución con la unidad móvil, conformada por una manguera que se va a utilizar para regar con los aspersores. Foto Nº 9: Hidrante ubicado en la parcela. Foto Nº 10: Hidrantes operado por mujeres. G.Mangueras.- Generalmente se utilizan de polietileno, y es en éstas donde se conectan los elevadores en que van los aspersores. H.Elevadores.- Accesorio que permite colocar el aspersor por encima de las mangueras. Usualmente se utiliza tubería de PVC de ½” o de ¾” dependiendo del diámetro de la conexión que tenga el aspersor. I. Aspersores.- Encargados de asperjar ó distribuir el agua al terreno de forma contínua con un grado de uniformidad y aspersión adecuada. Foto Nº 11: Instalación de elevadores y aspersor Foto Nº 12: Aspersor funcionando. J. Piezas auxiliares.- son accesorios necesarios que permiten la conexión entre las partes y la adaptación del sistema a la topografía del terreno, generalmente son acoples, codos, válvulas, reductores, tapones, etc. 5.2. TIPOS DE SISTEMAS. Según la forma de instalación y operación se pueden clasificar en sistemas fijos, móviles y semi móviles. 5.2.1. Sistemas fijos. Son sistemas que tienen la captación, las líneas de conducción, distribución y laterales fijos o van enterrados sus costos de instalación son elevados. 77 78. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 5.2.2. Sistemas semi fijos. Generalmente tienen coberturas pequeñas por posición, la línea de conducción y distribución van enterradas, estando los laterales en la superficie. En estos casos el agricultor puede decidir si desea el uso de hidrantes u opta por hacer la conexión directamente de la tubería o manguera lateral. 5.2.3.Sistemas móviles. Tienen fija la captación el resto de sus partes son portátiles o móviles, en la mayoría de casos se utiliza manguera para la conducción y distribución, su cobertura es pequeña. Estos sistemas se utilizan cuando varios agricultores van a regar utilizando un solo equipo de riego. 5.3. TIPOS DE ASPERSORES. Existe una gran variedad de aspersores pero se pueden clasificar por: 5.3.1. Por su ángulo de rotación. Estos pueden ser: a. Aspersores de círculo completo. El aspersor gira 360º al regar. b. Aspersores sectoriales. Son aspersores en los que se puede regular el ángulo de riego, pudiendo ir de 0º a 360º. Estos se utilizan en laderas con pendiente fuerte para evitar erosionar el suelo que se encuentra en la parte superior del terreno, o se utilizan en los límites de las parcelas. c. Aspersores mixtos. Existen aspersores que tienen accesorios que les permiten regar en círculo completo o sectorialmente. 5.3.2. Por la presión de trabajo. a. Aspersores de baja presión (10 – 20 metros de columna de agua -mca- 1 – 2 kg/cm2 ó 14.22 – 28.44 p.s.i.). Se utilizan cuando la carga de presión es limitada. Se caracterizan por tener un diámetro de humedecimiento pequeño, buena uniformidad, amplio manejo de intensidades de aplicación. b. Aspersores de presión media (20 – 40 mca, 2 – 4 kg/cm2 ó 28.44 – 56.88 p.s.i.). Se adaptan a todo tipo de cultivos y suelos. Su diámetro de humedecimiento está entre 20 – 40 m, amplio rango de intensidades de aplicación para espaciamientos recomendados. Tienen buena uniformidad. c. Aspersores de altas presiones (40 – 90 mca, 4 – 9 kg/cm2 ó 56.88 – 128 p.s.i.). se caracterizan por tener un diámetro de humedecimiento superior a los 70 m, utiliza caudales altos, amplio rango de espaciamiento, intensidades de aplicación por encima de los 10 mm/hr. El viento afecta significativamente la uniformidad de aplicación y se recomienda no regar cuando el viento supero los 8 km/hr. 5.4. ASPECTOS TÉCNICOS DEL DISEÑO. 5.4.1. Espaciamiento. El espaciamiento es determinado por la cobertura circular del aspersor en el suelo y la velocidad del viento. 78 79. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Cuadro Nº 23: Espaciamiento entre aspersores y condiciones específicas de viento Tipo de espaciamiento Velocidad del viento Distancia entre aspersores Espaciamiento cuadricular y rectangular Sin viento 65 % del diámetro 2 m/seg 60 % del diámetro 3.5 m/seg 50 % del diámetro más de 3.5 m/seg 30 % del diámetro Espaciamiento triangular o escalonado Sin viento 75 % del diámetro 2 m/seg 70 % del diámetro 3.5 m/seg 60 % del diámetro más de 3.5 m/seg 35 % del diámetro Fuente: Manual de información Técnica de NAAN. ESPACIAMIENTO OPTATIVO DEFINICIONES. A Diámetro de boquilla. El diámetro del orificio de la boquilla calculado en milímetros o pulgadas. B A B Figura Nº 07 5.4.2. Precipitación ó intensidad de aplicación. Caudal en m3 X 1,000 (mm/m) Precipitación = ----------------------------------------------------------------------------- (mm/hora) distancia entre aspersores (m) X distancia entre laterales (m) Presión en el aspersor. La presión se registra en el cabezal del aspersor, cuando éste funciona. La presión es calculada en atmósferas. Caudal. El volumen de agua asperjado por el aspersor por unidad de tiempo, calculado en metros cúbicos por hora o litros/hr. Diámetro de cobertura. El diámetro de la superficie circular de tierra cubierta por el aspersor, cuando el cabezal del aspersor está a 40 cm sobre el nivel del suelo, calculado en metros. Espaciamiento. Los lados del rectángulo o del cuadrado formado por los aspersores. A es la distancia entre los aspersores ubicados en un mismo lateral – E -.A B es la distancia entre los laterales – EL-. A multiplicado por B da la superficie rectangular o cuadrada en metros cuadrados. Si los aspersores están colocados en una forma triangular o escalonada, toda la superficie es multiplicada por B (véase el dibujo a la izquierda). Equivalente de lluvia (precipitación) A fin de determinar el volumen de agua que llega al suelo (equivalente a milímetros por hora de lluvia natural), la fórmula detallada a continuación brindará una información precisa. 79 80. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Q x 1000 PP = -------------------- (33) EA X EL Esta precipitación deberá de ser menor a la velocidad de infiltración básica. 5.4.3.Trazo o colocación de las tuberías. Para la colocación de las tuberías en ladera se debe tener en cuenta lo siguiente: a. La tubería principal debe colocarse a favor de la máxima pendiente con la finalidad de obtener la mayor presión para la tubería lateral. b. Las tuberías laterales deben de colocarse siguiendo las curvas de nivel, con la intención de mantener una uniformidad en la pendiente del lateral. c. Es conveniente que el diámetro de la tubería sea lo menos variado. 5.5. EL PROYECTO Consideremos un grupo de 12 agricultores que tienen sus terrenos ubicados en ladera, con un promedio de tenencia de tierra de 1.5 ha y poseen un manantial de 3.7 lt/seg, con el cual desean irrigar sus terrenos. Estos solicitan que se formule un proyecto de riego. Los pasos a seguir son los siguientes: 5.5.1. Trabajo de campo. Los trabajos a realizar en campo son: a. Medición de caudal.- Se debe visitar la fuente, esta puede ser una quebrada, un canal o un manante. Esta fuente se debe aforar mediante el uso de vertederos3 o mediante el método volumétrico que consiste en medir en que tiempo se llena un depósito de volumen conocido (lt/seg). Además se debe ver el tipo de manantial con el que se va a contar (de ladera o de fondo) para efectos del diseño. Para el caso del ejemplo desarrollado el caudal –Q- es de 3.7 lt/seg. Foto Nº 13. Aforo con vertedero b. Visita a la comunidad.- Se hace con la finalidad de conocer la zona y aplicar los criterios que se deben tener en cuenta para la elección de un sistema de riego en laderas (ver Cap IV). Verificar el número de regantes que desean intervenir en el Proyecto y su disponibilidad para participar, conocer la topografía y el relieve, el tipo de suelo y la ubicación de las parcelas respecto a otras áreas. En cuanto a la fuente se debe de verificar el caudal y su regularidad en el tiempo. Averiguar los cultivos que se piensan sembrar (plan de cultivos por usuario). 3 Para conocer más sobre el uso de vertederos revisar la Revista del Instituto de Promoción para la Gestión del Agua –IPROGA- AGUA y RIEGO Nº 10 de 1997 página14 y 15 del artículo “Procedimiento para el aforo de caudales con el vertedero triangular o rectangular portátil”. 80 81. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas c. Levantamiento topográfico.-Este debe tener el detalle de un plano catastral (área, limites o linderos, pendiente, curvas a nivel, distribución de las áreas por el agricultor respecto a su uso actual). Las curvas a nivel deben dibujarse cada 2 o 5 mt de equidistancia como máximo, dependiendo del área a levantarse. La escala puede ser 1:1000 ó 1:2000 si la zona es amplia (mayor a 20 ha). No olvidar que el plano debe incluir la fuente, las áreas a irrigarse y las en secano, los límites de las parcelas o linderos, casas y los detalles de las zonas que puedan tener influencia en el diseño. (ver plano adjunto). 5.5.2. Trabajo de gabinete. a. Procesamiento de datos topográficos.- Los datos del levantamiento topográfico se procesan para confeccionar el plano, este debe ser detallado. Existen programas de cómputo para agilizar el trabajo como el Surfer y su posterior trabajo en Auto Cad para efectos de diseño. b. Área de las parcelas.- Estas áreas se calculan con planímetro, de no contar con este instrumento un método práctico es el utilizar papel milimetrado transparente. Se coloca el papel milimetrado sobre el área que se desea medir y se cuentan las cuadrículas que están dentro de la parcela y de acuerdo a la escala se puede conocer el área. En una escala de 1:1000, un centímetro cuadrado equivale a 100 m2 , y en una escala de 1:2000, un centímetro cuadrado equivale a 400 m2 . Una vez que se tienen los planos se procede con el diseño agronómico. 5.5.3.Diseño Agronómico. Haremos un recuento del mismo: a. Características físicas del suelo.- Se debe conocer la textura del suelo, ya sea pr muestreo o por métodos empíricos; su densidad aparente y real. En el ejemplo que se viene desarrollando se tiene: - Textura franco arcilloso (30% arcilla, 30% limo, 40% arena). - dr = 2.65 gr/cm3 . - da = 1.3 gr/cm3 . b. Velocidad de infiltración básica.- Es un dato que se debe tener en cuenta ya que condicionará el diseño del sistema de riego por aspersión. Esta puede calcularse mediante el cilindro infiltrómetro o tomar los datos del cuadro Nº 03. En el ejemplo que se viene desarrollando se tiene: - Velocidad de infiltración básica = 6.4 mm/hr determinada con la textura y el cuadro Nº 03. c. Cálculo de los coeficientes hídricos o de la humedad del agua en el suelo, con la textura y aplicando las fórmulas 16 y 17 se puede calcular la CC y PMP. También se puede recurrir al cuadro Nº 07. (ver ítem 2.4.5.). 81 82. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas De existir diferencias significativas entre el cuadro Nº 07 y la fórmula aplicada se recomienda utilizar los resultados obtenidos con la fórmula por contener datos de campo en cuanto a la textura. Otra opción es hacer las mediciones de campo como el método del girasol (revisar Winter E.J. “El agua, el suelo y la planta”). CC = 0.48 x 30 + 0.162 x 30 + 0.023 x 40 + 2.62 = 22.80 % PMP = 0.302 x 30 + 0.102 x 30 + 0.0147 x 40 = 12.71 % HD = 10.09 % d. Cálculo de la evapotranspiración potencial y Kc. Recordemos los cuadros Nº 14 y 15 del ejemplo desarrollado en el capítulo III. Cuadro Nº 14 (copia) ETo x Kc Etc x Nº días FASE FECHAS DÍAS ETo mm/día Kc cuadro 12 ETc mm/día LAMINA mm LAMINA FASE mm VOLUMEN M3 21 jun - 30 jun 10 3.121 0.45 1.404 14.04 01 jul - 20 jul 20 3.132 0.45 1.409 28.19 21 jul - 31 jul 11 3.132 0.75 2.349 25.84 01 ag - 24 ag 24 3.486 0.75 2.615 62.75 25 ag - 31 ag 7 3.486 1.15 4.009 28.06 01 set - 30 set 30 3.567 1.15 4.102 123.06 01 oct - 13 oct 13 4.242 1.15 4.878 63.42 14 oct - 31 oct 18 4.242 0.85 3.606 64.90 01 nov - 12 nov 12 4.053 0.85 3.445 41.34 INICIAL DESARROLLO MEDIANA ESTACIÓN ULTIMA ESTACIÓN 42.23 422.3 88.59 885.9 214.54 2,145.4 106.24 1,062.4 Cuadro Nº 15: Necesidades hídricas por mes Fechas Nº días Etc mm/día Mes Necesidades Necesidades diarias por mes por mes 21 jun – 30 jun 10 1.404 Junio 14.04 1.404 01 jul – 20 jul 20 1.409 Julio 54.019 1.743 21 jul – 31 jul 11 2.349 01 ag – 24 ag 24 2.615 Agosto 90.823 2.930 25 ag – 31 ag 7 4.009 01 set – 30 set 30 4.102 Septiembre 123.06 4.102 01 oct – 13 oct 13 4.878 Octubre 128.322 4.139 14 oct – 31 oct 18 3.606 01 nov – 12 nov 12 3.445 Noviembre 41.340 3.445 TOTAL 145 451.604 e. Cálculo del módulo de riego. El módulo de riego es el que se va a utilizar para hacer el diseño hidráulico del sistema de riego por aspersión (diámetro de tubería, pérdidas de carga, etc.). El cálculo del módulo de riego debe hacerse para el mes de mayor demanda por parte del cultivo, del cuadro Nº 15 se puede ver que la mayor demanda se da en octubre cuando: ETo = 3.00 mm/día, Kc = 1.15 ETc = 4.139 mm/día, 82 83. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Nota 01: Cuando se tiene una parcela con varios cultivos se debe trabajar con un Kc promedio ponderado en función del área. Kc promedio = (c cultivo 1 x % área a sembrar) + (Kc cultivo 2 x % área a sembrar) Ejemplo si se tiene una parcela con 3 cultivos: 50% papa, 30% maíz y 20% avena, su Kc promedio será: Kc (prom.) = Kc(papa) x %Área + Kc(maíz) x %Área + Kc(lenteja) x %Área Kc (prom) = (1.15 x 0.5) + (1.15 x 0.3) + (1.1x 0.2) = 1.14 El sistema de riego a utilizar es el sistema de riego por aspersión, para este efecto se considerará una eficiencia de aplicación –Eap- de 70% (ver cuadro Nº 16). Como se ha explicado la ETc = Ln por lo tanto la lámina real será: Ln = 4.139 mm/día Lr = Ln / Eap Lr = 4.139 / 0.70 = 5.91 mm/día Recordemos que 1mm = 10 m3 /ha lo que quiere decir que el módulo de riego será: 3 Mr = 5.91 mm/día = 59.1 m /ha/día, este valor llevado a lt/seg/ha será: Mr = 0.68 lt/seg/ha. f. El área regable: Con este dato se puede calcular el área que se puede regar aplicando la siguiente fórmula: Q A = ---------- (34) Mr Donde: Q = caudal de la fuente en lt/seg. Mr = módulo de riego en lt/seg/ha. A = área irrigable en ha. 3.7 lt/seg Por lo tanto A = ----------------------- = 5.44 ha 0.68 lt/seg/ha 2 Esto quiere decir que cada uno de los 12 agricultores podrá regar 4,534 m en promedio. 83 84. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Nota 02: En el ítem 3.3.3. se muestra el cálculo de la lámina neta utilizando la fórmula: (CC – PMP) Ln = ------------------- x Dap x Pr x fa 100 Los resultados así obtenidos son: Ln = 1.97 cm y la lámina real o bruta, con una Eap de 70%, sería de Lr = 2.81, se refieren a las posibilidades que tiene el suelo para retener agua y llevar de PMP a CC, estos valor se utilizan para el cálculo de IR, Nº riegos y el tiempo de riego. Por lo tanto difiere del valor 4.139 calculado utilizando la máxima evapotranspiración del cultivo en todo el período vegetativo, que es la que debemos de cubrir en su período crítico. El cálculo del sistema de riego por aspersión debe hacerse con la máxima demanda del período. g. Cálculo de la lámina neta: Como se mencionara en el ítem 3.3.3. ya hemos calculado la lámina neta y su valor es de Ln= 1.97 cm . h. Calculo de la lámina real: Se está asumiendo un valor de Eap = 70% (ver cuadro Nº 16). Lr = Ln/Eap Lr = 1.97 /0.7 Lr = 2.81 mm i. Calculo del intervalo de riego, número de riegos y el tiempo de riego: Este cálculo se describe al detalle en el ítem 3.6 y 3.7, siguiendo la misma metodología pero con una Eap = 70%, con un caudal disponible de 3.7 lps y un factor de agotamiento fa = 0.3 se tiene: Cuadro Nº 24: Volúmenes e intervalos de riego por mes (ejemplo en curso). MES Pr Ln Lr Vol/riego Etc IR Nº Riegos Vol riego Tiempo riego con Q=3.7 lpsmm mm por ha Días en el mes (m3)M3 A B C(1) D= C/Eap E= Dx10m3 (2) F G= C/F H(3) = PV/G I= ExH J= Ex1000/Q/3600 Jun 30 11.8 16.86 169 1.404 8 1* 169* 59.10 hr 787 Jul 30 11.8 16.86 169 1.743 7 4 676 12.69 hr Ag 50 19.7 28.14 281 2.930 7 4 1,124 21.10 hr Set 60 23.6 33.7 337 4.102 6 5 1,685 25.30 hr Oct 60 23.6 33.7 337 4.139 6 5 1,685 25.30 hr Nov 60 23.6 33.7 337 3.445 7 0** 00 25.30 hr Total de riegos y volumen de agua por campaña 19 5,957 Fuente: Elaboración propia. (1)Calculado con la fórmula de Ln (2)Ver cuadro Nº 15: columna de necesidades diarias por mes. (3)PV= número de días del mes del período vegetativo. * Este dato es referencial se tomará 787 m3 que es el primer riego ** En la fase final a la papa no se le riega 84 85. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Analizando los resultados en momentos críticos: A. Mes crítico: A.1. Demanda: en septiembre se necesitaría un volumen de: 1,685 m3/mes X 5.44 ha = 9,166.4 m3 A.2. Oferta: el manantial tiene un caudal de: 3.7 lt/seg X 86400 seg X 30 días / 1000 lt/m3 = 9,590.4 m3 A.3. Balance hídrico = Oferta – Demanda = 9,590.4 – 9,166.4 = 424 m3 Se puede concluir que el diseño es acertado. B. Riego crítico: en setiembre se debe regar cada 6 días con 337 m3 B.1. Demanda: en estos riegos se necesitaría un volumen de: 337 m3/riego X 5.44 ha = 1,833.28 m3 B.2. Oferta: el manantial tiene un caudal de: 3.7 lt/seg X 86400 seg X 6 días / 1000lt/m3 = 1,918.08 m3 B.3. Balance hídrico = Oferta – Demanda = 1,918.08 – 1,833.28 = 84.80 m3 Se puede concluir que el diseño es acertado. A continuación se presenta un cuadro que detalla los meses del período vegetativo, el volumen de agua por riego, el intervalo de riegos, el número de riegos por mes y tres propuestas de organización del turnado de riegos. El primero propone que cada agricultor riegue con el total del caudal (A), el segundo donde el caudal se dividiría entre dos sectores y el riego sería por turnos (B) y un tercero donde el caudal se repartiría en 4 sectores (3 regantes por sector). Analizando, las 3 propuestas son aplicables; el tiempo de riego –TR- nos puede llevar a pensar en un exceso de horas, esto se aclarará al analizar el tiempo de riego por posición de los aspersores, en el siguiente ítem. Si se analiza el “Plano Tipo” y las opciones de turnados, se recomienda organizar el riego en cuatro sectores (tres regantes por sector). Cuadro Nº 25: Volúmenes e intervalos de riego por parcela (ejemplo en curso). MES Vol/riego/ parcela IR Nº Riegos TR TR TR Días Q=3.7 lps Q=1.85 lps Q=0.925 lps M3 A B C Jun 787 8 1* 59.1 hr 118.17 hr 236.10 hr Jul 169 7 4 12.69 hr 25.38 hr 50.75 hr Ag 281 7 4 21.10 hr 42.19 hr 84.38 hr Set 337 6 5 25.30 hr 50.60 hr 101.20 hr Oct 337 6 5 25.30 hr 50.60 hr 101.20 hr Nov 00 0** 00 00 00 TOT 19 Fuente: Elaboración propia. En el trabajo de campo estos intervalos de riego son difíciles de aplicar por lo que se podría uniformizar a 6 ó 7 días. En lo que habría que insistir es en los tiempos 85 86. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas de riego. Muchas veces la solución está en compartir los turnados y si fuera posible repartir el caudal total en caudales pequeños durante todo el tiempo, se contaría con un caudal permanente. j. Calculo de la velocidad de infiltración básica: Se puede utilizar el método de cilindros infiltrómetros o recurrir al Cuadro Nº 03, para el caso del ejemplo con una textura franco arcilloso se tiene que la velocidad de infiltración es de 6.4 mm/hr. La velocidad de infiltración es condicionante para escoger el tipo de aspersor mas adecuado en base a la precipitación calculada con la fórmula que se presenta en el ítem 5.4.2. Q x 1000 PP = ---------------------- (35) EA x EL Donde: PP : precipitación del aspersor en mm/hr. Q : caudal del aspersor en m3 /hr. EA : espaciamiento entre aspersores en m. EL : espaciamiento entre líneas en m. 5.5.4.Diseño Hidráulico: a. Selección del aspersor. Esta selección se hace en base a los catálogos proporcionados por los fabricantes. Los datos que proporcionan los fabricantes son: Diámetro de la boquilla. Presión de operación del aspersor. Gasto del aspersor. Diámetro de humedecimiento. Espaciamiento entre aspersores recomendados (en algunos casos). A continuación se presentan los datos que otorgan los fabricantes de dos modelos comúnmente utilizados el Modelo 427 y el Modelo 501. 86 87. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Foto Nº 14. Aspersor 501 NAAN Foto Nº 15. Modelos de aspersores NAAN. 427-5-WP Boquilla mm P bar Q m3 /hr D m 427 Aspersor plástico a impacto de giro completo o parcial Aplicaciones principales: De ½”, montado en elevación, para jardines privados y parques públicos de menor tamaño. Suministrado también sobre bases de púas metálicas o bases deslizables. 2.8 2.0 0.45 22 Anaranjada 3.0 0.55 23 4.0 0.63 24- Construcción duradera en plásticos de alto impacto y acero inoxidable. 3.0 1.0 0.36 19 Roja 2.0 0.51 23 3.0 4.0 0.63 0.72 24 25 - Peso: 70 gr. - Sencillo ajuste manual del mecanismo de giro completo o parcial. - Brazo de guía que controla el chorro de agua e impide las salpicaduras laterales a edificaciones o senderos adyacentes. 3.2 1.0 0.41 √ 20 2.0 0.57 23Verde 3.0 0.70 24 4.0 0.81 26- Escudo deflector y tornillo difusor, que controla la distancia y el patrón de riego. 3.5 1.0 0.49 20 Azul 2.0 3.0 4.0 0.66 0.81 0.93 23 24 26 - Todas las partes ajustables están codificadas por color para una fácil identificación. Espaciamiento entre rociadores: hasta 12 m Presión: entre 2.0 y 4.0 bars 4.0* 1.0 0.60 21 Negra 2.0 3.0 4.0 0.85 1.03 1.18 24 26 26 Conector a tubería: macho de ½” Peso: 70 gr 13. boquilla tandard 501 Boquilla mm P bar Q m3 /hr D m 501 Aspersor turbomartillo de bajo volumen y ángulo reducido. 1.0 1.0 0.039 8.0 Anaranjada 2.0 3.0 0.055 0.068 9.0 11.0 Conexión hembra o macho de ½” Peso: 39.gr. Excelente para la irrigación en ángulo reducido de huertos, viñedos, viveros y semilleros, invernaderos, plantíos pequeños, jardines, etc. 1.5 1.0 0.066 8.0 Blanca 2.0 0.095 10.0 3.0 0.114 11.5El diseño único en su especie de turbomartillo le otorga una impulsión muy fuerte, para funcionar a baja presión, a una velocidad rotativa constante y uniforme. Fabricación especial a prueba de arena de todas las piezas móviles, el conjunto inferior y la zona del resorte eyector. Boquillas en código de color. 1.6 1.0 0.081 √ 8.0 2.0 0.117 11.0Roja 3.0 0.144 12.0 1.7 1.0 0.095 9.0 Negra 2.0 0.137 11.0 3.0 0.168 12.5Plástico de alto grado muy resistente a impactos, para una mayor vida útil. La gama de 501 acusa un grado de uniformidad excepcionalmente levado en la distribución. 1.8 1.0 0.113 9.0 Verde 2.0 0.160 11.5 3.0 0.195 12.5Trayectorias. 2.0 1.0 0.135 9.5 Azul 2.0 3.0 0.195 0.236 11.5 13.0 501 – Altura de chorro: entre 0.4 y 0.8 metros sobre la boquilla. Régimen operacional: Precipitación a partir de 1.3 mm/hr en adelante, según sea el espaciamiento. 2.2 1.0 0.153 9.5 Amarilla 2.0 0.219 11.5 3.0 0.267 13.0 El espaciamiento hasta 8 metros, dependiendo de la presión y el tamaño de la boquilla. 87 88. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas De acuerdo al caudal o gasto, que en la tabla se da en m3 /hr, y tomando como referencia la velocidad de infiltración básica (6.4 mm/hr) se puede escoger el tipo de aspersor que se va a seleccionar y el espaciamiento entre aspersores y entre líneas. Muchas veces se tendrá que escoger de acuerdo a la existencia de los modelos en el mercado. En el ejemplo se tiene que el modelo 427 tiene el siguiente rango en su caudal: - 0.41 m3 /hr - 1.18 m3 /hr Si aplicamos la fórmula antes mencionada y considerando un espaciamiento mínimo de 10 x 10 se obtiene: PP = (0.41 x 1000) / (10 x 10) = 4.1 mm/hr PP ≤ Ib Si se calcula con este mismo caudal (0.41 m3 /hr) pero con un espaciamiento 5 x 5 da una precipitación de 16.4 mm/hr que supera la velocidad de infiltración básica por lo cual se descarta. Si calculamos con el caudal de 1.18 m3 /hr, se obtiene una precipitación de 11.8 mm/hr, que al ser mayor que la velocidad de infiltración básica se descarta. Probaremos como alternativa el modelo 501 con boquilla roja, una presión de 1 bar (10 mca) y un espaciamiento de 5mt entre aspersores y entre líneas: PP = (0.081 x 1000) / (5 x 5) = 3.24 mm/hr PP ≤ Ib Por lo tanto el diseño es correcto, pero el tiempo de riego se alargaría. Se pueden utilizar cualquiera de estos aspersores o cualquier modelo que cumpla con este requisito (PP ≤ Ib). Para el caso del ejemplo escogeremos el Modelo 427 con boquilla verde (3.2 mm), trabajando con una presión de 10 mca y con un diámetro de humedecimiento de 20 mt. El espaciamiento que se ha escogido es de 10 m x 10 m lo que nos da una precipitación de 4.1 mm/hr. b. Espaciamiento entre aspersores y entre líneas. El espaciamiento entre aspersores está en función a la velocidad de infiltración básica del suelo, al diámetro de humedecimiento del aspersor y a la velocidad del viento. Como se señala líneas arriba la precipitación debe ser menor a la velocidad de infiltración básica. A continuación se presenta, adicional a la tabla 21, un cuadro que señala los valores máximos de espaciamiento y se describe como un porcentaje del diámetro de humedecimiento. Estas tablas deben ser tomadas como referenciales para el espaciamiento entre aspersores y entre líneas. Si se opta por escoger el espaciamiento antes que el tipo de aspersor, deberá de comprobarse 88 89. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas obligatoriamente la precipitación que se va a producir y compararla con la velocidad de infiltración básica. Estos límites en el espaciamiento se hace para lograr los traslapes que son necesarios en este tipo de riego. Cuadro Nº 26: Espaciamiento entre aspersores y laterales. ESPACIAMIENTO EN % DEL DIÁMETRO DE HUMEDECIMIENTOVELOCIDAD DEL VIENTO EN CUADRADO EN RECTÁNGULO E EA L Sin viento 65% 65% 65% Hasta 6 km/hr (1.67 m/seg) 60% 50% 65% Hasta 12 km/hr (3.33 m/seg) 50% 40% 60% Hasta 15 km/hr (4.17 m/seg) 40% 40% 50% Mayor de 15 km/hr (4.17/m/seg) 30% 30% 40% Fuente: M. Villón. – Universidad Nacional Agraria La Molina. Publicación Nº 106 Para el caso de nuestro ejemplo, al escoger el tipo de aspersor a utilizar, se llegó a calcular el espaciamiento entre aspersores: 10 mt y entre líneas 10 mt. Observando el gráfico Nº 08 se señala la “posición 1” que indica la posición en que se colocaría la manguera que porta los aspersores, a lo largo de esta manguera se deberán de colocar los aspersores cada 10 mt, luego se señala con, líneas punteadas, las “posiciones alternativas” de la manguera, este espaciamiento de las posiciones alternativas de las mangueras deberán tener un espaciamiento de 10 mt. c. Tiempo de riego por posición. Calcularemos ahora el tiempo de riego –TR- que deberá permanecer cada aspersor por posición. Según lo calculado en la tabla Nº 24 se tiene la lámina real por mes, con este dato y la precipitación del aspersor seleccionado –PP aspersor- se calcula el tiempo de riego para el aspersor: TR = Lr / PP aspersor (36) Cuadro Nº 27: tiempo de riego con el aspersor 427 MES IR Lr Precipitación del aspersor TR Días mm Hr mm/hr A B C D E = C/D Junio 8 16.86 4.1 4.11 Julio 7 16.86 4.1 4.11 Agosto 7 28.14 4.1 6.9 Septiembre 6 33.7 4.1 8.2 Octubre 6 33.7 4.1 8.2 Noviembre 33.7 4.1 8.2 Fuente: Elaboración propia 89 90. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Para efectos prácticos se podría recomendar un intervalo de riego fijo de 9 días, pero se debe insistir en respetar el tiempo de riego por posición de acuerdo al mes. PLANO TIPO DE UNA PARCELA EN LADERA (plano Nº 3) CAPTACIÓN CC-03 CRP1 H-01 H-02 H-03 H-04 H-07 H-11 200m PVC ø3/4"C.10 + 250m. PVC ø 1/2"C.10 40m.PVC.SAP. ø1/2"C.10 80m. PVC ø1/2" 68m. PVC ø1/2" 70mPVCø1/2" 65mPVCø1/2" CP 01 02 03 04 06 07 10 12 FedericoValienteRamos 0.43ha CorpusValienteMendoza 0.40ha LuisValienteMendoza 0.47ha PorfirioTantaHeras 0.93ha TomásTantaHeras 0.80ha GenaroTantaHeras 0.70ha JuanTantaHeras 0.63ha Manuel TantaVillanueva 0.67ha LímitedeParcela LíneadeConducciónyDistribución LíneaFijadeRiego CurvasdeNivel Quebrada Captación Repartidor CámaradeCarga Cámaradepurga Hidrante NúmerodeParcela AreanoCultivable LEYENDA 12 NM R-I 260m. PVC.SAP. ø3/4"C.10 05 08 09 11 H-05 H-06 H-08 H-09 H-10 H-12 60mPVCø3/4" 60mPVCø1/2" 70mPVCø1/2" 60mPVCø1/2" 75mPVCø1/2" 75mPVCø1/2" 90 91. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas d. Sectores de riego. Para definir los sectores de riego, con la ayuda del plano topográfico, es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos: Distribución de las parcelas en el terreno, se deberá de tratar de agruparlas de tal manera que se utilice la menor cantidad de tubería y el menor diámetro para bajar los costos. Para el caso del ejemplo se puede ver que existen 3 parcelas agrupadas (1,2,3) y el resto se alinean en dos filas, una debajo de la otra, se opta por agruparlas en cuatro grupos de tres cada uno, esto con la idea de utilizar un caudal de 0.925 lt/seg (ver tabla Nº 25) Caudal disponible, según el caudal de la fuente, se conoce que el caudal disponible es de 3.7 lt/seg. Área a regar por usuario, para que sea equitativo se ha decidido que cada usuario riegue 4,534 m2 (ver ítem 5.5.3-f). Topografía, esta nos limita las áreas que son factibles de irrigar, según la diferencia de altura entre la fuente y el terreno. Esta decidirá si se tienen que utilizar cámaras rompe presión y el mejor trazo de las líneas de conducción y distribución. Aspecto social, se debe tener en cuenta el grado de amistad que existe entre regantes y los conflictos que puedan existir de tal manera que no se produzcan enfrentamientos y haya un respeto por los turnados de riego. Este factor es clave para el buen funcionamiento del sistema. Una vez definido los sectores y el caudal que emplearán, en el ejemplo cada sector utilizará un caudal de 0.925 lt/seg, se hará el planteamiento hidráulico. e. Planteamiento hidráulico. De acuerdo al plano confeccionado (ver plano Nº 3 Plano tipo de una parcela) se hacen lo trazos tanto de la línea de conducción como de la línea de distribución, en este caso en particular, se ha dividido en cuatro sectores: Sector I parcelas (01, 02, 03), el sector II (parcelas 4,5,6), sector III (parcelas 7,8,9) y el sector IV (parcelas 10, 11 y 12) y se hace el siguiente planteamiento hidráulico: Línea de conducción: Captación – Cámara de distribución, este tramo llevará un caudal de 3.7 lt/seg. La cámara de distribución, además servirá como cámara rompe presión, y en este punto se distribuirá el caudal en dos partes, una con un caudal de 0.925 lt/seg para el sector I y el resto (2.775 lt/seg) para los otros tres sectores. Cámara de distribución, de este punto saldrán dos tuberías que irán a dos reservorios, uno que servirá como cámara de carga del sector I y el segundo que servirá como cámara de carga de los sectores II, III y IV. Reservorios, se calculará el volumen de cada uno de los reservorios y de acá saldrán las líneas de distribución. Línea de distribución, una irá al sector I y la otra dirigida a cubrir los demás sectores y se trazarán por las “cabeceras de las parcelas”, para una vez que se 91 92. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas llega a ellas, hacer el trazo a favor de la mayor pendiente y colocar los hidrantes. Hidrantes, estos irán ubicados estratégicamente a lo largo de la línea de distribución parcelaria, el distanciamiento entre hidrantes dependerá de la longitud de la manguera que se utilice. En nuestro caso se utilizará una manguera de 75 mt. Mangueras de riego, estas se conectarán a los hidrantes y se tenderán siguiendo las curvas a nivel y respetando el espaciamiento entre líneas de 10 mt. (ver el presente ítem, b). Elevadores, son los niples de tubería PVC de ½” que permitirán la colocación de los aspersores. Aspersores, son los que distribuirán el agua en forma de lluvia en la parcela, para nuestro caso se ha decidido el uso del modelo 427 WP, con boquilla verde (3.2 mm). f. Diseño de las líneas de conducción, distribución. En este punto hay que hacer una diferenciación en cuanto a las fórmulas a utilizar: Para diámetros mayores a 75 mm (3”), se utiliza la fórmula de Hazen Williams: 10 7 x L (37)hf = --------------------------------- Qp 1.85 4.87 5.813 x C x D Donde : hf =, pérdida de carga en mt. : L = longitud de la tubería, en km. : Q = caudal en la tubería, en lt/seg. : C = coeficiente de fricción que es función del material de la tubería (ver valores en cuadro adjunto) : D = diámetro del tubo en plg. : p = exponente que toma el valor de 1.85 para Hazen Williams Valores típicos de C para uso en la ecuación de Hazen – Williams. Tubería C Plástico 150 PVC 140* Asbesto cemento 140 Aluminio (con acoples cada 30 pies) 130 Acero galvanizado 130 Acero (nuevo) 130 Acero (15 años de uso) 100 * Este valor debe ser requerido a los fabricantes debido a que en algunos casos se utiliza C = 140 ó 150, dependiendo del fabricante. 92 93. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 93 4 Consideramos necesario citar a Keller que señala “La fórmula de Hazen – Williams fue desarrollada a partir de estudios de sistemas de distribución de agua usando tubos de diámetro mayor a 75 mm (3”) y descargas mayores de 3.2 lt/seg (50 gpm). Bajo estas condiciones de flujo el número de Reynolds es mayor que 5x104 y la fórmula predice las pérdidas de carga satisfactoriamente. Sin embargo para tubos de diámetro pequeño y de paredes lisas que se utilizan en sistemas de riego por goteo, la fórmula de Hazen – Williams con C = 150 subestima las pérdidas de carga”.4 Para diámetros menores a 75 mm (3”), en la línea de conducción se utiliza la fórmula: (38) Donde : hf =, pérdida de carga en m. : L = longitud de la tubería, en m. : Q = caudal en la tubería, en m3 /seg. : D = diámetro interno del tubo en m. : S = pendiente en m/m. Para diámetros menores a 75 mm (3”), en la línea de distribución se utiliza la fórmula de Fair Wipple Hasiao: (39) Donde : hf =, pérdida de carga en m. : L = longitud de la tubería, en m. : Q = caudal en la tubería, en m3 /seg. : D = diámetro interno del tubo en m. : S = pendiente en m/m. Utilizando las dos fórmulas antes mencionadas se hará el diseño tanto de la línea de conducción como de la de distribución. Esta se muestra en los cuadros siguientes. Manual de diseño de sistemas de riego por aspersión y goteo, por Jack Keller, 1983 International Irrigation Center.- Centro Internacional de Riegos. Agricultural and Irrigation Engineering, UTA State University. Logan, Utah. U.S.A. hf= S x L Q 1/0.57 S = ---------------------- 60.237 x D2.71 hf= S x L Q S = 0.002021 x ----------- D4.88 1.88 94. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas CÁLCULO DE PRESIONES Y DIÁMETROS DE UNA PARCELA TIPO PLANILLA DE CALCULO DE CAUDALES Y PRESIONES PARA CADA TRAMO EN LA RED DE CONDUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN A. LÍNEA DE CONDUCCIÓN LT= 220.00 mt Qtotal = 3.7 lt/sg Cuadro N° 28 PERD. TRAMO COTA TERRENO COTA PIEZOMETRICATRAMO LONG CAUDAL DIAM DIAM CLASE S V PRESIONES ml m3 plg m m/m hf (mt) m/sg inicio final tramo inicio final tramo inicio final tramo Captación (A) - Cámara dist (B) 200.00 0.00370 2.5" 0.0660 5 0.0167 3.346 1.081 3585.00 3575.00 3585.300 3581.954 0.300 6.954 Cámara dist (B) – reserv 1 –C- 10.00 0.000911 1” 0.0282 5 0.0815 0.815 1.459 3575.00 3573.00 3575.300 3574.485 0.300 1.485 Cámara dist (B) – reserv 2 (D) 10.00 0.00270 2" 0.0544 5 0.0241 0.241 1.162 3575.00 3573.00 3575.300 3575.059 0.300 2.059 TOTAL 220.00 Fuente: Elaboración propia Cuadro N° 29 Diámetros plg mm m 1/2" 16,60 0,0166 3/4" 21,90 0,0219 1" 28,20 0,0282 1 1/4" 37,00 0,0370 1 1/2" 43,00 0,0430 2" 54,40 0,0544 2 1/2" 66,00 0,0660 3" 80,90 0,0809 4" 106,00 0,1060 Fuente: Manual técnico AMANCO 94 95. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 95 A. LÍNEA DE DISTRIBUCIÓN Modelo del aspersor 427-5WP marca NAAN N° de aspersores por parcela : 8 Caudal por parcela en lt/seg : 0.9112 Cuadro N° 30: Cálculo de presiones en la línea de distribución TRAMO LONG Caudal DIAM DIAM CLASE S Pérd Tramo V COTA TERRENO COTA PIEZOMETRICA PRESIONES ml lt/seg plg m m/m hf (mt) m/s Inicio final tramo inicio final tramo inicio final tramo SECTOR I Res. 1 (C) -Hidr 1 365.00 0.911 2" 0.0544 5 0.0058 2.100 0.3920 3573.00 3560.00 3573.86 3571.76 0.86 11.76 Hidrante 1 - Hid 2 40.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 5.682 1.4589 3560.00 3545.00 3571.76 3566.08 11.76 21.08 Hidrante 2 - Hid 3 80.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 11.364 1.4589 3545.00 3528.00 3566.08 3554.71 21.08 26.71 SECTOR II Res 2 (D) -Hid 4 350.00 2.734 2" 0.0544 5 0.0454 15.884 1.1761 3573.00 3549.00 3573.86 3557.98 0.86 8.98 Hidrante 4 - Hid 5 60.00 2.734 2" 0.0544 5 0.0454 2.723 1.1761 3549.00 3545.00 3557.98 3555.25 8.98 10.25 Hidrante 5 - Hid 6 60.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 8.523 1.4589 3545.00 3527.50 3555.25 3546.73 10.25 19.23 Hidrante 5 - Hid 7 70.00 1.822 2" 0.0544 5 0.0212 1.482 0.7841 3545.00 3540.00 3555.25 3553.77 10.25 13.77 Hidrante 7 - Hid 8 70.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 9.943 1.4589 3540.00 3515.00 3553.77 3543.83 13.77 28.83 Hidrante 7 - Hid 9 65.00 1.822 2" 0.0544 5 0.0212 1.376 0.7841 3540.00 3536.00 3553.77 3552.39 13.77 16.39 Hidrante 9 - Hid 10 75.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 10.653 1.4589 3536.00 3512.00 3552.39 3541.74 16.39 29.74 Hidrante 9 - Hid 11 60.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 8.523 1.4589 3536.00 3530.00 3552.39 3543.87 16.39 13.87 Hidran 11 - Hid 12 75.00 0.911 1" 0.0282 5 0.1420 10.653 1.4589 3530.00 3510.00 3543.87 3533.22 13.87 23.22 Manguera lateral 65.00 0.456 ¾” 0.0219 0.1325 8.615 1.2095 3510.00 3510.00 3533.22 3524.60 23.22 14.60 Manguera lateral 5.00 0.456 ¾” 0.0219 0.1325 0.663 1.2095 3510.00 3510.00 3533.22 3532.55 23.22 22.55 Manguera lateral 65.00 0.456 1” 0.0282 0.0386 2.508 0.7295 3510.00 3510.00 3533.22 3530.71 23.22 20.71 Manguera lateral 5.00 0.456 1” 0.0282 0.0386 0.193 0.7295 3510.00 3510.00 3533.22 3533.02 23.22 23.02 Fuente: elaboración propia 96. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas g. Diseño de las líneas parcelarias. En promedio según el plano las parcelas tienen una extensión promedio de 70 mt de ancho por 80 mt de largo, lo que nos da un área de 5600 m2. Se ha considerado que cada agricultor regará con 8 aspersores modelo 427 – 5WP con un espaciamiento de 10 m x 10 m entre aspersores y entre líneas respectivamente. La línea corrida señala la primera posición y las punteadas indican las posiciones que se tendrían que colocar las mangueras para cubrir toda el área. Recordemos que en la tabla N° 25 se especifican los tiempos de riego. En las cuatro últimas filas de la tabla N° 30 se presenta el cálculo del diámetro de las mangueras, como se puede observar las cotas del terreno del inicio y del final son las mismas, debido a que las mangueras se colocan siguiendo las curvas a nivel del terreno. Se ha calculado la presión en el primer aspersor, ubicado a 5 mt y el que se ubica al extremo de la manguera en la posición más alejada (el último aspersor a 65mt). Este cálculo se realiza para poder comparar las presiones con que trabajan el primero y el último de los aspersores ya que hay una condición: “la diferencia de presiones entre el primer aspersor y el último no debe ser mayor al 10% para mantener una uniformidad en la precipitación” y se puede notar que esta condición se cumple con la manguera de 1”, por lo que se opta por este diámetro. Figura Nº 08: Parcela tipo, espaciamiento 10 X 10 80 mt La manguera llevará 4 aspersores a cada lado. Posiciones alternativas con espaciamiento entre líneas de 10 metros Posición 1 con espaciamiento entre aspersores de 10 mt 70 mt 96 97. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas h. Diseño de la infraestructura. Sobre el diseño de las captaciones (ver plano N° 01 y 02), las cámaras de distribución, y los reservorios se puede revisar la siguiente bibliografía de Calderón y Broeks o de Anten y Willet (ver revisión bibliográfica). VI. COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DE LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN EN LADERAS Una defectuosa uniformidad de aplicación del agua puede provocar en el suelo un considerable derroche de agua para profundidades que están fuera del alcance del sistema radicular de la planta. Esto se manifiesta en la planta observándose crecimientos no uniformes o diferencias en la coloración del follaje que influirán sobre los rendimientos del cultivo. En el caso de riego por aspersión la uniformidad de aplicación de los aspersores es comprobada por el fabricante durante las distintas etapas de desarrollo del modelo formulando las recomendaciones para la planificación. Cuando los aspersores están en uso es necesario comprobar su uniformidad de aplicación bajo condiciones reales de funcionamiento en el campo, para evaluar la eficiencia de riego en horas diferentes del día y según los resultados, mejorar esta uniformidad. 6.1. PRINCIPIOS DEL SISTEMA DE UNIFORMIDAD DE APLICACIÓN. El principio de los diferentes métodos de uniformidad de aplicación del agua por los aspersores es basado en la medición de las precipitaciones en distintos puntos del área regada. 6.2. MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA UNIFORMIDAD DE APLICACIÓN. Existen tres métodos para determinar la uniformidad de aplicación de los aspersores. 6.2.1.Método 1: Ensayo con un aspersor (único). Este ensayo es adecuado para la comprobación de un aspersor por el fabricante durante las distintas etapas de desarrollo del modelo y para la formulación de las recomendaciones para la planificación, pues en este caso el ensayo se hace sin influencia de los aspersores vecinos. Además se puede realizar este ensayo en cultivos extensivos bajo condiciones sin vientos o vientos ligeros. Para este ensayo en cultivos extensivos, el aspersor es operado durante un período de 2 a 4 horas y el agua es recolectada en envases dispuestos en distancias de 2 x 2 mt, mientras que sobre los ejes cardinales la distancia entre envases es de 1 metro, como lo indica la figura Nº 9. En los huertos frutales la distancia entre envases es 1 metro por 1 metro. 97 98. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas La ventaja de este método permite calcular las uniformidades de aplicación para cualquier espaciamiento de los aspersores, pero sus desventajas están en la necesidad de ejecutar un ensayo relativamente largo (2- 4 horas), el uso de más envases que los otros métodos y en tomar precauciones, para evitar la evaporación del agua de los envases. 6.2.2.Método 2: Ensayo con una línea lateral unitaria. En este caso se hace funcionar una línea con 4 aspersores en un espaciamiento uniforme a lo largo de esa línea, durante un período mínimo de 2 horas (ver figura Nº 09). Este método es adecuado para cultivos extensivos pues está cerca de las condiciones reales de riego en el campo. En efecto las líneas funcionan de una manera separada y no simultánea. Este sistema permite calcular la uniformidad de aplicación para cualquier distancia entre líneas, mientras que el espaciamiento entre aspersores es fijado de antemano. 6.2.3.Método 3: Ensayo con líneas laterales operadas simultáneamente. En este método se hace operar de una manera simultánea 2 a 4 líneas con 4 o más aspersores, de acuerdo al diámetro de cobertura del aspersor. Este sistema como se indica en la figura Nº 9, permite calcular la uniformidad de aplicación únicamente para un espaciamiento dado. Se utiliza este método en cultivos extensivos, huertos frutales y bajo cualquier condición de viento. Este sistema tiene por ventajas de utilizar un número reducido de envases y de ejecutar el ensayo durante un período de 1 hora a 1 hora y media que es igual a una lámina de 10 mm de precipitación en promedio. 6.3. REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE CAMPO. Para realizar el ensayo de uniformidad de aplicación de los aspersores, se tiene que elegir la parcela del ensayo y medir los factores que puedan influir sobre esta prueba (vientos, temperatura, humedad relativa, caudal de descarga y presión). 6.3.1.Elección de la parcela de ensayo. El área del ensayo debe ser representativa de la parcela del cultivo, donde se prueba la aplicación del agua. En general se toma la parte central de dicha parcela. El área debe ser limpia, sin malas hierbas y preferiblemente no arada. 98 99. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Figura Nº 09. Ensayos de la uniformidad de aplicación de los aspersores. X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X MÉTODO Nº 01: Ensayo con un aspersor X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X MÉTODO Nº 02: Ensayo con una línea lateral unitaria X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X MÉTODO Nº 03: Ensayo con líneas laterales operadas simultáneamente 99 100. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 6.3.2.Disposición de los envases. Según el principio del ensayo ya mencionado se debe recolectar las precipitaciones en envases o pluviómetros que tienen por diámetro 15 a 20 cm. y una altura de 10 cm. En la práctica se utilizan baldes de plástico de 1 litro o envases de aceite para carros. Estos envases vacíos y limpios son colocados en la parcela del ensayo en forma alineada (derechos) y perpendiculares al suelo, a una distancia que varía según el método de ensayo y el tipo del cultivo. La figura Nº 9 muestra las diferentes disposiciones de los envases según el método utilizado. 6.3.3.Disposición de las líneas de aspersores. Según el método de uniformidad de aplicación se instala una o más líneas de aspersores. Estos aspersores deben ser del mismo tipo y en buen estado de funcionamiento. 6.3.4.Medidas de factores climáticos. Las condiciones climáticas como la temperatura, la humedad relativa y el viento pueden influir sobre las pérdidas de agua por evaporación, por eso es necesario medirlas durante el ensayo. Además el viento tiene una influencia sobre la aplicación del agua. Velocidad y dirección del viento.- Hay que registrar la dirección del viento y medir su velocidad por medio de un anemómetro cada 10 – 15 minutos cerca de la parcela y colocado a una altura de 1.5 mt del suelo. Temperatura y humedad relativa.- Estos factores son medidos en el momento del ensayo con un termómetro y un higrómetro. 6.3.5.Medidas del caudal de descarga y de la presión de funcionamiento. El caudal de descarga de los aspersores en funcionamiento es medido por un medidor de agua colocado cerca de la parcela en la salida del agua. En la práctica se puede hacer la medición volumétrica, desviando el caudal que sale del aspersor hacia un balde utilizando mangueras y midiendo luego el volumen de agua recogido versus el tiempo (litros/segundo). En cuanto a la presión de funcionamiento se mide 3 a 4 veces durante el ensayo con un manómetro. 6.3.6.Resumen. La ejecución del ensayo consiste en efectuar las operaciones siguientes: 1. Abrir las válvulas de agua. 2. Medir la presión requerida (control 3 a 4 veces) 3. Controlar el funcionamiento de los aspersores. 100 101. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 4. Medir la velocidad de rotación de los aspersores. 5. Medir el caudal de descarga de los aspersores. 6. Medir la velocidad del viento y registrar la dirección (control cada 10-15 min. Se aconseja hacer la prueba en momentos de menor velocidad del aire. 7. Medir la temperatura y la humedad relativa. 8. Cerrar las válvulas del agua después de cumplir el tiempo necesario de acuerdo al método del ensayo. 6.4. MEDIDAS DE PRECIPITACIONES. El agua contenida en los envases se medirá con una probeta graduada de 100 – 250 cm3 . Las medidas se hacen con una precisión de 1 a 2 cm3 y se registran en formularios, que señalan la ubicación y el volumen de agua acopiado. 6.5. REPETICIÓN DEL ENSAYO. En general se hace 2 repeticiones de cada ensayo de uniformidad de aplicación de los aspersores, bajo condiciones climáticas diferentes (riegos de noche, riegos de día) y con velocidades diferentes de vientos. Se aconseja hacer el ensayo en las horas en que se harán los riegos. 6.6. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LAS OBSERVACIONES. El cálculo de la uniformidad de aplicación debe hacerse de acuerdo a la fórmula de Christiansen Σ X Cu = 100 1 - -------------- (40) Σ m x n Donde : Cu = Uniformidad de aplicación : X = Desviación de las observaciones del promedio (m) : m = promedio de todas las observaciones (lecturas) cm3 : n = número de observaciones (lecturas) En consecuencia una aplicación absolutamente uniforme debería tener un coeficiente de uniformidad de 100%, una aplicación menos uniforme tendría un porcentaje más bajo. Como ya se ha mencionado, en la práctica no es posible conseguir una absoluta uniformidad de aplicación (100%) pues muchos factores tales como métodos de riego, estructura y topografía del suelo, vientos, etc., no permiten alcanzar esta uniformidad. Generalmente un coeficiente de uniformidad de aplicación de 85% es considerado como muy satisfactorio. Enseguida se muestra un ejemplo de los cálculos que se hicieran para determinar el coeficiente de uniformidad de aplicación de un aspersor NAAN, 233/92, boquilla de 5.00 mm 101 102. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Método de ensayo: Ensayo con líneas laterales operadas simultáneamente. Cuadro Nº 31: Datos de campo. Ensayo Nº 1 Presión : metros 35 Fecha de ensayo 1-10-01 Descarga del aspersor m3 /hr 1.65 Inicio del ensayo Hora 8 Velocidad de rotación: re/min Duración del ensayo min 90 Altura del elevador : cm 40 Velocidad del viento: m/seg 1.5 Espaciamiento de los envases: m/m 2 x 2 Límite de velocidad del viento: m/seg 0 - 2 Espaciamiento de aspersores: m x m 12 x 12 Temperatura: ºC 20 Humedad relativa: % 50 Fuente: Elaboración propia. Cuadro Nº 32: Datos de campo NORTE X 194 200 196 194 202 X 190 168 186 194 186 194 190 184 180 180 184 170 186 184 206 186 180 176 174 194 206OESTE ESTE 190 180 176 170 176 190 190 202 192 178 180 192 192 202 X 202 184 182 182 190 X SUR Cuadro Nº 33: Cálculo del coeficiente de uniformidad de aplicación según Christiansen Σ X Cu = 100 1 - -------------- Σ m x n Observaciones (lecturas) Nº de observaciones Total Desviación del promedio Total (X) (R) (n) (X)Σm x n = R x n ΣX = n x X (1) (2) (3) (4) (5) = (2) x (4) 19191681168 34173402170 0000172 13131741174 33115283176 991781178 3579005180 1053642182 1237364184 417444186 0000188 18311406190 1555763192 3579705194 991961196 01000198 13132001200 60158084202 0000204 33194122206 TOTALES 45 8434 357 Fuente: Elaboración propia. 102 103. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Precipitación / promedio = (3) / (2) = 8434 / 45 = 187 (5) 357 Cu = 100 1 - ---------- = 100 1 - --------- = 95.77% (3) 8434 Cu = 95.8% VII. MÉTODOGÍA PARA ESTIMAR EL COSTO / BENEFICIO 103 104. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas VIII. LEGISLACIÓN EN RIEGO A continuación se hará un análisis de los principales artículos de la actual Ley de Aguas – Decreto Ley Nº 17752 y de su reglamento el Decreto Supremo DS 057-2000-AG DECRETO LEY Nº 17752 ARTICULADO COMENTARIOS ASPECTOS GENERALES • El orden de preferencia en el uso de las aguas es: ∗ Para las necesidades primarias y abastecimiento de poblaciones. ⇒ La Ley señala una priorización para el uso de las aguas señalando como la primera, el uso para consumo humano, esto quiere decir que nadie puede oponerse al uso del agua para sistemas de agua potable, una vez satisfecha esta necesidad se puede utilizar para el consumo de animales y agricultura siendo los siguientes rubros factibles de cambiarlos en su priorización. ∗ Para cría y explotación de animales. ∗ Para agricultura. ∗ Para usos energéticos, industriales y mineros ∗ Para otros usos. • Está prohibido verter o emitir cualquier residuo sólido, líquido o gaseoso que pueda contaminar las aguas. ⇒ Da importancia al equilibrio y control ambiental, este artículo es infringido por la mayoría de las ciudades y poblados en el País (disposición del desagüe) y las explotaciones mineras existentes.• Podrán descargarse únicamente cuando sean sometidos a los necesarios tratamientos previos • La medición volumétrica es la norma general que se aplicará a los diversos usos de las aguas. ⇒ Señala la forma de medir el agua que puede ser en lt, m3 o medirse como caudal y en función del tiempo calcular el volumen.• Todo sistema destinado a usar las aguas debe disponer de las obras e instalaciones necesarias para su medición y control adecuados. ⇒ Las estaciones de medición de caudales no han sido implementadas en el país. • Nadie podrá impedir, alterar, modificar o perturbar el uso legítimo de las aguas, cualquiera que sea el lugar o el fin al que ellas estuviesen destinadas. ⇒ A excepción del Ejecutivo, cuando de en uso otra fuente similar o en caso de emergencias. DE LAS OBRAS • Las obras se ejecutarán ciñéndose estrictamente a las características, especificaciones y condiciones de los estudios y proyectos. ⇒ Algo que pocas veces se cumple, tanto en canales como en sistemas de agua potable, se debe recordar que en ambos casos se necesita la aprobación de los proyectos por parte del Ministerio de Agricultura (canales, reservorios, etc.).• Los estudios de irrigación que por infiltración pudieran ocasionar daños deberán incluir lo referente al avenamiento. • Son de necesidad y utilidad pública las expropiaciones de tierras para la construcción de las obras. ⇒ De aquí la necesidad de la aprobación previa de los expedientes técnicos para las obras de irrigación y de sistemas de agua potable, por parte de la autoridad competente.. • Todo aquel que sin autorización ejecute alguna obra (para uso de agua, desagües, defensas, encausamientos, etc.) puede ser obligado a demolerla y ser sancionado con una multa no mayor del 50% del importe de las obras indebidamente ejecutadas. ⇒ Artículo poco utilizable en nuestro medio pero necesario de conocerlo. La expropiación de los pases de agua para riego no se da en la sierra y se obtienen por consenso. Fuente: Decreto Ley Nº 17752, comentarios del autor. 104 105. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas • El otorgamiento del uso se dará cuando: ∗ Se compruebe que no causará contaminación. ⇒ Dos cuestiones claves para el saneamiento ambiental: uno la no contaminación, que no se cumple en el caso de las minas o las ciudades, con raras excepciones, y dos∗ Que hayan sido aprobadas las obras de captación, alumbramiento, producción o regeneración, conducción, utilización, avenamiento, medición y las demás que fuesen necesarias. la aprobación de los proyectos por las entidades competentes. • Para cada Valle o Distrito de Riego se fijará la descarga o caudal mínimo debajo del cual será declarado en “estado de emergencia por escasez” ⇒ Punto importante que no se toma en cuenta y no se conoce debido a que no se tiene un inventario de los recursos hídricos ni de los caudales, las Instituciones que trabajan en una cuenca deberían tener este inventario y tener un registro de caudales con una frecuencia mínima mensual. Los comités de gestión de cuencas es una expectativa para cumplir con este mandato. • La Ley comprende las aguas marítimas, terrestres y atmosféricas en todos sus estados físicos. ⇒ Se señala todas las aguas que son propiedad del estado, no siendo este listado limitativo. USUARIOS • Es obligación de los usuarios la instalación de los dispositivos de control y medición para su distribución y aprovechamiento adecuados. ⇒ En la sierra si no hay un asesoramiento para este punto es difícil aplicar este artículo. • Los usuarios de cada Distrito de Riego abonarán tarifas que sean fijadas por unidad de volumen para cada uso. ⇒ Es necesaria una capacitación previa, ya que en la sierra, generalmente el pago de la tarifa es por tiempo que puede ser día, horas. • Utilizar las aguas sin perjuicio de otros y no tomar mayor cantidad que la otorgada. ⇒ No se cumple y no hay autoridad que la haga cumplir, es origen de conflictos. • Para ser considerados en los planes de cultivo los interesados deberán cumplir con: ∗ Estar inscritos en el padrón respectivo. ∗ Tener en buenas condiciones la infraestructura de riego ⇒ Es necesario insistir en este punto ya que sea esta u otra Ley esto se va a implantar para salir de la informalidad con que se maneja el agua actualmente. ∗ Acreditar el pago de la tarifa de agua. OBLIGACIONES DEL ESTADO • Planificar y administrar sus usos. • Inventariar y evaluar su uso potencial • Realizar y mantener actualizados los estudios hidrológicos, hidrobiológicos, hidrogeológicos, meteorológicos en las cuencas hidrográficas. • El M. de Agricultura y Pesquería en cuanto a la conservación y el M de Salud en lo que respecta a la preservación de los recursos hídricos (estudios, investigaciones, dictar providencias - disposición, prevención - que pongan fin a la contaminación o pérdida de las aguas. ⇒ Obligaciones que muchas veces no cumple el Estado como es el inventario y las potencialidades del recurso hídrico en una cuenca, además el acceso a la información meteorológica es costosa y las estaciones no están distribuidas con un criterio de cuenca sino de piso altitudinal y son escasas. ⇒ La preservación o defensa contra algún daño o peligro por parte de Agricultura y Pesquería es limitada, especialmente en lo que respecta a la contaminación. ⇒ Los programas de forestación son limitados pero existen esfuerzos interesantes como los que realiza PRONAMACHCS • Promover programas de forestación de cuencas. EL EJECUTIVO PODRÁ: ∗ Reorganizar una zona, cuenca hidrográfica o valle para una mejor o más racional utilización de las aguas. ⇒ En Cajamarca este caso se va a dar debido a que existen dos Juntas, Mashcón y Chonta que no pueden ser tales porque solo existe un Distrito de Riego y sus áreas no alcanzan la extensión para ser declaradas Cuencas. ∗ Autorizar la desviación de aguas de una cuenca a otra que requiera ser desarrollada. ⇒ Aspecto importante, pero que el M. de Agricultura o la AA no asumen esta función por temor o ∗ Sustituir una fuente de abastecimiento de 105 106. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas agua de uno o más usuarios, por otra de similar cantidad y calidad, para lograr un mejor o más racional aprovechamiento de los recursos. coyunturas especiales. SON DE PROPIEDAD DEL ESTADO • Las aguas, sin excepción alguna, son de propiedad del Estado, y su dominio es inalienable e imprescriptible. No hay propiedad privada de las aguas ni derechos adquiridos sobre ellas. ⇒ Es claro al señalar que no hay propiedad privada y que todas la aguas en todos sus estados son propiedad del Estado, inclusive los manantiales. En los casos de los sistemas de agua potable existe la falsa idea de que el dueño del terreno es el dueño del agua, y se desconoce que el propietario del terreno está en la obligación de dar accesibilidad a la fuente. • La de los ríos y sus afluentes, la de los arroyos, torrentes y manantiales, y las que discurren por cauces artificiales. • Extensión comprendida entre la línea de alta y baja marea AUTORIDAD DE AGUAS • La autoridad de aguas (AA) regulará y administrará los usos de aguas para fines agrícolas en los Distritos de Riego de acuerdo a planes de cultivos y riego semestrales o anuales. Estos serán formulados entre la AA en coordinación con la Junta de Usuarios y las Autoridades de la Zona Agraria. ⇒ La formulación de los Planes de Cultivos y Riego no se formulan de manera coordinada y en especial en la sierra no se practica. • Quienes ejercen autoridad en materia de aguas, podrán ingresar a cualquier lugar de propiedad pública o privada, sin necesidad de previa notificación, para cumplir con sus funciones y cualquier persona cuando exista un peligro inminente. ⇒ Lo que se señaló en el análisis del cuadro anterior, el propietario está en la obligación de dar acceso a la fuente tanto para la autoridad como para los usuarios ⇒ En la sierra este control no es asumido por el Estado. • La AA limitará los usos excesivos. • Cuando la Autoridad de Aguas AA revoque determinado uso para servir a otro, no habrá indemnización cuando se trate de abastecimiento de poblaciones. ⇒ Este caso se presenta en los sistemas de agua potable, donde los dueños de los terrenos donde queda el manante “venden” o condicionan el uso de los manantiales para consumo. ORGANISMOS Y PROCEDIMIENTOS ADMINISTRATIVOS • La Administración Técnica del Distrito de Riego es el organismo competente para resolver en primera instancia. ⇒ Las ATAR no tienen la autoridad suficiente para solucionar los conflictos por uso de agua y es un problema sin solución por años. Existen algunos problemas con las áreas que están a cargo de una Administración Técnica, en algunos casos el personal es insuficiente para atender sus ámbitos y en otras no responden al concepto de cuenca. • El Consejo Superior de Aguas es el organismo consultivo del Poder Ejecutivo. • Los usuarios de cada Distrito de Riego se organizarán en juntas. ⇒ No se ha reglamentado la delimitación de cuencas y esto ocasiona problemas en las organizaciones. PERMISOS • Toda persona, incluyendo las entidades del Sector Público Nacional y de los Gobiernos Locales, requiere permiso, autorización o licencia según proceda, para utilizar aguas, con excepción de las destinadas a satisfacer necesidades primarias. ⇒ Es necesario ajustarse a esta norma si se quiere trabajar en orden, es curioso observar que la Ley señala que no es necesario el permiso para la construcción de sistemas de agua potable, lo cual representa un craso error en la Ley y un vacío o fomento de la informalidad en este aspecto. • Los usos de las aguas se otorgan mediante: ∗ Permiso lo otorga la Autoridad de aguas de la jurisdicción. Autorización otorgado por resolución de la Dirección Regional. Licencias otorgada por Resolución del Dir General de Aguas, Suelos e Irrigaciones. ⇒ Todos los otorgamientos para el uso del agua son dados por el Estado o su representante y señala las modalidades de éstos. 106 107. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas • Los usos de las aguas serán revocados cuando: ∗ Por ser reincidente en la sustracción de aguas cuyo uso haya sido otorgados a terceros ⇒ Relaciona directamente el agua a la tierra y lo hace dependiente. ∗ Por destinar sin autorización las aguas a uso o predio distinto al cual fueron otorgadas. • Serán sancionados administrativamente: ⇒ La Ley inclusive señala el monto de la multa, pero este aspecto no se cumple en la mayoría de los casos por desconocimiento de la misma. ∗ El que sacare agua de alguna fuente sin autorización. ⇒ Es necesario una difusión de esta Ley y del Proyecto de Ley que se está discutiendo en el Congreso de la República. ∗ El que impidiere o estorbare el uso legítimo de las aguas. ∗ El que dañare u obstruyera las defensas naturales o artificiales de las márgenes o los terrenos forestados. ∗ El que obstruyera o impidiera el ingreso de la Autoridad de Aguas. 107 108. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas LEY GENERAL DE AGUAS DECRETO LEY Nº 17752 RESUMEN ASPECTOS GENERALES DERECHOS DE AGUA • Trata de todas las aguas en todos sus estados. • Se otorga el derecho de uso de aguas, que no otorga propiedad ni derechos adquiridos sobre ellas. • La Nación tiene el dominio de las aguas. • Agua y tierra están ligadas. • El derecho de uso es intransferible y está ligado al uso o actividad. Está sujeto a restricciones, incluyendo causales de caducidad. • Asigna prioridades de uso. • El plan de cultivo y riego es de uso obligatorio • El uso de aguas subterráneas para riego está sujeto a estudios técnicos y de factibilidad, así como a otras regulaciones. • Se otorgan derechos de uso permanentes (licencia), temporales (autorización) y eventuales sobre excedentes de agua (permisos).• El Estado se reserva el derecho de intervenir en casos de emergencia y establece prioridades de uso. • La medición volumétrica es de uso obligatorio a nivel de usuario. • No constituye una garantía real.• No hay indemnización por las servidumbres. CONSERVACIÓN Y PRESERVACIÓN TARIFA - IMPUESTOS Y CUOTA • El Estado asume directamente la responsabilidad sobre la materia. Corresponde al Ministerio de Agricultura velar por la conservación e incremento de las aguas y a Salud (luego la Autoridad Ambiental) por su preservación. • Se paga tarifa y cuota. • En caso de incumplimiento, la cobranza debe iniciarla la autoridad de aguas por la vía coactiva. • La falta de pago de tarifas por dos años consecutivos origina la reversión de las tierras al Estado. • Obliga al usuario a hacer uso eficiente de las aguas y de su infraestructura. ÓRGANOS DEL ESTADO ORGANIZACIONES DE USUARIOS • El Estado tiene la autoridad total sobre el manejo de las aguas. • Su funcionamiento está totalmente reglamentado por el Estado. • La Autoridad Administrativa recae en el M de Agricultura, la Dirección General de Aguas y las Administraciones Técnicas del Distrito de Riego. • El Consejo Superior de Aguas es un ente consultivo y multisectorial presidido por el Director General de Aguas ⇒ Para determinar el voto en los Comités de Regantes el reglamento señala que “está únicamente en relación a la suma total de hectáreas bajo riego con régimen de licencia que figuren en el Padrón electoral, aplicando la escala acumulativa siguiente: • El distrito de riego es la unidad de administración y planificación. ⇒ Hasta 20 ha tiene un voto por ha ⇒ Mayor de 20 ha – 100 ha, 0.4 votos / ha ⇒ Mayor 100 ha – 500 ha, 0.30 votos / ha • Puede autorizar el cambio de uso de las aguas a otras actividades. ⇒ Mayor a 500 ha, 0.15 votos / ha • Los que no superen la ha tendrán derecho a un voto.• En el padrón o registro de la Adm. Técnica del distrito de riego se inscribe el uso otorgado. • Otorgan derechos de uso y declaran su extinción. • Pueden ingresar a cualquier lugar sin previa notificación para hacer cumplir las disposiciones de la Ley. • Son el soporte de la Autoridad de Aguas en la operación y mantenimiento y en la conservación de las aguas. • Los comités de regantes no participan en el otorgamiento de los derechos de uso, ya que esto es potestad exclusiva del Estado. • No contempla organizaciones de usuarios de aguas subterráneas ni de drenaje. 108 109. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas IX. FORMULACIÓN DE PLANES DE USO Y GESTIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO. 9.1. INTRODUCCIÓN. Como se señalara al analizar la problemática de riego, las organizaciones de regantes son débiles, no tienen reconocimiento legal ni están fortalecidas, hay un escaso asesoramiento técnico en la elaboración de sus reglamentos de uso que permita un manejo autónomo de estos sistemas. Con esta problemática es difícil pensar en que estas organizaciones tengan planes de uso y gestión de los sistemas de riego que les ayude a planificar la administración, operación, mantenimiento y mejoramiento de sus sistemas de riego. Siendo indispensable desde cualquier punto de vista que cuenten con este instrumento el cual debe ser de fácil formulación, entendimiento y aplicación del mismo. Los proyectos de desarrollo crean la expectativa de una vida sana y más larga para las personas, pero introducir tecnología nueva en las comunidades de la sierra es sólo una parte; la otra parte del trabajo es la capacitación a la comunidad para que la combinación de ambos elementos logren la mejoría en la calidad de vida. La experiencia demuestra que el logro de una participación responsable y eficaz de la comunidad en las actividades de desarrollo es una tarea difícil y su éxito depende, en alto porcentaje de la forma cómo el personal institucional establece contacto con los integrantes de la comunidad. Se hace visible a importancia de considerar un proceso de capacitación, comprendido como la información que se comparte con la comunidad para entender cómo obtener de sus sistemas de riego los mayores beneficios para el incremento de la producción y de su economía. 9.2. OBJETIVO. El objetivo de este capítulo es dirigirse a los promotores (as), frente a la necesidad de lograr formular los planes de uso y gestión con la participación comunitaria efectiva. Esta dirigido en particular a lograr que los promotores puedan conducir una planificación participativa. El objetivo fundamental de la participación de la comunidad no es simplemente asegurar la sostenibilidad de los sistemas de riego capacitando a los regantes en cómo actuar en los Comités de Regantes o en como solucionar conflictos entre regantes o cómo hacer la “limpia del canal”, sino que consiste en lograr que los usuarios desarrollen confianza en sí mismos y el sentido de compromiso que garantice un esfuerzo comunitario sostenido. Es necesario que la comunidad exprese su problemática, sea analizada, se reconozcan las debilidades y potencialidades y estas sean recogidas en los Planes de Uso, a la vez que se comprometen en la solución planificada de los problemas expresados. 109 110. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 9.3. METODOLOGÍA. A continuación se presenta una metodología ágil y rápida para la elaboración de “Planes de Uso y Gestión en los Sistemas de Riego” a través de un enfoque participativo con el apoyo de técnicas que promueven una participación de los protagonistas de manera efectiva. Para el desarrollo de estos planes se utilizan algunos métodos participativos del SARAR∗ que se describen al detalle. Estos métodos pueden ser aplicados para otros temas o en otras circunstancias. Para una mejor comprensión del método propuesto, nos ayudaremos en algunos pasos con los resultados del Taller, que sobre el tema se realizó en Vilcabamba entre el 06 – 08 de agosto del 2,001 organizado por Cáritas Chuquibambilla y financiado por MASAL. Los Planes que se lleguen a formular, deben ser sencillos y comprensibles a los usuarios de tal manera que se convierta en una herramienta de fácil aplicación y sea operativo. Los pasos a seguir para la formulación de los planes participativos son los siguientes: 9.3.1.Trabajo de campo. Es necesario que se haga una visita de campo al sistema de riego del cual se desea formular el Plan de Uso y Gestión, con la finalidad de tener una idea clara del panorama. Las entrevistas con los dirigentes de los Comités de Regantes y las opiniones de los usuarios son indispensables para poder realizar el trabajo de gabinete posterior. En esta visita de campo se deben de recabar datos como son el número de usuarios, área irrigada, características del canal, problemas más frecuentes. Se aclara que este diagnóstico rápido es referencial. Con los dirigentes se puede ver el grado de desarrollo de la organización, conocimiento de sus roles y funciones, en cuanto a la parte legal, existencia de su reglamento, el reconocimiento por la Administración Técnica del Distrito de Riego -ATDR-; en la parte administrativa la existencia y uso del libro de caja, padrón de usuarios; en la operativa, turnados de riego; en cuanto al mantenimiento, número de limpias al año y fechas. Con los usuarios se pueden recoger datos sobre problemas más frecuentes, roles dentro de la organización deberes y derechos, etc. Con estos datos de campo se planifica un Taller de Planificación Participativo. 9.3.2.Convocatoria. La convocatoria debe hacerse con la participación de los dirigentes del Comité de Regantes, expresando en la misma de forma clara el objetivo de la convocatoria y la importancia de la misma, o sea el ¿para qué? y el ¿por qué? de la reunión. ∗ Metodología participativa SARAR, son las iniciales en inglés de “confianza en sí mismo, fuerzas asociadas, ingenio, planificación de la acción y responsabilidad”. 110 111. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 9.3.3.Trabajo de gabinete. Se aconseja que estos Planes de Uso y Gestión, se formulen bajo la modalidad de Taller, de tal manera de ir “aprendiendo haciendo”. El trabajo de gabinete consiste en el desarrollo del taller mismo y consta de los siguientes pasos. A. Inscripción - identificación de la población objetivo. Durante la inscripción de los participantes se deben de recoger datos sobre la población con la que se va a trabajar, como por ejemplo: edad, nivel de instrucción, nivel de representatividad (los cargos que ocupan). B. Presentación de los asistentes. Al iniciar el evento se realiza una presentación de todos los asistentes, incluyendo a los organizadores, con la finalidad de que todos se vayan conociendo y se rompa la tensión inicial. Lo aconsejable es que la presentación se haga iniciándose por los organizadores, esto con la intención de que los asistentes tomen confianza. Se aconseja colocar el primer nombre de la persona en una cartulina pequeña y colocarla en el pecho, las letras del nombre deben ser de un tamaño que pueda leerse de lejos. Esto facilita el recordar los nombres de los participantes. Luego es necesario conocer lo que los Foto N° 16: presentación de los asistentes – Vilcabamba asistentes esperan del taller. C. Expectativas de los asistentes - ¿qué espero del taller? Mediante el uso de tarjetas se consulta a los asistentes que esperan de curso o cuales son sus expectativas. Estas tarjetas se colocan en la pared y se van ordenando por temas. Esto permitirá saber si la convocatoria ha sido clara en caso contrario es necesario explicar los objetivos del Taller. Estas expectativas permitirán la evaluación final del Taller. Durante todo el desarrollo del Taller existen conceptos que los participantes desean que se les aclare, es necesario ir aclarando estos conceptos, sin dejarlos pasar. Por ejemplo en algunos casos desean “conocer algo” sobre el riego tecnificado, identificando la palabra “tecnificado” con el riego por aspersión. Foto N° 17: ¿qué espero del taller? – Vilcabamba. 111 112. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Análisis: Esta fase tiene tres objetivos específicos que son: 1. Conocer las expectativas que tienen los participantes respecto al evento o que es lo que esperan aprender. 2. Servirá para la evaluación del evento, al final del mismo y conocer cuantas de las expectativas se van cumpliendo. 3. Permite conocer si las personas que están asistiendo saben de que se trata el Taller. D. Formación de los grupos de trabajo. Los grupos de trabajo se forman por afinidad, pero para el caso de los Planes de Uso es necesario que se conformen según el sistema de riego, de ser todos los asistentes de un solo canal, se conformarían varios grupos (no más de 10 por grupo) para poder conocer los planteamientos de todos. E. ¿Cómo es mi parcela? Para la formulación del Plan de Uso se emplea, bajo esta metodología, el método inductivo, por lo que se formula esta pregunta que tiene tres objetivos: * Dar a conocer lo que significa un diagnóstico. * Emplearla como un ensayo para hacer el “árbol de problemas” e ir introduciendo a los asistentes en la metodología de trabajo. * Conocer las necesidades individuales de los regantes a nivel de parcela y conocer los cambios que se podrían promover según la visión de futuro de su parcela. Esta última parte (la visión de futuro de su parcela) se trabaja al final del curso. El desarrollo de esta fase es la siguiente: a. Se pide que en forma individual dibujen sus parcelas o propiedades, en hojas. Los dibujos obtenidos proyectarán visiones muy diferentes, algunos de manera muy detallada y otros de manera general. b. A continuación se pide que se intercambien los dibujos entre los asistentes. c. Luego con los dibujos se hace un ejercicio de diagnosticar la parcela en base a lo que está dibujado. El diagnóstico lo deben realizar los agricultores bajo la supervisión del facilitador, validando la lectura del dibujo con los dueños de las propiedades. Como ejemplo señalaremos que al hacer el intercambio de dibujos los asistentes al taller de Vilcabamba diagnosticaron lo siguiente: o Un primer agricultor identificó: los sectores de la parcela, la existencia de agua entubada, de un canal de riego, la plaza, que las casas estaban dispersas, la existencia de parcelas, árboles de eucaliptos y cultivos como el maíz. o Otro agricultor identificó el canal de riego, la carretera, que las parcelas estaban protegidas, que los cercos tenían alambre de púas y cultivo de alfalfa. o Un tercer agricultor identificó, que no había canal, reconoció la delimitación de la parcela y el cerco. 112 113. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Foto N° 18: Parcela de Jorge Oblitas Tuyro - Vilcabamba d. Este paso sirve para hacer un análisis de lo que significa un diagnóstico, cumpliendo con el 1° objetivo. e. Luego los dibujos se acopian y se los archiva para ser utilizados posteriormente. f. A continuación se les pregunta a todos sobre la problemática que encontraban en su parcela, incidiendo que si alguno de los anteriores habían señalado ya el problema, ellos lo recalcaran o lo repitieran, con esto se tuvo una suerte de listado de problemas con una frecuencia de ocurrencia (esto no se hace notar a los asistentes). g. Luego se les pide identificar cuál es el problema más importante que afecta a su parcela - priorización de problemas -, esto permitirá definir la priorización personal de los problemas y se comparará con las frecuencias alcanzadas en el paso anterior. Con esta primera lluvia de ideas se trabaja un árbol de problemas (CAUSA / RAÍZ – EFECTO / RAMAS), a nivel de parcela de manera integral, ubicando al problema principal como tronco; éste se presenta en el gráfico N° 01. “Árbol integral de problemas a nivel de parcela” (2° objetivo). Se presenta el árbol de problemas a nivel de parcela de Vilcabamba como ejemplo. Este árbol permite tener una idea clara de la problemática a nivel de parcela en otras líneas de trabajo, pero aún parcialmente. Más adelante cuando se responde a la pregunta “¿cómo quisiera que sea mi parcela?, se complementará y se cumplirá con el 3° objetivo. Este árbol permite tener una idea clara de la problemática a nivel de parcela en otras líneas de trabajo, pero aún parcialmente. Más adelante cuando se responde a la pregunta “¿cómo quisiera que sea mi parcela?, se complementará y se cumplirá con el 3° objetivo. 113 114. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas F. Conocimientos Generales. Antes de iniciar el diagnóstico del Sistema de Riego es necesario que los asistentes profundicen sus conocimientos en ciertos temas que permitirán un mayor criterio de análisis. Los temas que se aconseja desarrollar son: » El ciclo hidrológico del agua. » La Cuenca. » Tipos de riego. » La Ley de Aguas y su Reglamento. Esta recomendación no es limitativa, se deben incorporar los temas que los agricultores soliciten le sean aclarados. Foto N° 19: Charla teórica – Vilcabamba G. ¿Cómo es mi canal?- trabajo grupal. Luego se explica lo que se desea trabajar, o sea la parte relacionada con la problemática del sistema de riego y en base al ejemplo desarrollado con la parcela se hará el diagnóstico del canal respondiendo a la pregunta: “¿cómo es mi canal?”. En ese punto es necesario que los grupos tengan el acompañamiento de un técnico. Para esto se les pide, a cada uno de los grupos, tres cosas: A. Que dibujen el plano de su canal de manera grupal en un papelógrafo, tratando de ser lo más descriptivo posible, especialmente en lo que se refiere al canal. B. Que hagan una descripción por escrito del canal y su problemática, ubicando los puntos críticos y describiendo la totalidad del sistema, desarrollando algunos ejes guías como: ∗ Datos generales.- ¿qué longitud tiene?, ¿cuál es su fuente?, ¿cuántos riegan?, ¿qué área irriga?. ∗ Sistema de captación.- ¿cuál es su fuente?, ¿cuál es el caudal?, ¿de qué material está construido?, ¿en qué estado está?. ∗ Sistema de conducción.- ¿cuál es la longitud de sus tramos?, descripción del canal, ¿de qué material está construido?, ¿en qué estado está?, ¿cuáles son las zonas críticas?. ∗ Sistema de distribución.- ¿cuál es la longitud de sus tramos?, descripción del canal, ¿de qué material está construido?, ¿en qué estado está?, ¿cuáles son las zonas críticas?, ¿cuántos laterales tiene?, ¿existen conflictos entre los usuarios?, ¿cuántos laterales tiene?, ¿tienen compuertas, de que material son y en que estado se encuentra?, ¿cuál es su turnado de riego?. ∗ Sistema de aplicación.- ¿qué tipo de riego se utiliza?, ¿existe riego presurizado?, ¿durante cuántas horas riegan?. ∗ Diagnóstico socio organizativo.- ¿cuál es su organización?, ¿están reconocidos?, ¿qué problemas tienen?, ¿qué gestiones han realizado?, ¿con quienes han coordinado?. ¿conocen lo que es una Comisión de 114 115. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 115 Regantes?, ¿qué es una Junta de Usuarios y a cual pertenecen?, ¿qué tipo de coordinaciones tienen con el Distrito de Riego? ∗ Operación y mantenimiento.- ¿cuáles son los turnados de riego?, ¿cómo se distribuye el agua?, ¿pagan por el agua?, ¿cómo se hace el mantenimiento?, ¿quién controla el agua?, ¿cómo es la participación de la gente en el mantenimiento? ∗ Agentes externos.- ¿qué Instituciones trabajan en su zona?, ¿qué actividades hacen estas Instituciones? ∗ Diagnóstico productivo.- ¿cuáles son los cultivos que produce?, ¿qué área se siembra con cada cultivo, aproximadamente? C. Exposición del trabajo realizado, describiendo el canal y su problemática de manera integral. Esto permitirá repasar el diagnóstico realizado y permitirá corregir algunos errores que se hayan cometido. Además responderán a las preguntas que se les planteen. Foto N° 20: ¿cómo es mi canal? - exposición. H. Árbol de problemas del sistema de riego – trabajo grupal. Luego de hacer el diagnóstico participativo de cada uno de los sistemas de riego por los participantes, se procede a la identificación de los problemas mediante una lluvia de ideas, se vuelve a destacar, que este trabajo se hace a nivel grupal. En este punto se debe de identificar el problema principal del canal. Para el caso de Vilcabamba el problema principal de su canal era el mal manejo del agua, por lo que se acordó hacer un análisis grupal tomando como problema principal “el mal manejo del agua”. Una vez identificado el problema principal, se pasa a hacer un análisis de causa – efecto. Para efectos de presentación de la guía se incluye los resultados obtenidos del sistema de riego de Vilcabamba (ver gráfico N° 02) F. N° 21: Trabajo grupal con acompañamiento técnico F. Nº 22: Árbol de problemas a nivel de parcela 116. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Gráfico N° 01: ÁRBOL INTEGRAL DE PROBLEMAS A NIVEL DE PARCELA CASO VILCABAMBA – GRAU – APURÍMAC. FALTA SEMILLAS DE CALIDAD FALTA DE ASESORAMIENTO PRESENCIA DE HELADAS, SEQUÍAS Y LLUVIAS EN EXCESO CAPA ARABLE SUPERFICIAL TERRENOS POBRESESCASEZ DE AGUA MAL MANEJO DEL AGUA TERRENOS EN LADERAS BAJA PRODUCCIÓN PRESENCIA DE PLAGAS MAL MANTENIMIENTO DE CANALES DAÑOS EN LAS PARCELAS - animales FALTA DE CANALES Y RESERVORIOS MAL MANEJO EN RIEGO POR ASPERSIÓN 116 117. MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Gráfico N° 02: ÁRBOL DE PROBLEMAS DEL SISTEMA DE RIEGO CASO VILCABAMBA – GRAU – APURÍMAC. NO HAY OBEDIENCIA A AUTORIDADES CONFLICTOS ENTRE USUARIOS Y DIRIGENTES DESCONOCIMIENTO DE TÉCNICAS DE RIEGO INCUMPLIMIENTO DE DEBERES Y OBLIGACIONES CONFLICTOS SOCIALES DESORDEN EN EL RIEGO RIEGO DESORDENADO MAL MANEJO DEL AGUA PERJUICIOS EN CARRETERAS Y CASAS FRONTERA AGRÍCOLA LIMITADA NO HAY REPARTO EQUITATIVO ORGANIZACIÓN INFORMAL OPOSICIÓN AL PAGO DE TARIFAS NO HAY RELACIONES CON EL DISTRITO DE RIEGO NO HAY MANTENIMIENTO ADECUADO FALTA DE APOYO TÉCNICO PARA RIEGO FALTA DE COMPUERTAS Y PARTIDORES DESCONOCIMIENTO DE LA LEY Y SU REGLAMENTO CANAL PEQUEÑO AL FINAL DEMORA EN APLICAR EL RIEGO FILTRACIONES EN EL CANAL DESCONOCIMIENTO DEL REGLAMENTO DE LA LEY FALTA DE GESTIÓN MALA DISTRIBUCIÓN DEL AGUA DEFICIENTE ORGANIZACIÓN NO EXISTE TURNADOS DE RIEGO INFRAESTRUCTURA MARCO LEGAL ASESORAMIENTO OPERACIÓN ORGANIZACIÓN MANTENIMIENTO CAPACITACIÓN 117 118. 118 MASAL -Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Gráfico N° 03. ÁRBOL DE OBJETIVOS DEL SISTEMA DE RIEGO CASO VILCABAMBA – GRAU - APURÍMAC. INFRAESTRUCTURA MARCO LEGAL ASESORAMIENTO OPERACIÓN ORGANIZACIÓN MANTENIMIENTO CAPACITACIÓN NOTA: LOS OBJETIVOS DEL MISMO COLOR LLEVAN A UN SOLO OBJETIVO DEBIDO A QUE SON LOS MISMOS O ESTÁN DENTRO DEL MAYOR (*) OPTIMO MANEJO DEL AGUA NO HAY CONFLICTOS SOCIALES SE EVITA LOS CONFLICTOS Y PERJUICIOS RIEGO ORDENADO USUARIOS Y DIRIGENTES CAPACITADOS EN RIEGO REPARTO EQUITATIVO DEL AGUA RIEGO ORDENADO Y TECNIFICADO ORGANIZACIÓN FORMAL Y RECONOCIDA USUARIOS PAGAN LA TARIFA RIEGO APLICADO SIN DEMORA DIRECTIVA CON BUENAS RELACIONES CON EL DIST. DE RIEGO CANAL CONCLUIDO Y FUNCIONANDO EN CONDICIONES OPTIMAS CON buena DISTRIBUCIÓN MANTENIMIENTO DE CANAL DOS VECES AL AÑO ADECUADAMENTE DIRECTIVA CON CAPACIDAD DE GESTIÓN CANAL CON COMPUERTAS Y PARTIDORES TURNADOS DE RIEGO DEFINIDOS COMITÉS ORGANIZADOS Y RECONOCIDOS Usuarios y dirigentes CONOCEN LA LEY Y LA APLICAN TODOS CUMPLEN SUS DEBERES Y OBLIGACIONES CONFLICTOS ENTRE USUARIOS Y DIRIGENTES SUPERADOS SE OBEDECE A AUTORIDADES APOYO TÉCNICO DE INSTITUCIONES EN CAPACITACIÓN USUARIOS Y DIRIGENTES CONOCEN LA LEY 119. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 119 I. Árbol de objetivos del sistema de riego – trabajo grupal. Continuando con el trabajo grupal, luego de analizar el árbol de problemas y en base a las causas, se confecciona el árbol de objetivos. A partir de ese punto el trabajo se agiliza y el resultado se puede observar el gráfico N° 03. Los objetivos vienen a ser la solución a los problemas. J. Plan de uso y gestión del sistema de riego – trabajo grupal. En base al árbol de objetivos y los datos del diagnóstico parcelario, del sistema de riego, organizativo, productivo y al de los agentes externos que trabajan en la zona se elabora el Plan de Uso y Riego del Sistema de Riego, optándose por seguir los siguientes pasos: a. Se analizan cada uno de los objetivos y se los agrupa cuando tienen semejanza o son similares. b. Se puede agrupar cuando son complementarios. c. Otro criterio que se puede utilizar es: cuando las actividades que se tengan que realizar para cumplir con los objetivos son iguales, se pueden unir los objetivos. d. Una vez definidos los objetivos, éstos se trasladan al esquema del Plan de Uso. El esquema del cuadro N° 34 se plantea un modelo de Plan Operativo, sencillo y fácil de entender. donde se señala: Columna N° 01 – Objetivos. En esta columna se señalan los objetivos que han sido seleccionados del paso anterior. Columna N° 02 - ¿qué hacer? – Actividades (metas). En esta columna se colocan las actividades que son necesarias hacer para cumplir con el objetivo respectivo; para facilitar la respuesta se plantea una pregunta de fácil concepción “¿qué hacer?”. Es posible que en este punto se incluyan las metas, según le sea más fácil comprender a los regantes que estén formulando el Plan Operativo. Columna N° 03 - ¿cómo? – Estrategias (metas). Luego se continúa con el ¿cómo lo hacemos? que lleva a plantear las estrategias que se deben emplear para hacer las actividades planificadas. En esta columna queda como alternativa la colocación de metas, como se señaló anteriormente, se optará por colocar las metas en la columna para que los usuarios lo comprendan mejor. Columna N° 04 - ¿quién? – Responsables. Cada una de las actividades planteadas deberá tener un responsable, puede individualizarse o institucionalizarse. Columna N° 05 - ¿cuándo? – Cronograma. Finalmente cada actividad deberá de tener un fecha de ejecución con lo que se conforma el cronograma. Columna N° 06 - ¿cuánto cuesta? – Presupuesto. En cada actividad se señalará el costo aproximado que conllevaría su ejecución. 120. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas Cuadro N° 34: PLAN OPERATIVO DEL SISTEMA DE RIEGO VILCABAMBA PLAN DE USO VILCABAMBA OBJETIVOS ¿QUÉ HACER? ACTIVIDADES ¿CÓMO? ESTRATEGIAS - METAS ¿QUIÉN? RESPONSABLES ¿CUÁNDO? CRONOGRAMA COSTO 1. Comité de Regantes reconocido, organizado con capacidad de gestión 1.1. Asamblea para elegir directiva democráticamente. 1.2. Inscripción en el Distrito de Riego 1.3. Capacitación a todos en: - Ley de aguas y su reglamento. - Operación y mantenimiento. - Turnado de riego. - Gestión 1.1. Convocatoria a Asamblea por el D. R. y autoridades. 1.2. Según reglamento. 1.3. Solicitud de capacitación a: - Distrito de Riego – DR . - Marenas. - Cáritas. - Ceproder. 1.1. Autoridades y el Distrito de Riego. 1.2. Nuevo Comité. 1.3. Comité de Riego e Instituciones qu acepten e 1.3. Septiembre a octubre 2,001 1.1. Agosto 2,001 1.2. Septiembre 2,001 Mayo 2,002 2. Canal concluido, funcionando en condiciones óptimas con buena distribución. 2.1. Revestimiento de 60 mt del canal principal a la altura del manante. 2.2. Colocación de rejillas de 10 mt en el cruce con la calle 2 de Junio. 2.3. Construcción de 02 partidores en los laterales Rosas Pata y Villafuerte. 2.4. Ampliación de 250 mt de canal desde Víctor Rojas hasta Muyurina » Solicitud de financiamiento a: Cáritas, Ceproder y Municipalidad de Vilcabamba. » Aporte de mano de obra voluntaria. » Ejecución de la obra. » Comité de Regantes. » Comunidad. » Financiera y la comunidad Desde agosto a noviembre del 2,001 3. Usuarios y dirigentes conocen la Ley de Aguas y la aplican. 3.1. Curso de capacitación de la Ley de Aguas a dirigentes 3.2. Curso sobre la Ley de Aguas a usuarios. 3.3. Curso sobre el reglamento de la Ley de aguas a dirigentes. 3.4. Curso sobre el reglamento de la Ley de Aguas a usuarios. » Solicitud al Distrito de Riego. » Solicitud a Cáritas » Comité de Regantes » Agosto del 2,001 a octubre del 2,002 » 120 121. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas 121 OBJETIVOS? ¿QUÉ HACER? ACTIVIDADES ¿CÓMO? ESTRATEGIAS - METAS ¿QUIÉN? RESPONSABLES ¿CUÁNDO? CRONOGRAMA COSTO 4. Sistema con apoyo técnico de Instituciones. 4.1. Solicitar a Instituciones apoyo en: 4.1.1. Organizar el Comité de Regantes. 4.1.2. Conservación de Suelos. 4.1.3. Conocimiento del calendario agrícola. 4.1.4. Técnicas de riego » Presentar solicitudes y visitar a las Instituciones. » Llamar a una Asamblea General con apoyo Institucional. » Cursos en C° de Suelos. » Capacitación en el calendario agrícola. » Capacitación en técnicas de riego » Comité de Regantes. » Comité de Regantes y Distrito de Riego. » Dirigentes y Ministerio de Agricultura y Distrito de Riego. » Dirigentes y Cáritas. » Desde Agosto del 2,001 hasta agosto del 2,002 » 5. Turnos de riego definidos y canal con mantenimiento adecuado. 5.1. Solicitar a Instituciones capacitación en turnos de riego. 5.2. Organizar a los usuarios para el mantenimiento. 5.3.Formular planes de operación, mantenimiento y distribución. 5.1. Presentación de solicitudes para el dictado de cursos de capacitación y dar a conocer los derechos y obligaciones. 5.2. Organización de faenas con los usuarios. 5.3. Pedir apoyo al Distrito de Riego » Dirigentes, usuarios y Distrito de Riego. » Dirigentes y usuarios. » Dirigentes y usuarios. » Agosto del 2,001 a diciembre del 2,002 » Octubre 2,001 Abril y octubre del 2,002 » 122. MASAL –Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas K. Acciones complementarias. Durante el dictado del curso se deben hacer juegos motivadores para que los participantes se relajen y poder mantener la atención de los mismos. Foto N° 23: Juegos de relax L. ¿Cómo quisiera que sea mi parcela?. Para cumplir con el tercer objetivo de la pregunta “¿cómo es mi parcela?” y poder complementar la información conseguida con el primer dibujo, ahora se pide que de manera individual dibujen la misma parcela anterior pero pensando en ¿cómo quisiera que sea mi parcela?, se busca que planteen su visión objetivo. Este documento servirá para conocer las actividades que cada agricultor incorporaría, expresado como deseo en este momento, a sus actividades cotidianas. Esto permite apuntar las líneas de trabajo a nivel de parcela, en las cuales se tendría una aceptación intrínseca por parte de los agricultores. M. Evaluación final. Luego de haber culminado con la formulación del los planes, se hace necesario la evaluación del Taller y este se desarrolla de dos maneras: A. Evaluación de expectativas. Se retoman las ideas planeadas cuando se realizó la pregunta “¿qué espero del taller?” y se vuelven a plantear pero esta vez para que sean respondidas por los asistentes, verificando el cumplimiento de los objetivos del taller. La confirmación o no de haber satisfecho las expectativas será un indicador de la eficacia del curso y de la aceptación que ha tenido. Cua 122 123. MASAL –Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas X. MONITOREO DE LOS PLANES DE USO Y GESTIÓN. El monitoreo de los planes de uso tiene dos espacios, uno que se podría llamar micro (gestión interna) y otro macro (gestión externa). Además hay dos espacios de monitoreo institucional, uno el que debe realizar los dirigentes de los Comités de Regantes y otro el que interesa realizar a Institución que trabaja con la comunidad. Esta combinación de cuatro espacios se tiene que basar únicamente en el Plan de Uso formulado. 10.1. GESTIÓN INTERNA. La mejor manera de evaluar el mejoramiento del manejo del agua de riego, es la identificación de los dirigentes y usuarios con el Proyecto en términos de: Fortalecimiento organizacional. Cumplimientos de las reglas. Distribución equitativa del agua según sus necesidades. Mantenimiento de la infraestructura. Operación adecuada de la infraestructura. Habiendo intensificado del uso de la tierra. Habiendo mejorado el riego y la producción. Parte complementaria a la nombrada es la evaluación técnica representada por: A. Eficiencias de riego. Tanto la eficiencia de captación, como las eficiencias de conducción, almacenamiento, distribución y aplicación. La medición de los índices de eficiencia puede ayudar a la evaluación de los avances. B. Operación y mantenimiento. Además de las eficiencias se tiene que evaluar la eficiencia en la operación y mantenimiento de los sistemas, que abarcan los turnados de riego, el mantenimiento (limpias). Etc. Dentro de esto vale nombrar la preocupación de los dirigentes por la capacitación de los regantes y hacer conocer sus deberes y derechos que les corresponden. El número de limpias por año, cursos dictados y conocimiento de la normatividad son indicadores que pueden ser utilizados. La Satisfacción de los usuarios son índices que se pueden emplear para medir la eficiencia de los trabajos. 10.2.GESTIÓN EXTERNA. Esta evalúa la labor de los dirigentes en lo que se refiere a las coordinaciones con otras Instituciones con especial énfasis en lo que se refiere a la autoridad de aguas. A. Autoridad de Aguas. Lo primero que se evalúa es el estado del Comité de Regantes respecto a su formalización (inscripción en el Distrito de Riego), el conocimiento de los dirigentes sobre la Ley de Aguas y su Reglamentación. 123 124. MASAL –Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas B. Organizaciones de Regantes. Se tiene que evaluar su gestión respecto a las Comisiones de Regantes y a las Juntas de Usuarios. Esta relación no se debe descuidar. El grado de relación con estas organizaciones se puede utilizar como indicador. C. Coordinaciones Inter Institucionales. Se refiere a la gestión que debe hacer el Comité de Regantes respecto al pedido de capacitaciones con las Instituciones, gestiones para la mejora de sus canales. Esto se encuentra en el Plan de Uso e inclusive se menciona ante que Instituciones harán sus gestiones. 124 125. MASAL –Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas CONSULTAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Anten M y Willet H, 2000. “Diseño de Pequeños Sistemas de Riego por Aspersión en Ladera”. SNV – PRONAMACHCS. Cajamarca, Perú. 2. Asociación para el Desarrollo Andino KAUSAY. “Mejoramiento de manantes u ojos de agua” en el distrito de Kunturkanki provincia de Canas. Boletín educativo Nº 01. Cusco, octubre 2,001. 3. Calderón F, Lucio y Broeks Van den Berg, 1996. “Manual de Riego por aspersión en los Andes”. Instituto de Manejo de Agua y Medio Ambiente – IMA – Región Inka. Cusco, Perú. 4. Cánovas Cuenca, Juan, 1986. “Calidad Agronómica de las Aguas de Riego”. Madrid España. 5. CEMPRO, “Guía para el Diseño de Programas de Desarrollo”. Escuela de Proyectos de CEMPRO, 1,997. Lima, Perú. 6. Conesa V. “Riegos a presión media y alta frecuencia”. Ed. Prensa XXI, Barcelona. 7. COSUDE, 1991. “Viabilidad de Proyectos de Desarrollo”. Dirección de la Cooperación al Desarrollo y de la Ayuda Humanitaria (COSUDE) Servicio de Evaluación. CH-3003 Berna. 8. COSUDE, 1992. “La Autoevaluación (AE) en la Cooperación al Desarrollo”. Dirección de la Cooperación al Desarrollo y de la Ayuda (COSUDE) Servicio de Evaluación. CH-3003 Berna. 9. Cruz Roche Jose, 1993. “Riego por Aspersión”. Edita I.R.Y.D.A. Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación, Madrid, España. 10. De Piérola J y otoros,1994. “Diseño de obras hidráulicas”. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú. 11. Estudio FAO Riego y drenaje Nº 24. ”Necesidades de agua de los cultivos”, Roma Italia. 12. Estudio FAO Riego y drenaje Nº 29. ”Calidad del agua para la agricultura”, Roma Italia. 13. Estudio FAO Riego y drenaje Nº 33. ”Estudios del agua sobre el rendimiento de los cultivos”, Roma Italia. 14. Franco Guardia, Efraín, 1995. 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Sotomayor Berrío, Marco A. “Riego, producción de forrajes y ganadería en la zona Altoandina”. Apuntes para una sistematización. Cusco, Perú 2,000. 28. Villón B.M.1982. “Riego por Aspersión”. Editorial PubliDrat, Universidad Nacional Agraria “La Molina”. Lima, Perú. 29. Willet Has. 1997. “Inventario de pequeñas fuentes de agua en la Microcuenca Sendamal, Provincia de Celendín” Aspectos Metodológicos. Revista Agua y Riego Nº 10 IPROGA. Lima, Perú. 30. Winter E. J., 1981. “El agua, el suelo y la planta”. Editorial Diana S. A. Mexico. Cusco, abril 2,002 126 127. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 1 ANEXO I EVAPOTRANSPIRACIÓN MÉTODOS EMPÍRICOS 1. Método de Blaney-Criddle Este método se aplica para períodos de un mes. Se parte de la fórmula. F = p(0.46t + 8.13) Donde: f = Factor de Blaney-Criddle, expresado en mm de agua diarios. Tiene el mismo valor para todos los días del mes considerado. p = Tanto por uno de horas diurnas del mes respecto de los totales (tabla 4). t = Temperatura media mensual, expresada en °C. T° máxima media + T° mínima media t =------------------------------------------------------- 2 Los efectos del clima sobre los cultivos no quedan definidos únicamente por la temperatura y la duración del día, que son las dos únicas variables relacionadas con el factor f. Las necesidades de agua de un cultivo varían considerablemente en climas que tienen la misma temperatura y la latitud, pero con variación de otros datos, tales como la humedad, la insolación y el viento. Las relaciones entre el factor “f” y la evapotranspiración del cultivo de referencia ETo se indica gráficamente en la figura 1-1, en donde se han considerado tres niveles de humedad, insolación y viento. Hay que tener en cuenta que: ◊ En lo relativo a humedad se considera la humedad relativa mínima (HR mínima) durante las horas diurnas, que suele darse normalmente entre las 2 y las 4 p.m. ◊ En lo relativo a insolación se considera la relación n/N entre las horas reales (n) y las horas máximas posibles (N) de insolación fuerte. En la tabla 2 se indican los valores de N correspondientes a distintos meses y latitudes. Los valores de n se obtienen mediante heliógrafo situado en la zona de estudio. ◊ En lo relativo al viento se consideran los vientos diurnos a una altura del suelo de 2 m. Dado que “f” se expresa en mm diarios, la ETo viene también expresada en mm diarios. ETo representa el valor medio diario para el período de un mes. 128. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 2 Tabla Nº 1: Tanto por uno (p) de horas diurnas del mes respecto de las totales. Latit. Norte Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Latitud Sur Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. 60º 0.15 0.20 0.26 0.32 0.38 0.41 0.40 0.34 0.28 0.22 0.17 0.13 58º 0.16 0.21 0.26 0.32 0.37 0.40 0.39 0.34 0.28 0.23 0.18 0.15 56º 0.17 0.21 0.26 0.32 0.36 0.39 0.38 0.33 0.28 0.23 0.18 0.16 54º 0.18 0.22 0.26 0.31 0.36 0.38 0.37 0.33 0.28 0.23 0.19 0.170 52º 0.19 0.22 0.27 0.31 0.35 0.37 0.36 0.33 0.28 0.24 0.20 0.17 50º 0.19 0.23 0.27 0.31 0.34 0.36 0.35 0.32 0.28 0.24 0.20 0.18 48º 0.20 0.23 0.27 0.31 0.34 0.36 0.35 0.32 0.28 0.24 0.21 0.19 46º 0.20 0.23 0.27 0.30 0.34 0.35 0.34 0.32 0.28 0.24 0.21 0.20 44º 0.21 0.24 0.27 0.30 0.33 0.35 0.34 0.31 0.28 0.25 0.22 0.20 42º 0.21 0.24 0.27 0.30 0.33 0.34 0.33 0.31 0.28 0.25 0.22 0.21 40º 0.22 0.24 0.27 0.30 0.32 0.34 0.33 0.31 0.28 0.25 0.22 0.21 35º 0.23 0.25 0.27 0.29 0.31 0.32 0.32 0.30 0.28 0.25 0.23 0.22 30º 0.24 0.25 0.27 0.29 0.31 0.32 0.31 0.30 0.28 0.26 0.24 0.23 25º 0.24 0.26 0.27 0.29 0.30 0.31 0.31 0.29 0.28 0.26 0.25 0.24 20º 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29 0.30 0.30 0.29 0.28 0.26 0.25 0.25 15º 0.26 0.26 0.27 0.28 0.29 0.29 0.29 0.28 0.28 0.27 0.26 0.25 10º 0.26 0.27 0.27 0.28 0.28 0.29 0.29 0.28 0.28 0.27 0.26 0.26 5º 0.27 0.27 0.27 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.27 0.27 0.27 0º 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 Tabla Nº 2: Duración máxima diaria media de las horas de fuerte insolación N en diferentes meses y latitudes. Latit. Norte Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Latitud Sur Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Ene. Feb Mar. Abr May. Jun. 50º 8.5 10.1 11.8 13.8 15.4 16.3 15.9 14.5 12.7 10.8 9.1 8.1 48º 8.8 10.2 11.8 13.6 15.2 16.0 15.6 14.3 12.6 10.9 9.3 8.3 46º 9.1 10.4 11.9 13.5 14.9 15.7 15.4 14.2 12.6 10.9 9.5 8.7 44º 9.3 10.5 11.9 13.4 14.7 15.4 15.2 14.0 12.6 11.0 9.7 8.9 42º 9.4 10.6 11.9 13.4 14.6 15.2 14.9 13.9 12.9 11.1 9.8 9.1 40º 9.6 10.7 11.9 13.3 14.4 15.0 14.7 13.7 12.5 11.2 10.0 9.3 35º 10.1 11.0 11.9 13.1 14.0 14.5 14.3 13.5 12.4 11.3 10.3 9.8 30º 10.4 11.1 12.0 12.9 13.6 14.0 13.9 13.2 12.4 11.5 10.6 10.2 25º 10.7 11.3 12.0 12.7 13.3 13.7 13.5 13.0 12.3 11.6 10.9 10.6 20º 11.0 11.5 12.0 12.6 13.1 13.3 13.2 12.8 123.3 11.7 11.2 10.9 15º 11.3 11.6 12.0 12.5 12.8 13.0 12.9 12.6 12.2 11.8 11.4 11.2 10º 11.6 11.8 12.0 12.3 12.6 12.7 12.6 12.4 12.1 11.8 11.6 11.5 5º 11.8 11.9 12.0 12.2 12.3 12.4 12.3 12.3 12.1 12.0 11.9 11.8 0º 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 12.1 129. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 3 Fig 1.-1.Predicción de la Eto (eje de ordenadas) a partir del factor de f de Blaney – Criddle (eje de abscisas), para diferentes condiciones de humedad relativa mínima, horas de insolación diarias y vientos (FAO). 130. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 4 Ejemplo: Calcular ETo media diaria del mes de junio por el método de Blaney-Criddle con los datos siguientes: Cuadro Nº 02: Temperaturas del mes de junio Día Temperatura máxima (en °C) Termperatura mínima (en °C) Día Temperatura máxima (en °C) Temperatura mínima (en °C) 1 31.2 21.6 16 32.9 22.7 2 31.7 21.4 17 33.6 23.1 3 31.2 21.3 18 33.4 23.4 4 30.9 21.1 19 33.6 23.6 5 31.4 21.6 20 33.5 23.5 6 32.3 21.9 21 33.9 23.7 7 32.7 22.1 22 34.2 23.2 8 33.2 22.5 23 34.3 22.9 9 33.4 22.6 24 34.2 22.8 10 33.6 22.7 25 34.1 23.1 11 33.1 23.2 26 33.8 22.7 12 32.9 23.1 27 33.6 22.5 13 32.6 22.8 28 33.5 22.3 14 32.5 22.7 29 33.6 22.1 15 32.4 22.5 30 33.4 22.5 ◊ Latitud 40° Norte. ◊ Humedad relativa mínima: 30% ◊ Insolación fuerte: 12.5 horas diarias de medida. ◊ Viento: moderado. Solución: 1. Cálculo del factor f= p (0.46 t + 8.13) a) Cálculo de t Suma de las temperaturas máximas........... 990.7 Suma de las temperaturas mínimas .......... 677.2 Suma de temp. Máximas 990.7 T máx. media = --------------------------------- = ------------ = 33.02 Número de días 30 Suma de temp. Mín. 677.2 T mín. media = ---------------------------- = --------------- = 22.57 Número de días 30 Tº máx. media + Tº mín. media 33.02 + 22.57 T media del mes = ------------------------------------------- = --------------------- = 27.80 2 2 b) Cálculo de p En la tabla 1, para el mes de junio y latitud 40° Norte p =0.34 Sustituyendo valores: f = p(0.46 t + 8.13) = 0.34 (0.46 x 27.80 + 8.13) = 7.11 mm f = 7.11 mm 131. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 5 2.- Cálculo de ETo Se tiene como dato que la HR mínima = 30% , con este dato en la figura 1.1 nos ubicamos en la columna central de HR min Media. En la tabla Nº 2, para el mes de junio y 40° Latittud Norte se obtiene N=15 horas. Según dato se tiene que n = 12.5 Se encuentra el valor de: n/N = 12.5 / 15 = 0.83 Con este valor nos ubicamos en la segunda fila con valoración alta. Como dato se tiene un viento moderado. En la figura 1.1, con los datos de Hrmin Media, n/N alta y viento moderado nos ubica en la línea oblícua Nº 2 del ábaco Nº II Con el valor de f = 7.11 se ingresa por el eje “X” hasta intersectar a la línea de viento diurno moderado y nos proyectamos al eje “Y” encontrando el valor de Esto. Eto = 9.2 mm/día Observaciones al método de Blaney - Criddle. ◊ El método de Blaney-Criddle se aplica solamente cuando los únicos datos concretos de que se dispone son los de temperaturas. Los datos de humedad, insolación y viento son datos estimados. ◊ Se aplica normalmente a períodos de un mes natural. ◊ No se debe emplear en regiones ecuatoriales, en zonas de gran altitud, en islas pequeñas ni en aquellos climas en donde hay una gran variación de horas de insolación durante los meses de transición (primavera y otoño). Ejemplo práctico de Cusco. Calcular ETo media diaria del mes de julio por el método de Blaney-Criddle con los datos obtenidos de la tabla Nº 08 Estación Meteorológica Granja K’Ayra: Solución: La ventaja con los datos que se tienen es que son mensuales y se tiene las temperaturas medias máxima, mínima y media del mes por lo que se obvia el cálculo ejecutado en el ejemplo anterior, y se tiene: MES TEMP. MAXIMA (en °C) TEMP. MINIMA (en °C) TEMP.MEDIA (en °C) Junio 20.4 1.5 10.95 Julio 21.1 -1.3 9.9 Agosto 18.5 3.8 11.15 Los siguientes datos son obtenidos de la tabla de la estación Granja K’Ayra: 132. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 6 • Latitud 13°34’ Sur (para otras estaciones este dato se puede obtener de las cartas nacionales). • Humedad relativa mínima media julio: 48% • Insolación mes de julio: 8.0 horas diarias de medida, de no contar con este dato en el Cusco se recomienda utilizar la heliofonía de la estación Granja K’Ayra y realizar la interpolación. A continuación se presenta la tabla de interpolación del valor de N de todos los meses del año en base a la tabla Nº 02. En la primera columna se señalan los meses en la segunda están los valores de heliofonía (n) promedio mensual del Cusco de la estación Granja K’Ayra.; luego los valores de la tabla Nº 02 de N en las latitudes sur a 10° y 15° y por último los valores de N interpolado a la latitud del Cusco. * Para interpolar se debe tener cuidado con la Latitud que se desea trabaja que para el caso del Cusco es 13°34' latitud sur. Cuadro Nº 3 Heliofonía y valor de N mensual para la estación Granja K’Ayra - Cusco MES HELIOFONIA n VALOR DE N Lat 10° VALOR DE N Lat 15° DATO INTERPOLADO N Lat 13°34´00” Enero 4.00 12.6 12.9 12.81 Febrero 4.38 12.4 12.6 12.54 Marzo 4.78 12.1 12.2 12.17 Abril 6.14 11.8 11.8 11.80 Mayo 7.55 11.6 11.4 11.46 Junio 7.84 11.5 11.2 11.29 Julio 8.00 11.6 11.3 11.39 Agosto 7.62 11.8 11.6 11.66 Setiembre 6.63 12.0 12.0 12.00 Octubre 6.39 12.3 12.5 12.44 Noviembre 5.50 12.6 12.8 12.74 Diciembre 4.65 12.7 13.0 12.91 • Se va a considerar vientos débiles Solución: 1. Cálculo del factor f= p (0,46 t + 8,13) a) Cálculo de t.- Por lo señalado líneas arriba y según el cuadro se tiene que la t media del mes de julio es = 9.9 °C b) Cálculo de “p”. En la tabla 1, para el mes de julio y 13°34' Sur, interpolando se obtiene: p=0,26 Sustituyendo valores f= p(0.46t + 8.13) = 0,26(0.46 x 9.9 + 8,13) = 3.30 mm f = 3.30 mm 133. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 7 2.-Cálculo de ETo a) Humedad relativa mínima = 48% (dato de la estación Granja K’Ayra). Esto nos ubica en la columna central de la figura 1.1 siendo la valorización de media. b) En la tabla 2, interpolando para el mes de julio y 13°34' latitud sur se obtiene N = 11.39 horas. Según cuadro de la estación meteorológica Granja K’Ayra se tiene que la heliofonía es n=8.0 en julio. n / N = 8.0 / 11.39 n / N = 0.703 En el ábaco se tiene una valoración media. Lo que nos ubica en la fila central osea en el ábaco Nº V, luego: c) Viento debil. Se adopta esta velocidad. Entrando con estos datos en la figura 1-1, se puede observar en la parte superior que la HR mínima que se tiene es de 38% por lo que nos ubicamos en la columna de en medio; luego analizamos la relació n/N que en nuestro caso es de 0.702 por lo que su valoración es media y nos colocamos en la segunda fila, que intersectada con la columna de en medio estamos en el recuadro V; luego como nuesta velocidad del viento es debil no ubicamos en la recta 1. Una vez cumplidos los pasos anteriores se ingresa con el valor de f =3.30 mm/día por el eje de abscisas, se intersecta con la recta 1 y se proyecta al eje de las ordenadas para encontrar el valor de la ETo. Para este caso se obtiene: f = 3.30 (eje X) ; ETo = 2.2 (eje Y) ETo = 2.2 mm/día Este valor multiplicado por el número de días (31 en julio) nos da la evapotranspiración potencial del mes. ETo = 68.2 mm/mes Este resultado puede compararse con cualquier estación del Cusco que registre este dato, se podrá observar que son cercanos. 134. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 8 2. Método de la Radiación Este método se aplica para períodos de un mes ó 10 días. Se parte de la fórmula: ETo = W.Rs.C Donde: Eto = Evapotranspiración del cultivo de referencia, expresado en mm/día. Tiene el mismo valor para todos los días del período (30 ó 10 días). Rs = Radiación solar que llega a la superficie de la tierra, expresada en equivalente de evaporación en mm/día. W = Factor de ponderación, que depende de la temperatura y de la altitud. C = Factor de ajuste que depende de valores estimados de la humedad y del viento. 1. Cálculo de Rs. La radiación -Rs- que llega a la superficie de la tierra es una fracción de la radiación extraterrestre -Ra-. La radiación Rs se mide directamente en centros especializados, pero cuando no se dispone de estos datos en la zona considerada (que es el caso más frecuente) se calcula mediante la fórmula: n Rs = (0.25 + 0.50 --------) Ra N Donde: n/N = Relación entre las horas reales (n) y las horas máximas posibles (N) de insolación fuerte. Los valores de N se indican en la tabla 2. Los valores de n se obtienen mediante heliógrafo situado en la zona que se estudia (para nuestro caso es el dato de la estación Granja K’Ayra. Ra = Radiación extraterrestre que se recibe antes de llegar a atmósfera. En la tabla 3 se indican los valores de Ra correspondientes a distintos meses y latitudes. La radiación se mide en calorías por cm2 y minuto, pero conviene expresarla en equivalente de evaporación de agua osea en mm/día. 2. Cálculo de W. En la tabla 4 se calcula el índice de ponderación en función de la altitud de la zona y de la temperatura media (en °C) del período considerado: T máxima media + T mínima media T media= ------------------------------------------------------- 2 3. Cálculo de Eto La relación entre W, Rs y ETo se indica en la figura 1-2, en donde se han considerado 4 niveles de humedad relativa media (HR media) y 4 niveles de vientos diurnos. HR máxima + HR mínima HR media = ----------------------------------------- 2 Como W.Rs (indicado en el eje X) viene expresado en mm/día, ETo (indicado en el eje Y) también viene expresado en mm/día. 135. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 9 Tabla Nº 03: Radiación extraterrestre Ra expresada en equivalente de evaporación de agua en mm/día. Hemisferio Norte Hemisferio Sur Ene Feb. Marz Abr. May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. Lat. Ene Feb. Marz Abr. May. Jun. Jul. Ago. Set. Oct. Nov. Dic. 3.8 6.1 9.4 12.7 15.8 17.1 16.4 14.1 10.9 7.4 4.5 3.2 50º 17.5 14.7 10.9 7.0 4.2 3.1 3.5 5.5 8.9 12.9 16.5 18.2 4.3 6.6 9.8 13.0 15.9 17.2 16.5 14.3 11.2 7.8 5.0 3.7 48º 17.6 14.9 11.2 7.5 4.7 3.5 4.0 6.0 9.3 13.2 16.6 18.2 4.9 7.1 10.2 13.3 16.0 17.2 16.6 14.5 11.5 8.3 5.5 4.3 46º 17.7 15.1 11.5 7.9 5.2 4.0 4.4 6.5 9.7 13.4 16.7 18.3 5.3 7.6 10.6 13.7 16.1 17.2 16.6 14.7 11.9 8.7 6.0 4.7 44º 17.8 15.3 11.9 8.4 5.7 4.4 4.9 6.9 10.2 13.7 16.7 18.3 5.9 8.1 11.0 14.0 16.2 17.3 16.7 15.0 12.2 9.1 6.5 5.2 42º 17.8 15.5 12.2 8.8 6.1 4.9 5.4 7.4 10.6 14.0 16.8 18.3 6.4 8.6 11.4 14.3 16.4 17.3 16.7 15.2 12.5 9.6 7.0 5.7 40º 17.9 15.7 12.5 9.2 6.6 5.3 5.9 7.9 11.0 14.2 16.9 18.3 6.9 9.0 11.8 14.5 16.4 17.2 16.7 15.3 12.8 10.0 7.5 6.1 38º 17.9 15.8 12.8 9.6 7.1 5.8 6.3 8.3 11.4 14.4 17.0 18.3 7.4 9.4 12.1 14.7 16.4 17.2 16.7 15.4 13.1 10.6 8.0 6.6 36º 17.9 16.0 13.2 10.1 7.5 6.3 6.8 8.8 11.7 14.6 17.0 18.2 7.9 9.8 12.4 14.8 16.4 17.1 16.8 15.5 13.4 10.8 8.5 7.2 34º 17.8 16.1 13.5 10.5 8.0 6.8 7.2 9.2 12.0 14.9 17.1 18.2 8.3 10.2 12.8 15.0 16.5 17.0 16.8 15.6 13.6 11.2 9.0 7.8 32º 17.8 16.2 13.8 10.9 8.5 7.3 7.7 9.6 12.4 15.1 17.2 18.1 8.8 10.7 13.1 15.2 16.5 17.0 16.8 15.7 13.9 11.6 9.5 8.3 30º 17.8 16.4 14.0 11.3 8.9 7.8 8.1 10.1 12.7 15.3 17.3 18.1 9.3 11.1 13.4 15.3 16.5 16.8 16.7 15.7 14.1 12.0 9.9 8.8 28º 17.7 16.4 14.3 11.6 9.3 8.2 8.6 10.4 13.0 15.4 17.2 17.9 9.8 11.5 13.7 15.3 16.4 16.7 16.6 15.7 14.3 12.3 10.3 9.3 26º 17.6 16.4 14.4 12.0 9.7 8.7 9.1 10.9 13.2 15.5 17.2 17.8 10.2 11.9 13.9 15.4 16.4 16.6 16.5 15.8 14.5 12.6 10.7 9.7 24º 17.5 16.5 14.6 12.3 10.2 9.1 9.5 11.2 13.4 15.6 17.1 17.7 10.7 12.3 14.2 15.5 16.3 16.4 16.4 15.8 14.6 13.0 11.1 10.2 22º 17.4 16.5 14.8 12.6 10.6 9.6 10.0 11.6 13.7 15.7 17.0 17.5 11.2 12.7 14.4 15.6 16.3 16.4 16.3 15.9 14.8 13.3 11.6 10.7 20º 17.3 16.5 15.0 13.0 11.0 10.0 10.4 12.0 13.9 15.8 17.0 17.4 11.6 13.0 14.6 15.6 16.1 16.1 16.1 15.8 14.9 13.6 12.0 11.1 18º 17.1 16.5 15.1 13.2 11.4 10.4 10.8 12.3 14.1 15.8 16.8 17.1 12.0 13.3 14.7 15.6 16.0 15.9 15.9 15.7 15.0 13.9 12.4 11.6 16º 16.9 16.4 15.2 13.5 11.7 10.8 11.2 12.6 14.3 15.8 16.7 16.8 12.4 13.6 14.9 15.7 15.8 15.7 15.7 15.7 15.1 14.1 12.8 12.0 14º 16.7 16.4 15.3 13.7 12.1 11.2 11.6 12.9 14.5 15.8 16.5 16.6 12.8 13.9 15.1 15.7 15.7 15.5 15.5 15.6 15.2 14.4 13.3 12.5 12º 16.6 16.3 15.4 14.0 12.5 11.6 12.0 13.2 14.7 15.8 16.4 16.5 13.2 14.2 15.3 15.7 15.5 15.3 15.3 15.5 15.3 14.7 13.6 12.9 10º 16.4 16.3 15.5 14.2 12.8 12.0 12.4 13.5 14.8 15.9 16.2 16.2 13.6 14.5 15.3 15.6 15.3 15.0 15.1 15.4 15.3 14.8 13.9 13.3 8º 16.1 16.1 15.5 14.4 13.1 12.4 12.7 13.7 14.9 15.8 16.0 16.0 13.9 14.8 15.4 15.4 15.1 14.7 14.9 15.2 15.3 15.0 14.2 13.7 6º 15.8 16.0 15.6 14.7 13.4 12.8 13.1 14.0 15.0 15.7 15.8 15.7 14.3 15.0 15.5 15.5 14.9 14.4 14.6 15.1 15.3 15.1 14.5 14.1 4º 15.5 15.8 15.6 14.9 13.8 13.2 13.4 14.3 15.1 15.6 15.5 15.4 14.7 15.3 15.6 15.3 14.6 14.2 14.3 14.9 15.3 15.3 14.8 14.4 2º 15.3 15.7 15.7 15.1 14.1 13.5 13.7 14.5 15.2 15.5 15.3 15.1 15.0 15.5 15.7 15.3 14.4 13.9 14.1 14.8 15.3 15.4 15.1 14.8 0º 15.0 15.5 15.7 15.3 14.4 13.9 14.1 14.8 15.3 15.4 15.1 14.8 136. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 10 Tabla Nº 04: Valores del factor de ponderación W para los efectos de la radiación sobre la ETo, a diferentes temperaturas y altitudes. Temperatura ºC 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Altitud (m) 0 0.43 0.46 0.49 0.52 0.55 0.58 0.61 0.64 0.66 0.68 0.71 0.73 0.75 0.77 0.78 0.80 0.82 0.83 0.84 0.85 500 0.45 0.48 0.51 0.54 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.72 0.74 0.76 0.78 0.79 0.81 0.82 0.84 0.85 0.86 1,000 0.46 0.49 0.52 0.55 0.58 0.61 0.64 0.66 0.69 0.71 0.73 0.75 0.77 0.79 0.80 0.82 0.83 0.85 0.86 0.87 2,000 0.49 0.52 0.55 0.58 0.61 0.64 0.66 0.69 0.71 0.73 0.75 0.77 0.79 0.81 0.82 0.84 0.85 0.86 0.87 0.88 3,000 0.52 0.55 0.58 0.61 0.64 0.66 0.69 0.71 0.73 0.75 0.77 0.79 0.81 0.82 0.84 0.85 0.86 0.88 0.88 0.89 4,000 0.55 0.58 0.61 0.64 0.66 0.69 0.71 0.73 0.76 0.78 0.79 0.81 0.83 0.84 0.85 0.86 0.88 0.89 0.90 0.90 137. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 11 Fig. 1-2 Relación para obtener la Eto (eje de ordenadas) a partir de valores calculados de W.Rs (eje de abscisas) y un conocimiento general de la humedad relativa media y de os vientos diurnos (FAO). 138. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 12 Ejemplo: Calcular la ETo media diaria del mes de junio, por el método de la radiación, con los datos siguientes: • Temperatura media del mes de junio = 28°C • Latitud = 40° Norte • Altitud = 500 mt • Humedad relativa máxima = 40 % • Humedad relativa mínima = 30 % • Insolación fuerte media = 12.5 horas diarias. • Viento = moderado. Solución: Eto = W.Rs.C n 1. Cálculo de Rs = (0.25 + 0.50 ------- ) Ra N • n = 12.5 horas • N = 15 horas (tabla 2, mes de junio en 40° latitud norte) n / N = 12.5 / 15 = 0.83 • Ra = 17.3 mm/día (tabla N° 3, mes de junio a 40° latitud norte). • Sustituyendo valores en la fórmula: Rs = [0.25 + (0.5 x 0.83)] x 17.3 = 11.5 mm/día 2. Cálculo de W • Para una altitud de 500 mt y una temperatura media del mes de junio de 28°C, en la tabla N° 04 se obtiene W = 0.78 W . Rs = 0.78 x 11.5 = 8.97 mm/día 3. Cálculo de ETo HR máxima + HR mínima 40 + 30 HR media = ----------------------------------------- = ---------------- = 35 % 2 2 Viento moderado. Entrando con estos datos en la figura 1.1.2, recuadro 1 y recta 2 se obtiene: Para W . Rs = 8.89 una ETo = 9.6 mm/día 139. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 13 Ejemplo práctico del Cusco. Se continuará con el ejemplo anterior con los datos de la estación meterorológica Granja K’Ayra del Cusco: Se averiguará la ETo media diaria del mes de julio, por el método de la radiación, con los siguientes datos: • Temperatura media julio = 9.9°C • Latitud = 13º34’ Sur • Altitud = 3,219 m.s.n.m. • Humedad Relativa máxima = 82% • Humedad Relativa mínima = 48% • Heliofonía (n) - julio = 8.0 hr • Se considerará vientos débiles según el ejemplo inicial. Todos los datos anteriormente señalados se pueden ubicar en el cuadro N° 08: Planilla Agroclimatológica de la Estación Granja K’Ayra. Solución: n 1. Cálculo de Rs = (0.25 + 0.50 --------- ) Ra N • según los cálculos del ejemplo anterior se tiene que: n/N = 0.703 • Ra se ubica en la tabla N° 3, ubicando el hemisferio sur, mes de julio y latitud 13°34', para encontrar el valor de Ra es necesario interpolar: HEMISFERIO SUR LATITUD SUR JULIO 14° 11.6 13°34´ 11.69 (valor interpolado) 12° 12.0 Reemplazando en la fórmula se tiene: Rs = 7.032 2. Cálculo de W • Con la altura de 3,219 m.s.n.m. y con una temperatura media del mes de julio de 9.9°C (estación Granja K’Ayra del Cusco.) en la tabla Nº 4 se puede calcular el valor de “W” interpolando de la siguiente manera: • En la tabla tenemos los siguientes valores 140. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 14 TEMPERATURA °C 8º 9.9º 10º Altitud (m) 3,000 0.61 0.638 0.64 3,219 0.643 4,000 0.64 0.659 0.66 • Los valores resaltados son encontrados mediante interpolación. • Para interpolar en este caso primero se interpola entre los valores de temperatura y los valores de W, osea entre 8º y 10º con 0.61 y 0.64 para encontrar el valor correspondiente a 9.9º a 3,000 m.s.n.m., encontrándose el valor de 0.638, luego entre los valores 8 y 10 con 0.64 y 0.66 para encontrar el valor de 9.9º a 4,000 m.s.n.m., encontrándose el valor de 0.659. • Una vez que se tienen estos valores se interpola entre la altitud y los valores de W para 9.9°C osea entre 3,000 y 4,000 con 0.638 y 0.659 encontrándose el valor de 0.643 para 9.9°C y para 3,219 m.s.n.m. 3. Cálculo de la ETo • Con los valores de W = 0.643 y Rs = 7.032 se calcula: W X Rs = 0.643 X 7.032 = 4.52 mm/día • Con las dos Humedades Relativas, máxima y mínima se puede calcular la HR media los que nos da un valor de: HR media = HR mínima + HR máxima = 82 + 48 2 2 HR = 65 % • Con este valor recurrimos a la fig 1.1 y nos ubicamos en el cuadro de HR media (Cuadro N° III) • En el eje de las abscisas entramos con el valor de WxRs = 4.52 mm/día hasta intersectar a la línea Nº 01 (viento débil), encontrando un valor de evapotranspiración de: ETo = 3.75 mm/día ETo = 3.5 X 31 días = 116.25 mm/ mes Observaciones al método de la Radiación. • El método de la radiación se aplica cuando se dispone de datos concretos de temperatura y de radiación. La radiación se mide en centros especializados, pero cuando no se dispone de este dato se puede calcular mediante tablas. • Los datos de la humedad y del viento son datos estimados. 141. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 15 • Se aplica a períodos de tiempo de un mes o 10 días. • Los resultados del método de radiación son más fiables que los obtenidos por el método de Blaney-Criddle. En zonas ecuatoriales, islas pequeñas y zonas de gran altitud el método de radiación es más seguro que el de Blaney-Criddle. 3. Método de Penman. Este método se utiliza en zonas donde se disponga de datos medidos sobre temperatura, radiación, humedad y viento. Es el más exacto de los que utilizan fórmulas empíricas para predecir las necesidades hídricas de los cultivos, pero exige unos cálculos laboriosos. Se aplica la siguiente fórmula: ETo = c [W . Rn + (1 – W) . f(u) . (ea – ed)] Donde: ETo = Evapotranspiración del cultivo de referencia, expresado en mm/día. ea = Presión saturante del vapor de agua, expresada en milibares (tabla 8). ed = Presión real del vapor de agua, expresada en milibares. ea . RH ed = ---------------- 100 • RH = Humedad relativa media en porcentaje u f(u) = 0.27 (1 + -----------) 100 • u es la velocidad del viento expresada en km/día, a 2 mt de altura. • Rn = Radiación neta total, expresada en equivalente de evaporación en mm/día. Rn = 0.75 Rs - Rnl n Rs = (0.25 + 0.5 -----------) Ra N • Rs, Ra, n y N son los mismos conceptos inidcados en el método de radiación. • Rnl = Radiación neta de onda larga, expresada en equivalente de evaporación en mm/día. n Rnl = f(T) . f(ed) . f(--------) (tablas 9,10 y 11) N • W = Factor de ponderación (tabla 4) • c = Factor de ajuste (tabla 9). 142. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 16 Ejemplo: Calcular la ETo media diaria en el mes de julio, por el método de Penman, con los datos siguientes, pertenecientes a la estación Augusto Weberbawer de Cajamarca ubicada a 2,536 m.s.n.m.: • Temperatura media de julio = 12.9°C • Humedad relativa mínima julio = 38% • Humedad relativa máxima julio = 93% • Heliofonía (n) - julio = 7.3 hr • Velocidad del viento julio (u) = 99.1 km/día = 1.147 m/s • Latitud = 7°10' Sur Solución: Recordemos la fórmula: ETo = c [W . Rn + (1 - W) .f(u) . (ea - ed)] a) Calculo de “ed” HRmedia = (Hrmin + HR max) / 2 = (38 + 93) / 2 = 66% Cálculo de ea. En la tabla N° 08 se señala que para una temperatura de 12.9°C se tiene que ea = 14.9 mbar ea X.HR 14.9 X 66 ed = ---------------- = -------------------- = 9.83 ed = 9.83 mbar 100 100 b) Cálculo de (ea - ed) = 14.9 - 9.83 = 5.07 mbar c) Cálculo de f(u) f(u) = 0.27 ( 1 + u/100) f(u) = 0.27 (1 + 99.1/100) f(u) = 0.54 d) Cálculo de Rn. Recordemos que: Rn = 0.75 Rs – Rnl d.1. Cálculo de Rs: Rs = [0.25 + (0.5xn/N)] x Ra • Primero se calcula Ra en la tabla N° 03 Ra = 12.97 • En la tabla Nº 2, interpolando para el mes de julio y 7º10’ latitud sur se obtiene un N= 11.71 horas y n = 7.3 hr (dato). Por lo tanto: se tiene que n/N = 0.623 • Reemplazando los valores en la fórmula de Rs: Rs = [0.25 + (0.5 x n/N)] x Ra = [0.25 + ( 0.5 x 0.623)] x 12.97 Rs = 7.243 d.2. Cálculo de Rnl: Rnl = f(T) . f(ed) . f(n/N) 143. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 17 • Para calcular estos valores se recurre a las tablas 6, 7, 8 respectivamente. Para esto se tiene que interpolar los valores para ubicar el valor que corresponde: › f(T) con la temperatura media 12.9ºC en la tabla Nº 06 se interpola y se obtiene: f(T) = 13.28 › f(ed) con el dato calculado de ed = 9.83 mbar en la tabla Nº 7 se obtiene: f(ed) = 0.2017 › f(n/N) con el valor de n/N = 0.623 en la tabla Nº 8 se obtiene: f(n/N)= 0.663 Remplazando en la fórmula se tiene que: Rnl = 13.28 X 0.2017 X 0.663 Rnl = 1.776 mm/día Rn = 0.75 Rs - Rnl = 0.75 X 7.243 - 1.76 Rn = 3.66 e) Cálculo de W. En la tabla Nº 4 se puede averiguar el valor de: W = 0.6621 f) Cálculo de “c”: En la tabla Nº 9 la interpolación que se tiene que hacer es un tanto laboriosa: Primero se define la columna en la que se trabajará en base a la HR máx, en nuestro caso estamos en la tercera columna ya que se tiene una HR max=93% y con el valor de Rs = 7.243 mm/día nos ubicamos entre las columnas de 6 y 9. La relación entre la velocidad del viento de día y de noche es uno ya que la velocidad del día que generalmente es más alta es débil (1.147 m/s); por lo tanto nos ubicamos en el recuadro inferior y con el dato de la velocidad nos ubicamos entre los valores de: HR máx = 90 % Rs mm/día 6 7.243 9 U día / U noche = 1.0 0 1.06 1.077 1.10 1.147 1.031 3 0.92 0.957 1.01 La manera en que se ha hecho la interpolación ha sido tomando inicialmente los datos de Rs 6 y 9 y los datos de “c” correspondientes a 0, encontrándose el valor de 1.077. Luego con los mismos datos de Rs 6 y 9 se ha encontrado el dato correspondiente a 3, llegando a tener un valor de 0.957, luego con estos dos datos se interpola entre los valores de Rs 0 y 3 para encontrar el "c" correspondiente a un Rs de 1.147 144. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 18 encontrándose el valor de c = 1.031. Sustituyendo estos valores en la fórmula: ETo = c[W.Rn + (1-W) . f(u) (ea-ed)] ETo = 1.031 [0.6621 x 3.672 + (1-0.6621) X 0.54 (14.9-9.83)] ETo = 3.460 mm La ETo en el mes de julio será de 107.26 mm Ejemplo práctico del Cusco: Calcular la ETo media diaria en el mes de julio, por el método de Penman, con los datos siguientes, pertenecientes a la estación GRANJA K’AYRA del Cusco ubicada a 3,219 m.s.n.m.: • Temperatura media de julio = 9.9°C • Humedad relativa mínima julio = 48% • Humedad relativa máxima julio = 82% • Heliofonía (n) - julio = 8 hr • Latitud = 13°34' Sur • Velocidad del viento julio (u) = 86.8 km/día = 1.0 m/s - Si bien en esta estación no se cuenta con este dato se toma este valor que pertenece a una estación con características similares. Solución: Es siempre necesario ordenarse y recordad la fómula: ETo = c [W . Rn + (1 - W) .f(u) . (ea - ed)] a) Calculo de “ed” HRmedia = (Hrmin + HR max) / 2 = (48 + 82) / 2 = 65% Cálculo de ea. En la tabla N° 05 se señala que para una temperatura de 9.9°C se tiene que ea = 12.22 mbar. ea X.HR 12.22 X 65 ed = ---------------- = ---------------------- = 7.94 ed = 7.94 mbar 100 100 b) Cálculo de (ea - ed) = 12.22 – 7.94 = 4.28 mbar c) Cálculo de f(u) f(u) = 0.27 ( 1 + u/100) f(u) = 0.27 (1 + 86.8/100) f(u) = 0.504 145. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 19 d) Cálculo de Rn. Rn = 0.75 Rs – Rnl d.1. Cálculo de Rs: Rs = [0.25 + (0.5xn/N)] x Ra • Primero se calcula Ra en la tabla N° 03 Ra = 11.69 • En la tabla Nº 2, interpolando para el mes de julio y 13º34’ latitud sur se obtiene un N= 11.39 horas y n = 8.0 hr (dato). Por lo tanto: se tiene que n/N = 0.703 • Reemplazando los valores en la fórmula de Rs: Rs = [0.25 + (0.5 x n/N)] x Ra = [0.25 + ( 0.5 x 0.703)] x 11.69 Rs = 7.032 d.2. Cálculo de Rnl: Rnl = f(T) . f(ed) . f(n/N) • Para calcular estos valores se recurre a las tablas 6, 7, 8 respectivamente. Para esto se tiene que interpolar los valores para ubicar el valor que corresponde: › f(T) con la temperatura media 9.9ºC en la tabla Nº 06 se interpola y se obtiene: f(T) = 12.685 › f(ed) con el dato calculado de ed = 7.94 mbar en la tabla Nº 07 se obtiene: f(ed) = 0.2203 › f(n/N) con el valor de n/N = 0.703 en la tabla Nº 08 se obtiene: f(n/N)= 0.733 Remplazando en la fórmula se tiene que: Rnl = 12.685 X 0.2203 X 0.733 Rnl = 2.05 mm/día Rn = 0.75 Rs - Rnl = 0.75 X 7.032 – 2.05 Rn = 3.224 e) Cálculo de W. En la tabla Nº 4 se puede averiguar el valor de: W = 0.643 f) Cálculo de “c”: En la tabla Nº 09 luego de la interpolación se tiene: La HR max = 82% por lo que se escoge la tercera columna y con el valor de Rs = 7.032 mm/día nos ubicamos entre las columnas de 6 y 9. La relación entre la velocidad del viento de día y de noche es uno ya que la velocidad del día que generalmente es más alta es débil (1.0 m/s); por lo tanto nos ubicamos en el recuadro inferior y con el dato de la velocidad nos ubicamos entre los valores de: 146. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 20 HR máx = 90 % Rs mm/día 6 7.032 9 U día / U noche = 1.0 0 1.06 1.074 1.10 1.0 1.033 3 0.92 0.951 1.01 La manera en que se ha hecho la interpolación ha sido tomando inicialmente los datos de Rs 6 y 9 y los datos de “c” correspondientes a 0, encontrándose el valor de 1.074. Luego con los mismos datos de Rs 6 y 9 se ha encontrado el dato correspondiente a 3, llegando a tener un valor de 0.951, luego con estos dos datos se interpola entre los valores de Rs 0 y 3 para encontrar el "c" correspondiente a un Rs de 1.0 encontrándose el valor de c = 1.033. Sustituyendo estos valores en la fórmula: ETo = c[W.Rn + (1-W) . f(u) (ea-ed)] ETo = 1.033 [0.643 x 3.224 + (1-0.643) X 0.504 (4.28)] ETo = 2.94 mm La ETo en el mes de julio será de 91.14 mm En resumen las características prnincipales de estos métodos son. Cuadro Nª 04: Análisis comparativo de los métodos para calcular la EVT. BLANEY - CRIDDLE RADIACIÓN PENMAN f = p . (0.46 t + 8.13) ETo = W . Rs . C ETo = c{W . Rn+[(1-W).f(u).(ea – ed)]} Latitud. Temperatura media mensual. Humedad Relativa (estimado). Velocidad del viento (estimado). Heliofonía (estimado). Latitud Temperatura media mensual. Heliofonía Humedad Relativa (estimado). Velocidad del viento (estimado). Latitud Temperatura media mensual. Heliofonía Humedad Relativa. Velocidad del viento. Se aplica cuando los únicos datos concretos de que se dispone son los de temperatura Se aplica cuando los datos concretos con que se dispone es la temperatura y la radiaciónl Es el más exacto de los que utilizan las fórmulas empíricas. Es mas laborioso. Se aplica para períodos de un mes No emplear en regiones ecuatoriales o de gran altitud Se aplica a períodos de tiempo de un mes o 10 días. Los resultados son más fiables que los obtenidos con Blaney - Criddley 147. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 21 Tabla Nº 5: Presión de saturación del valor (ea) en mbar, en función de la temperatura media del aire (T) en ºC Temperatura ºC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ea mbar 6.1 6.6 7.1 7.6 8.1 8.7 9.3 10.0 10.7 11.5 12.3 13.1 14.0 15.0 16.1 17.0 18.2 19.4 20.6 22.0 Temperatura ºC 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 ea mbar 23.4 24.9 26.4 28.1 29.8 31.7 33.6 35.7 37.8 40.1 42.4 44.9 47.6 50.3 53.2 56.2 59.4 62.8 66.3 69.9 Tabla Nº 6: Efecto de la temperatura f(T) sobre la radiación de onda larga (Rnl). Temperatura ºC 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 f(T) = dTk4 11.0 11.4 11.7 12.0 12.4 12.7 13.1 13.5 13.8 14.2 14.6 15.0 15.4 15.9 16.3 16.7 17.2 17.7 18.1 Tabla Nº 7: Efecto de la presión real del vapor de agua f(ed) sobre la radiación de onda larga (Rnl). ed mbar 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 F(ed) = 0.34-0.044(ed)½ 0.23 0.22 0.20 0.19 0.18 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.08 0.07 0.06 Tabla Nº 8 Efecto de la relación entre el número real y el máximo de horas de fuerte insolación f(n/N), sobre la radiación de onda larga (Rnl) n/N 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.0 f(n/N) =0.1+0.9 n/N 0.10 0.15 0.19 0.24 0.28 0.33 0.37 0.42 0.46 0.51 0.55 0.60 0.64 0.69 0.73 0.78 0.82 0.87 0.91 0.96 1.0 148. MASAL – Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 22 Tabla Nº 9: Factor de ajuste (c) en la ecuación de Penman modificada. RH máx = 30% RH máx = 60% RH máx = 90% Rs mm/día 3 6 9 12 3 6 9 12 3 6 9 12 U día m/seg U día / U noche = 4.0 0 0.86 0.90 1.00 1.00 0.96 0.98 1.05 1.05 1.02 1.06 1.10 1.10 3 0.79 0.84 0.92 0.97 0.92 1.00 1.11 1.19 0.99 1.10 1.27 1.32 6 0.68 0.77 0.87 0.93 0.85 0.96 1.11 1.19 0.94 1.10 1.26 1.33 9 0.55 0.65 0.78 0.90 0.76 0.88 1.02 1.14 0.88 1.01 1.06 1.27 U día / U noche = 3.0 0 0.86 0.90 1.00 1.00 0.96 0.98 1.05 1.05 1.02 1.06 1.10 1.10 3 0.76 0.81 0.88 0.94 0.87 0.96 1.06 1.12 0.94 1.04 1.18 1.28 6 0.61 0.68 0.81 0.88 0.77 0.88 1.02 1.10 0.86 1.01 1.15 1.22 9 0.46 0.56 0.72 0.82 0.67 0.79 0.88 1.05 0.78 0.92 1.06 1.18 U día / U noche = 2.0 0 0.86 0.90 1.00 1.00 0.96 0.98 1.05 1.05 1.02 1.06 1.10 1.10 3 0.69 0.76 0.85 0.92 0.83 0.91 0.99 1.05 0.89 0.98 1.10 1.14 6 0.53 0.61 0.74 0.84 0.70 0.80 0.94 1.02 0.79 0.92 1.05 1.12 9 0.37 0.48 0.65 0.76 0.59 0.70 0.84 0.95 0.71 0.81 0.96 1.06 U día / U noche = 1.0 0 0.86 0.90 1.00 1.00 0.96 0.98 1.05 1.05 1.02 1.06 1.10 1.10 3 0.64 0.71 0.82 0.89 0.78 0.86 0.94 0.99 0.85 0.92 1.01 1.05 6 0.43 0.53 0.68 0.79 0.62 0.70 0.84 0.93 0.72 0.82 0.95 1.00 9 0.27 0.41 0.59 0.70 0.50 0.60 0.75 0.87 0.62 0.72 0.87 0.96 149. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 23 4. Método de la cubeta evaporimétrica. Los efectos combinados de la radiación, la temperatura, la humedad y el viento influyen sobre la cantidad de agua evaporada en una superficie de agua libre. Estos mismos elementos climáticos influyen también, de modo análogo, sobre la evapotranspiración de las plantas. El método de la cubeta evaporimétrica se basa en relacionar la evaporación del agua de la cubeta con la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETo), mediante la siguiente fórmula: ETo = Kp X Ep Donde: ETo=Evapotranspiración del cultivo de referencia, expresada en mm/día. Kp = Coeficiente de la cubeta, que depende del tipo de cubeta, del clima y del medio que circunda a la cubeta. Ep = Evaporación de la cubeta, expresada en mm/día, representa el valor medio diario del período considerado. La cubeta más utilizada es la de clase A, que es de hierro galvanizado, de forma circular, con un diámetro de 121 cm y una profundidad de 25.5 cm. Se coloca sobre una plataforma de madera a 15 cm de altura sobre el suelo. La cubeta evaporimétrica se instala en un medio abierto, en un sitio donde no haya a su alrededor cultivos que tengan más de 1 mt de altura en un radio de 50 mt. A su alrededor habrá suelo desnudo o hierba verde segada frecuentemente. El nivel del agua en la cubeta no debe aproximarse ni alejarse mucho del borde. Cuando el nivel sube hasta 5 cm del borde o baja hasta 7.5 cm del mismo (como consecuencia de una lluvia o de la evaporación, respectivamente), se quita o se añade agua. La lectura de la altura de agua en la cubeta se hace todos los días a la misma hora mediante un tornillo micrómetro situado en un depósito. La lectura ha de hacerse de forma meticulosa, para evitar errores. El coeficiente Kp varía con el clima de la región, el tipo de cubeta y la colocación de la misma (situada sobre una cubierta verde o sobre barbecho). En la tabla Nº 13 se indican los valores de Kp en distintas condiciones. 150. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 24 Tabla Nº 9: Coeficiente Kp, en el caso de una cubeta de la clase A, para diferentes cubiertas y niveles de humedad relativa media y vientos durante las 24 horas (FAO). Cubeta Clase A Caso A Cubeta rodeada de cubierta verde baja Caso B Cubeta con barbecho de secano RH media % Baja 70 Baja 70 Vientos km/día Distancia a barlovento de la cubierta verde (en m) Distancia a barlovento del barbecho de secano (en m) Débiles < 175 0 0.55 0.65 0.75 0 0.70 0.80 0.85 10 0.65 0.75 0.85 10 0.60 0.70 0.80 100 0.70 0.80 0.85 100 0.55 0.65 0.75 1,000 0.75 0.85 0.85 1,000 0.50 0.60 0.70 Moderados 175 – 425 0 0.50 0.60 0.65 0 0.65 0.75 0.80 10 0.60 0.70 0.75 10 0.55 0.65 0.70 100 0.65 0.75 0.80 100 0.50 0.60 0.65 1,000 0.70 0.80 0.80 1,000 0.45 0.55 0.60 Fuertes 425-700 0 0.45 0.50 0.60 0 0.60 0.65 0.70 10 0.55 0.60 0.65 10 0.50 0.55 0.65 100 0.60 0.65 0.70 100 0.45 0.50 0.60 1,000 0.65 0.70 0.75 1,000 0.40 0.45 0.55 Muy fuertes > 700 0 0.40 0.45 0.50 0 0.50 0.60 0.65 10 0.45 0.55 0.60 10 0.45 0.50 0.55 100 0.50 0.60 0.65 100 0.40 0.45 0.50 1,000 0.55 0.60 0.65 1,000 0.35 0.40 0.45 Ejemplo. Mediante una cubeta evaporimétrica de tipo A determinar ETo durante el mes de junio con los datos siguientes: • Cubeta rodeada de 10 mt de hierba verde baja. • Humedad relativa media = 50 % • Viento moderado. • En el cuadro siguiente se indican las lecturas diarias de altura de agua de la cubeta, la cantidad de lluvia caída diariamente y las cantidades de agua añadidas o sustraídas a la cubeta. • Se ha añadido agua hasta una altura de 205 mm los días 5, 9, 16, 19, 23, 27 y 30 como se ve en el cuadro que se presenta a continuación. 151. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 25 Día Altura de agua en mm Lluvia mm Ep mm Día Altura de agua en mm Lluvia mm Ep mm 1 205 - 6 16 183.3/205 - 6.9 2 199 - 5.2 17 198.1 - 7.1 3 193.8 - 5.4 18 191 - 7 4 188.4 - 5.5 19 184/205 - 6.8 5 182.9/205 -- 5.4 20 198.2 - 6.7 6 199.6 - 5.8 21 191.5 - 6.5 7 193.8 - 5.4 22 185 - 4.9 8 188.4 - 5.8 23 180.1/205 - 4.8 9 182.6/205 - 5.7 24 200.2 - 5.1 10 199.3 - 6.1 25 195.1 - 5.6 11 193.2 - 6.2 26 189.5 - 6.1 12 187 - 6.4 27 183.4/205 - 6.9 13 180.6 21 6 28 198.1 - 7.1 14 195.6 - 6.1 29 191 - 7 15 189.5 - 6.2 30 184/205 - 7.2 1 - 7 19.8 Solución: Se aplica la fórmula de ETo = Ep x Kp Suma de Ep diaria durante el mes 182.9 Ep = ----------------------------------------------------- = -------------- = 6.1 mm/día Número de días del mes 30 La tabla 13 da Kp = 0.7. Sustituyendo valores en la fórmula ETo = Ep x Kp = 6.1 x 0.7 = 4.27 mm/día Observaciones al método. La cubeta evaporimétrica integra los efectos de la temperatura, viento, insolación y humedad en la evaporación del agua de la cubeta. Estos mismos efectos son los que determinan el consumo de agua de un cultivo localizado en esa misma zona, por lo que este método es de gran utilidad para establecer un programa de riego en una zona determinada. El método de la cubeta evaporimétrica permite conocer en cada momento las necesidades de riego, aunque pueden cometerse graves errores entre la ETo calculada y las necesidades reales si la instalación de la cubeta es inadecuada. Para evitarlo se han de tener en cuenta las siguientes consideraciones: • Cuando la cubeta se coloca rodeada de cultivos altos (por ejemplo, maíz) hay que aumentar los coeficientes de la tabla 10 hasta un 30% en caso de clima seco y ventoso, y un 5-10 % en condiciones húmedas y de buen tiempo. 152. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 26 • Los coeficientes de la tabla 10 se refieren a cubetas que se pintan todos los años de aluminio o de blanco. El material de la cubeta y la turbidez del agua repercuten muy poco en los datos. • En la cubeta clase A hay que mantener el nivel del agua entre 50 y 75 mm por debajo del borde. Los errores en los resultados pueden llegar hasta el 15 % cuando el nivel del agua queda 100 mm por debajo del nivel aceptado. • Hay que evitar que los pájaros beban de la cubeta. Para ello se puede poner al lado de la cubeta otro recipiente lleno hasta el borde, para que los pájaros beban de éste con más facilidad. 153. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 27 5. Método de la Radiación Este método se aplica para períodos de un mes ó 10 días. Se parte de la fórmula: ETo = W.Rs.C Donde: Eto = Evapotranspiración del cultivo de referencia, expresado en mm/día. Tiene el mismo valor para todos los días del período (30 ó 10 días). Rs = Radiación solar que llega a la superficie de la tierra, expresada en equivalente de evaporación en mm/día. W = Factor de ponderación, que depende de la temperatura y de la altitud. C = Factor de ajuste que depende de valores estimados de la humedad y del viento. 1. Cálculo de Rs. La radiación -Rs- que llega a la superficie de la tierra es una fracción de la radiación extraterrestre -Ra-. La radiación Rs se mide directamente en centros especializados, pero cuando no se dispone de estos datos en la zona considerada (que es el caso más frecuente) se calcula mediante la fórmula: n Rs = (0.25 + 0.50 --------) Ra N Donde: n/N = Relación entre las horas reales (n) y las horas máximas posibles (N) de insolación fuerte. Los valores de N se indican en la tabla 2. Los valores de n se obtienen mediante heliógrafo situado en la zona que se estudia (para nuestro caso es el dato de la estación Granja K’Ayra. Ra = Radiación extraterrestre que se recibe antes de llegar a atmósfera. En la tabla 6 se indican los valores de Ra correspondientes a distintos meses y latitudes. La radiación se mide en calorías por cm2 y minuto, pero conviene expresarla en equivalente de evaporación de agua osea en mm/día. 2. Cálculo de W. En la tabla 4 se calcula el índice de ponderación en función de la altitud de la zona y de la temperatura media (en °C) del período considerado: T máxima media + T mínima media T media= ------------------------------------------------------- 2 3. Cálculo de Eto La relación entre W, Rs y ETo se indica en la figura 1.1., en donde se han considerado 4 niveles de humedad relativa media (HR media) y 4 niveles de vientos diurnos. HR máxima + HR mínima HR media = ----------------------------------------- 2 Como W.Rs (indicado en el eje X) viene expresado en mm/día, ETo (indicado en el eje Y) también viene expresado en mm/día. 154. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 28 Ejemplo: Calcular la ETo media diaria del mes de junio, por el método de la radiación, con los datos siguientes: • Temperatura media del mes de junio = 28°C • Latitud = 40° Norte • Altitud = 500 mt • Humedad relativa máxima = 40 % • Humedad relativa mínima = 30 % • Insolación fuerte media = 12.5 horas diarias. • Viento = moderado. Solución: Eto = W.Rs.C n 1. Cálculo de Rs = (0.25 + 0.50 ------- ) Ra N • n = 12.5 horas • N = 15 horas (tabla 2, mes de junio en 40° latitud norte) n / N = 12.5 / 15 = 0.83 • Ra = 17.3 mm/día (tabla N° 3, mes de junio a 40° latitud norte). • Sustituyendo valores en la fórmula: Rs = [0.25 + (0.5 x 0.83)] x 17.3 = 11.5 mm/día 2. Cálculo de W • Para una altitud de 500 mt y una temperatura media del mes de junio de 28°C, en la tabla N° 04 se obtiene W = 0.78 W . Rs = 0.78 x 11.5 = 8.97 mm/día 3. Cálculo de ETo HR máxima + HR mínima 40 + 30 HR media = ----------------------------------------- = ---------------- = 35 % 2 2 Viento moderado. Entrando con estos datos en la figura 1.1, recuadro 1 y recta 2 se obtiene: Para W . Rs = 8.89 una ETo = 9.6 mm/día 155. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 29 Ejemplo práctico del Cusco. Se continuará con el ejemplo anterior con los datos de la estación meterorológica Granja K’Ayra del Cusco: Se averiguará la ETo media diaria del mes de julio, por el método de la radiación, con los siguientes datos: • Temperatura media julio = 9.9°C • Latitud = 13º34’ Sur • Altitud = 3,219 m.s.n.m. • Humedad Relativa máxima = 82% • Humedad Relativa mínima = 48% • Heliofonía (n) - julio = 8.0 hr • Se considerará vientos débiles según el ejemplo inicial. Todos los datos anteriormente señalados se pueden ubicar en el cuadro N° 08: Planilla Agroclimatológica de la Estación Granja K’Ayra. Solución: n 1. Cálculo de Rs = (0.25 + 0.50 --------- ) Ra N • según los cálculos del ejemplo anterior se tiene que: n/N = 0.703 • Ra se ubica en la tabla N° 3, ubicando el hemisferio sur, mes de julio y latitud 13°34', para encontrar el valor de Ra es necesario interpolar: HEMISFERIO SUR LATITUD SUR JULIO 14° 11.6 13°34´ 11.69 (valor interpolado) 12° 12.0 Reemplazando en la fórmula se tiene: Rs = 7.032 2. Cálculo de W • Con la altura de 3,219 m.s.n.m. y con una temperatura media del mes de julio de 9.9°C (estación Granja K’Ayra del Cusco.) en la tabla Nº 4 se puede calcular el valor de “W” interpolando de la siguiente manera: • En la tabla tenemos los siguientes valores 156. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 30 TEMPERATURA °C 8º 9.9º 10º Altitud (m) 3,000 0.61 0.638 0.64 3,219 0.643 4,000 0.64 0.659 0.66 • Los valores resaltados son encontrados mediante interpolación. • Para interpolar en este caso primero se interpola entre los valores de temperatura y los valores de W, osea entre 8º y 10º con 0.61 y 0.64 para encontrar el valor correspondiente a 9.9º a 3,000 m.s.n.m., encontrándose el valor de 0.638, luego entre los valores 8 y 10 con 0.64 y 0.66 para encontrar el valor de 9.9º a 4,000 m.s.n.m., encontrándose el valor de 0.659. • Una vez que se tienen estos valores se interpola entre la altitud y los valores de W para 9.9°C osea entre 3,000 y 4,000 con 0.638 y 0.659 encontrándose el valor de 0.643 para 9.9°C y para 3,219 m.s.n.m. 3. Cálculo de la ETo • Con los valores de W = 0.643 y Rs = 7.032 se calcula: W X Rs = 0.643 X 7.032 = 4.52 mm/día • Con las dos Humedades Relativas, máxima y mínima se puede calcular la HR media los que nos da un valor de: HR media = HR mínima + HR máxima = 82 + 48 2 2 HR = 65 % • Con este valor recurrimos a la fig 1.1 y nos ubicamos en el cuadro de HR media (Cuadro N° III) • En el eje de las abscisas entramos con el valor de WxRs = 4.52 mm/día hasta intersectar a la línea Nº 01 (viento débil), encontrando un valor de evapotranspiración de: ETo = 3.75 mm/día ETo = 3.5 X 31 días = 116.25 mm/ mes Observaciones al método de la Radiación. • El método de la radiación se aplica cuando se dispone de datos concretos de temperatura y de radiación. La radiación se mide en centros especializados, pero cuando no se dispone de este dato se puede calcular mediante tablas. • Los datos de la humedad y del viento son datos estimados. 157. MASAL - Manual para el diseño y gestión de pequeños sistemas de riego por aspersión en laderas – Anexos 31 • Se aplica a períodos de tiempo de un mes o 10 días. • Los resultados del método de radiación son más fiables que los obtenidos por el método de Blaney-Criddle. En zonas ecuatoriales, islas pequeñas y zonas de gran altitud el método de radiación es más seguro que el de Blaney-Criddle.