DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS
DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS
DE RIEGO POR ASPERSION
DE RIEGO POR ASPERSION
PRESURIZADOS POR GRAVEDAD
PRESURIZADOS POR GRAVEDAD
Documento para el curso de capacitación en diseño de riego por aspersión dedicado a Documento para el curso de capacitación en diseño de riego por aspersión dedicado a especial especialistas istas IRIR
Cajamarca, 22 a 26 de Noviembre 1999
Cajamarca, 22 a 26 de Noviembre 1999
P
PR
RO
ON
NA
AM
MA
AC
CH
HC
CS
S
S
SN
NV
V
Indice:
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PARTE I: C
PARTE I: C
ONSIDERACIONESONSIDERACIONES GENERALESGENERALES...3
...3
1
1 Intro
Introducc
ducción...
ión...
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2
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Proceso
eso de
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diseño...
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3 El sistema de
El sistema de rieg
riego
o con sus
con sus comp
componen
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tes...
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3.1
3.1 Captación
Captación (Figura 1-A)...
(Figura 1-A)...
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3.2 Línea
3.2 Línea de conducción
de conducción (Figura 1-B)...
(Figura 1-B)...
...5
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3.3 Tanques
3.3 Tanques de repartición
de repartición (Figura 1-C)...
(Figura 1-C)...
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3.4 Red
3.4 Red de distribución (Figura
de distribución (Figura 1-D)...
1-D)...
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...7
3.5 Sectores
3.5 Sectores de riego
de riego (Figura 1-E)...
(Figura 1-E)...
...7
...7
3.6 Reservorio regulador / cámara de carga (Figura 1-F)...7
3.6 Reservorio regulador / cámara de carga (Figura 1-F)...7
3.7 Hidrantes (Figura
3.7 Hidrantes (Figura 1-G)...
1-G)...
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...7
...7
3.8 Línea de riego fijo, enterrado (Figura 1-H)...7
3.8 Línea de riego fijo, enterrado (Figura 1-H)...7
3.9 Línea
3.9 Línea de riego móvil
de riego móvil (Figura 1-I)...
(Figura 1-I)...
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4 Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado...8
4 Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado...8
4.1
4.1 Costos de
Costos de inversión por
inversión por hectárea...
hectárea...
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...8
...8
4.2 Costo real
4.2 Costo real del agua...
del agua...
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... ...9
...9
4.3
4.3 Tipos
Tipos de
de cultivo...
cultivo...
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4.4
4.4 Presiones Disponibles
Presiones Disponibles ...
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4.5
4.5 Síntesis...
Síntesis...
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GOTEO...
GOTEO...
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PARTE II: P
PARTE II: P
ASOSASOS DELDEL DISEÑODISEÑO...
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...11
..11
1
1 Estu
Estudio
dio de
de pre-f
pre-factib
actibilidad
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.11
1.1
1.1 Componente
Componente Social...
Social...
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...12
1.2 Pre
1.2 Pre factibilidad Técnica...
factibilidad Técnica...
...
... ....12
....12
1.3 Pre factibilidad económica ...
1.3 Pre factibilidad económica ...
... ...12
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Levantamiento topográfico y catastral...13
Levantamiento topográfico y catastral...13
1.4
1.4 Introducción...
Introducción...
...
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...13
1.5
1.5 Escala...
Escala...
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....13
1.6 Elementos
1.6 Elementos del terreno
del terreno a mapear...
a mapear...
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1.7
1.7 Organización del
Organización del levantamiento...
levantamiento...
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...13
1.8
1.8 Croquis...
Croquis...
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...15
1.9 Anotación de
1.9 Anotación de lecturas en la libreta
lecturas en la libreta de campo...
de campo...15
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1.10 Conversión de datos de campo para su ingreso en SURFER...16
1.10 Conversión de datos de campo para su ingreso en SURFER...16
1.11
1.11 Dibujo...
Dibujo...
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...16
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1.12 Cálculo de la superficie de las parcelas...16
1.12 Cálculo de la superficie de las parcelas...16
2
2 Dema
Demanda de
nda de agua
agua...
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2.1 Plan d
2.1 Plan de cultivos por
e cultivos por usuario...
usuario...
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2.2 Definición del ETP, el Kc y la eficiencia de riego...17
2.2 Definición del ETP, el Kc y la eficiencia de riego...17
2.3
2.3 Eficiencia de
Eficiencia de riego...
riego...
...
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...18
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2.4 Definición de la demanda de agua de la parcela y del módulo del sistema...19
2.4 Definición de la demanda de agua de la parcela y del módulo del sistema...19
3
3 Area
Area neta
neta rega
regable...
ble...
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...21
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3.1 El
3.1 El caudal de
caudal de diseño del
diseño del sistema...
sistema...
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3.2 El
3.3
3.3 Por usuario...
Por usuario...
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....22
4 Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores ...23
4 Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores ...23
4.1 El intervalo y la
4.1 El intervalo y la dotación de riego...
dotación de riego...23
...23
4.2 La elección
4.2 La elección del aspersor...
del aspersor...
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... ...25
...25
4.3 Velocidad básica de infiltración (VBI)...27
4.3 Velocidad básica de infiltración (VBI)...27
5
5 Selec
Selección de
ción de secto
sectores
res de
de riego
riego...
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...29
6
6 Ubica
Ubicación
ción de
de los
los hidra
hidrantes
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...30
...30
6.1 Diseño de
6.1 Diseño de la línea de riego
la línea de riego móvil...
móvil...
...
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6.2 Ubicaciones de la línea de riego móvil por el sector de riego...31
6.2 Ubicaciones de la línea de riego móvil por el sector de riego...31
6.3 Diseño de las líneas de riego fijas (líneas de presión)...32
6.3 Diseño de las líneas de riego fijas (líneas de presión)...32
7 Redes de conducción, distribución, y líneas fijas de parcela...34
7 Redes de conducción, distribución, y líneas fijas de parcela...34
7.1
7.1 Introducción...
Introducción...
...
...34
...34
7.2 Líneas
7.2 Líneas de conducción y de
de conducción y de distribución...
distribución...
...34
...34
7.3 Obras de arte en las líneas de conducción y de distribución ...35
7.3 Obras de arte en las líneas de conducción y de distribución ...35
7.4
7.4 Obras de
Obras de repartición...
repartición...
...
...35
...35
7.5 Reservorios
7.5 Reservorios
/ /cámaras de
cámaras de carga...
carga...
...
... ..39
..39
7.6 Redes presurizadas...41
7.6 Redes presurizadas...41
8
8 Costo
Costos
s y
y pres
presupu
upuesto...
esto...
...
... ...
...43
...43
9
9 Análi
Análisis de
sis de costo /
costo / bene
beneficio...
ficio...
...
...
... ...45
...45
Anexo 1: Formato para informe de pre-factibilidad de un proyecto de riego
Anexo 1: Formato para informe de pre-factibilidad de un proyecto de riego
tecnificado
tecnificado
Anexo 2:
Anexo 2: Tablas de característica
Tablas de características de aspersores NAAN 42
s de aspersores NAAN 427 y NAAN 501
7 y NAAN 501
Anex
Anexo
o 3: Estimació
3: Estimación
n de
de costo
costos
s de
de pequ
pequeños
eños rese
reservor
rvorios,
ios, reve
revestimie
stimiento
nto de
de
concreto
concreto
Anex
Anexo
o 4: Estimació
4: Estimación
n de
de costo
costos
s de
de pequ
pequeños
eños rese
reservor
rvorios,
ios, reve
revestimie
stimiento
nto de
de
geomembrana de polietileno
PARTE I:
C
ONSIDERACIONES GENERALES
1
Introducción
La elaboración de esta guía surge de la fuerte demanda que en los últimos años expresan los campesinos de la Sierra, por sistemas de riego mejorados que los permite aprovechar sus escasos fuentes de agua en forma más eficiente, y con bajo costo. Entre las diferentes soluciones: mejorar el riego por gravedad; mejoramientos de canales y de las formas de distribución del agua; y la introducción de diferentes formas de riego presurizado (micro aspersión, goteo, aspersión), hemos elaborado sobre el riego por aspersión, porque ya ha demostrado ser una técnica que fácilmente se adapta a las condiciones de Sierra, y los costos pueden ser reducidos a niveles aceptables para la agricultura de baja rentabilidad.
La presente guía puede ser utilizado como acompañamiento de proyectistas que elaboran pequeños proyectos de riego por aspersión, sean ellos ingenieros civiles, agrícolas o agrónomos. Como habilidades se suponen presentes, el manejo de instrumentos topográficos y de los métodos de levantamientos topográficos sencillos; uso de computadoras (MSWINDOWS, EXCEL, SURFER) y algunos bases de hidráulica.
Con esta guía y la utilización de algunos paquetes de software presentados, se pretende promover la elaboración de proyectos de calidad y con mayor rapidez, lo que permite realizar un número mayor de estudios en menor tiempo y con menor costo, y esto por ende puede dar un impulso a la tecnificación del riego en la Sierra.
La guía tiene dos partes: Parte I contiene algunas consideraciones generales sobre el riego por aspersión en la Sierra que pueden ser tomadas en cuenta por los proyectistas, y especifica algunos conceptos utilizados en la guía. Parte II describe paso por paso el procedimiento de diseño.
2
Proceso de diseño
Este documento presenta paso por paso las etapas por lo cual pasa el proceso del diseño de un proyecto:
1. La primera etapa es el estudio de la pre-factibilidad. En esta etapa se tiene que determinar si las condiciones físicas (disponibilidad de agua, condiciones agronómicas) y sociales (acuerdo sobre uso de la fuente de agua, disposición de tecnificar su riego), indican la viabilidad de un proyecto de riego por aspersión.
2. Levantamiento topográfico y catastral de la zona de riego y determinación de las características del suelo y del padrón de cultivos a regar
3. Cálculo de la demanda de agua de los cultivos previstos
4. Cálculo del área neta regable con el agua disponible, y determinación del área a regar por cada beneficiario, en base al plano topográfico/catastral.
5. Cálculo de la lámina de riego, del intervalo de riego, de la intensidad de riego, y selección de aspersores y su distanciamiento
6. Selección de los sectores de riego en función de la topografía, distribución parcelaria y área a regar por usuario. De allí sigue la ubicación de los reservorios/cámaras de carga para cada sector
7. Ubicación de los hidrantes para cada sector de riego, en base al equipo de riego móvil seleccionado (manguera con aspersores) y la topografía de cada parcela
8. Diseño de la red de distribución, de conducción, obras de arte, y líneas fijas (enterradas) de parcela, en base a un diagrama de caudales y presiones
9. Elaboración del presupuesto
10. Cálculo de la relación costo beneficio en base al presupuesto global, padrón de cultivos y fichas de rendimiento para cada cultivo seleccionado
El proceso de diseño es un proceso cíclico, en que se va varias veces “de abajo hacia arriba” y “ de arriba hacia abajo” entre el nivel parcela y el sistema, y requiere de mucha interacción entre el técnico y los (futuros) beneficiarios en cada etapa aquí descrito, antes de llegar a un diseño final satisfactorio para todos los interesados, incluyendo una relación favorable de los costos por hectárea.
3
El sistema de riego con sus componentes
Iniciaremos con la aclaración de algunos términos: ¿Qué es un sistema de riego?. El sistema tiene tres componentes: La infraestructura, la organización para su operación y mantenimiento, y el sistema de producción agropecuario bajo riego. Esta guía trata los tres componentes en conjunto para que los proyectos crean sistemas de riego coherentes, es decir, cuyas partes forman un conjunto funcional.
¿Qué entendemos con pequeños sistemas de riego? El proceso de diseño aquí descrito fue hecho teniendo en mente un rango de tamaño de sistemas de entre ¼ ha a 100 has. Para sistemas menores el proceso es demasiado engorroso: Bastaría en realidad tomar una manguera y un aspersor y ya se puede regar un área muy pequeña sin mayor estudio. Por encima de los 100 has consideramos que los métodos de evaluación (técnica y económica) presentados pueden ser insuficientes. Posiblemente se tendrán que incluir algunas etapas de estudio y de concertación que no se prevén aquí.
La presurización por gravedad es el factor clave que nos permite diseñar para zonas montañosas sistemas de riego presurizados a un costo significativamente más bajo que en la costa. Utilizamos la altura de las fuentes naturales de agua y tuberías para obtener la presión necesaria para los aspersores.
Revisaremos brevemente los componentes de un sistema típico adaptado a las condiciones de la Sierra (ver Figura 1).
3.1 Captación ( Figura 1-A)
Podemos captar a agua para nuestros sistemas presurizados de manantiales (caudales de 0.2 litros/segundo para arriba), quebradas, o canales de riego. En el último caso se debe asegurar que existe aceptación por parte del comité de regantes de asignar un caudal continuo al sector de riego a presurizarse, y el proyecto de riego por aspersión debe ubicarse en la parte alta del canal para asegurar un caudal (semi) permanente al sistema.
Las captaciones de manantiales o quebradas pueden ser construidas de la misma manera que captaciones de agua potable. Captaciones de canales de riego tienen que ser equipados con un repartidor de agua que asegure que el caudal asignado al sistema de riego es medida.
3.2 Línea de conducción ( Figura 1-B)
Es el tramo de canal entre una captación y el primer tanque de repartición. Según el caso puede ser ejecutado como canal abierto (de tierra o concreto) o entubado. La última opción es generalmente preferible para evitar que el sistema trae sedimento a los sectores de riego
3.3 Tanques de repartición ( Figura 1-C)
Son obras de arte que distribuyen el caudal de sistema en varios caudales continuos en forma proporcional, de acuerdo a las superficies de las áreas a regar de
Figura 1: Componentes de un sistema típico de riego presurizado por gravedad A: captación C: tanques de repartición B: línea de conducción D: Red de distribución F: Reservorio E: sector de riego G: Hidrante H:Línea de riego fijo
cada sector servido por estos tanques. Para la repartición proporcional de caudales se utilizan vertederos (caudales mayores) o orificios (caudales menores)
3.4 Red de distribución ( Figura 1-D)
Son los canales (abiertos o entubados) que distribuyen el caudal de sistema a los diferentes sectores de riego. Podemos utilizar en sistemas entubadas obras adicionales como sifones, válvulas de limpia de y de desfogue, cámaras de rompe presión, etc. La capacidad de los canales o tuberías disminuye conforme se divide el caudal de sistema por los sectores.
3.5 Sectores de riego ( Figura 1-E)
Son las unidades de riego que reciben un caudal continuo para regar. Al interior de los sectores de riego el caudal es rotado para regar toda su superficie en forma intermitente con un intervalo de riego de varios días. El sector de riego puede ser de una o varias parcelas. En el último caso la distribución del agua entre parcelas es por turnos. El caudal permanente de un sector de riego es recibido en una cámara de carga / reservorio regulador que se encuentra en la parte más alta del sector y donde se genera la presión para regar.
3.6 Reservorio regulador / cámara de carga ( Figura 1-F)
El reservorio regulador / cámara de carga cumple la función de regular entre el caudal fijo que recibe el sector de riego de un tanque de repartición, y el caudal utilizado por los aspersores que se tiene funcionando en el sector. El desequilibrio que puede ocurrir entre los dos es absorbido por el reservorio. Además cumple la función de cámara de carga, donde se genera una presión constante en el sistema de riego presurizado del sector.
3.7 Hidrantes ( Figura 1-G)
Los hidrantes son los puntos de conexión de una línea de riego móvil en las parcelas a regar. Son equipados con una válvula y un acople rápido para una manguera. Desde un hidrante se pueden servir varias partes de la parcela, si son ubicados en lugares estratégicos. Los hidrantes son conectados entre ellos y con la cámara de carga con tuberías enterradas.
3.8 Línea de riego fijo, enterrado ( Figura 1-H)
La línea de riego fijo distribuye el agua por todo el sector de riego, entregando el caudal de riego mediante los hidrantes a las líneas de riego móviles en forma presurizada. Consiste de tuberías de PVC enterradas cuyos diámetros con calculados de tal manera que en cada hidrante existe la presión suficiente para los aspersores. En algunos casos se tendrán que instalar cámaras de rompe presión.
3.9 Línea de riego
m
óvil ( Figura 1-I)La línea de riego móvil consiste de una manguera con aspersores que es conectado a los hidrantes para regar, en forma rotativa, todo el sector de riego. Si el sector de riego consiste de varias propiedades la línea de riego móvil es compartida entre los usuarios de este sector.
4
Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado
En riego presurizado se distingue por lo general entre las técnicas siguientes: riego por goteo, riego por micro aspersión, y riego por aspersión. La aplicación de cada uno de las tres está sujeta a criterios distintos, porque cada uno tiene características técnicas diferentes, aplicaciones distintas, y costos por hectárea diferentes.Hasta la fecha PRONAMACHCS tiene mayor experiencia con riego por aspersión, un poco de experiencia en micro-aspersión, y para riego por goteo contamos tan sólo con información referencial de otras instituciones como la INIA. Por lo tanto este documento enfatiza en la tecnología de riego por aspersión, hasta tener más experiencia significativa en las otras tecnologías.
Sin embargo, se presentará aquí algunas consideraciones para los que ya quieren orientarse hacia goteo y micro-aspersión.
Seleccionar una de las tres depende de una gama de factores entre los cuales señalamos como más importantes:
Costos de inversión por hectárea Costo real del agua
Tipos de cultivo
Presiones disponibles
4.1 Costos de inversión por hectárea
Como sistemas por goteo y por micro aspersión son fijos, estos requieren una cobertura completa del área a regar. La distancia entre líneas y entre emisores depende mucho del tipo de cultivo y las distancias entre sus plantas. En árboles frutales el distanciamiento entre líneas y entre emisores puede subir hasta 8 o 9 m, mientras que en horticultura puede haber tan sólo 0,2 m entre emisores y 0,75m entre líneas. Se deja entender entonces que el tipo de cultivo influye mucho en la inversión por hectárea de estos sistemas, mientras que en sistemas móviles con aspersores la variación en espaciamientos no influye mucho en los costos del sistema.
Como consecuencia de muchos factores, los costos por hectárea de cada tipo de sistema pueden variar considerablemente. Sin embargo, la tendencia de sistemas presurizados es la siguiente ranking de costos por hectárea:
Cuadro 1: Ranking de costos por hectárea de sistemas de riego presurizados
Tipo de sistema Ranking de: bajo costo alto costo/ha
Riego por aspersión Bajo – mediano
Micro aspersión Mediano – alto
Goteo Bajo – alto (bajo sólo en cultivos permanentes de
4.2 Costo real del agua
Una indicación de eficiencias que se logran con los diferentes tipos de riego es: Riego por aspersión: 65%-75%; riego por goteo: 85%-90% (no tenemos datos sobre micro aspersión).
Un factor que influye en la selección es por lo tanto, el valor productivo por m3 de agua, que depende
dos
factores: El valor de la producción agrícola por cada m3 de agua consumido por el cultivo, y la escasez del agua.Estas apreciaciones nos conducen a tener una indicación inicial para el uso de las técnicas en la Sierra: goteo en zonas más cálidas donde las fuentes de agua son más escasas con caudales limitados, y donde las oportunidades de producciones de alto valor sean mejores (diversificación, mercado); el riego por aspersión tendría mejores condiciones de aplicabilidad en zonas de altura, para el riego de pastos, forrajes y cultivos tradicionales. Micro aspersión sería especialmente apropiado para el riego de viveros, huertos, invernaderos, etc.
4.3 Tipos de cultivo
En general, por ser sistemas fijos o semi-fijos (es decir, fijos durante una campaña agrícola), riego por goteo y micro aspersión son adecuados para cultivos permanentes y semi-permanentes , en lo cual se requiere una aplicación de agua localizada en la zona radicular de las plantas. Se puede pensar en arboricultura, viñas, viveros invernaderos, etc.
También hay experiencias en cultivos de papa y hortalizas (INIA) pero por ser fijo por lo menos durante la campaña del cultivo hay que tener toda el área cubierta con los dispositivos de riego lo que hace que la inversión sea mayor que en sistemas móviles con aspersores. En cultivos muy intensivos y rentables, de hortalizas en zonas cálidas por ejemplo, se puede justificar un riego por goteo o micro aspersión.
Riego por aspersión es aplicable en la mayoría de cultivos anuales, y para zonas de pastos es lo más recomendable por tener que regar con mayor grado de homogeneidad ya que el pasto no se cultiva en surcos pero cubre toda el área.
Para los cultivos más susceptibles a hongos tenemos que tener en cuenta las ventajas comparativas que el goteo presenta en comparación de un riego sobre las hojas.
Como una primera orientación, presentamos en el Cuadro 2 algunas indicaciones sobre técnicas de riego y su aplicación en diferentes cultivos.
Cuadro 2: Técnicas de riego más indicadas para algunos cultivos
CULTIVO GOTEO MICRO-ASPERSION ASPERSION
Arboles frutales X - -Viveros - X -Pastos - - X Zanahoria - X X Betarraga - X X Cebolla - X X Alfalfa - - X Alverja - - X Papa X - X Repollo X - X Rocoto X - -Viñas X - -Invernaderos X X
-4.4 Presiones Disponibles
Conforme la forma de administrar el agua, los sistemas de riego por goteo pueden funcionar con presiones mínimas, mientras que el riego por aspersión requiere presiones relativamente elevadas. Micro-aspersión ocupa una posición intermedia.
En sistemas por goteo, existen ahora emisores que autoregulan la presión, que se autolimpian etc, y por lo tanto las descargas no cambian en un rango largo de presiones. En micro aspersores y aspersores las descargas varían bastante entre las presiones mínimas y máximas permisibles. La presión mínima con qué trabajan aspersores depende mucho del material de confección: más ligera que sean (plástico), menos presión que se requiere para que funcionan satisfactoriamente. Por eso, en sistemas presurizadas por gravedad se recomienda implementar aspersores de plástico.
4.5 Síntesis
Como resumen, el cuadro siguiente da algunas características de los 3 tipos de riego presurizado.
Cuadro 3: Características de sistemas de riego presurizados
GOTEO MICRO ASPERSION ASPERSION
− Presiones entre 4m y 35m − Sistemas fijos
− Descarga por emisor entre
0.7 y 4.5 l/h
− Vida útil de cintas : 2 años − Se presta para zonas más
cálidas para poder producir con facilidad diferentes cultivos.
− Interesante para sistemas
muy intensivos de producción, en zonas más cálidas, aplicando fertilizantes a través de los emisores . − Adecuado para invernaderos. − Indispensable para arboricultura y cultivos permanentes. − Costo: S/. 2.500 a S/.
10,500/ha (sistemas INIA).
− Presiones entre 7m y 30 − Distancia entre líneas y
aspersores 1.5 –5 m.
− Sistemas fijos (por lo
general).
− Area mojada por
aspersor: .Entre 0.5 y 25 m2
− Descargas por aspersor
entre: 33 y 333 l/h
− Se presta para viveros en
todos los pisos altitudinales y para cultivos en zonas más cálidas, donde se puede producir con facilidad una variedad de cultivos.
− Adecuado para
invernaderos grandes.
− Costo± S/. 11,000/ha hasta ± S/. 20,000/ha (viveros
forestales).
− Presiones entre 12m y
45m
− Distancia entre líneas y
aspersores: De acuerdo al tipo de aspersor (7-20m).
− Area mojada por aspersor:
entre 50 y 200m2.
− Descarga por aspersor:
entre 0.0625 y 0.9 l/s (225 a 3240 l/h)
− Sistemas móviles.
− Se presta para todas las
alturas porque se puede implementar pastos en zonas altas como en otros tipos de cultivo en todos los pisos altitudinales.
− El viento puede bajar
considerablemente la eficiencia.
− Costo: S/. 2,500 a S/.
PARTE II:
P
ASOS DEL DISEÑO
1
Estudio de pre-factibilidad
La identificación de un proyecto de riego tecnificado, debería pasar por un inventario de las fuentes de agua a nivel de caserío/comunidad, en que se aforan los caudales en estiaje y se determinan los usos actuales y potenciales. Luego se hace un taller comunal de planificación del uso de agua. En esta fase se puede detectar los intereses de la población en riego tecnificado, y se puede ver si hay fuentes de agua disponibles exclusivamente para riego, o si en caso contrario se presentan posibilidades para sistemas de uso múltiple en que se combinaría agua potable con riego tecnificado.
Unos puntos de partida para el desarrollo de riego tecnificado son los siguientes:
Se busca desarrollar riego tecnificado en un primer instancia a partir de fuentes y
manantiales, y no tanto a partir de canales de regadío, dado la complejidad relacionado a la introducción de riego tecnificado en los últimos1.
Se partirá del principio de que los beneficiarios contribuyan financieramente a la
inversión en riego tecnificado, específicamente los equipos que se instalen en sus propios parcelas, por ser esto un factor clave para la sostenibilidad de las inversiones. De no procederse de esta manera, el momento de desgastarse los equipos de riego aplicados en la chacra probablemente significará el fin de la vida útil del proyecto. Para lograr eso se puede buscar formas para facilitar esta contribución financiera, por ejemplo mediante un programa de créditos.
Antes de tomar la decisión de elaborar un estudio técnico sobre un proyecto de riego, se tiene que saber en base a un diagnóstico en que se recogen informaciones y datos de campo, claves, si el proyecto tiene una alta probabilidad de tener éxito, tanto técnicamente como socioeconómicamente. El proyecto tiene que tener aceptación social, y sobre los siguientes puntos clave se deben tener acuerdos entre la institución y la población antes de iniciar la elaboración del expediente técnico:
Identificación de posibles beneficiarios Repartición de agua y de tierras
Participación financiera de los beneficiarios en la inversión del proyecto
De igual manera, se tiene que saber si técnicamente el proyecto es factible, cuántas hectáreas se podrían regar con el caudal disponible, y cuales son los cultivos que los agricultores van a poner.
Se debe tener una idea sobre los beneficios a generar con el proyecto para determinar la inversión permisible por hectárea.
Siempre hay cosas que se determinarán recién con el estudio detallado del proyecto: por ejemplo, la participación de algunos agricultores cuyos terrenos están ubicados relativamente lejos dependerán de que si el costo por hectárea permite su inclusión.
1Para una reflexión más a fondo de este asunto referimos al documento: “Riego por aspersión:
El estudio de pre-factibilidad tiene un componente social, técnico y económico. Para más detalles, véase el anexo 1.
1.1 Componente Social
Se tiene que asegurar una aceptación de la propuesta de riego tecnificado por parte de todos los futuros beneficiarios, tener definido los derechos al uso del agua, quiénes participan y quiénes no. Los futuros beneficiarios tienen que estar dispuestos a contribuir financieramente al proyecto (a parte de la mano de obra ), con fondos propios o mediante un crédito.
Un aspecto importante de tomar en cuenta es la ubicación de las parcelas a regar relativo a las viviendas, porque los equipos fijos y móviles de parcela difícilmente se conservarán sin la atención permanente de los regantes.
Es indispensable tomar el tiempo para tener conversaciones amplias con los futuros beneficiarios sobre estos asuntos.
1.2 Pre factibilidad Técnica
Se evalúa la disponibilidad de agua, el uso potencial de la fuente, el área total regable con el agua disponible, el área regable por usuario, las presiones disponibles, que tan dispersas se encuentran las parcelas a regar, el riesgo de erosión, y el viento.
1.3 Pre factibilidad económica
Se evalúa el incremento neto en área regada con la implementación del riego tecnificado, y se hace una proyección de los tipos de cultivo que se piensa poner para determinar inversiones por hectárea permisibles.
Levantamiento topográfico y catastral
1.4 Introducción
El levantamiento topográfico/catastral de la zona a regar, y de las fuentes de agua, es indispensable para lograr un buen diseño de un sistema de riego presurizado. Para obtener un resultado con mayor rapidez, se puede aplicar el diseño de mapas con uso del paquete de dibujo topográfico SURFER. Con este programa se puede procesar los datos topográficos de campo, previa su conversión en coordenadas XYZ, y construir el mapa de curvas de nivel a cada formato deseado.
1.5 Escala
La escala más adecuada del mapa topográfico es de 1:1000, pero en algunos casos podemos optar por un mapa a escala 1:2000, caso que la zona de riego fuera mayor a 40 has.
1.6 Elementos del terreno a mapear
El diseño del sistema de riego presurizado requiere los siguientes elementos a ser incorporados en el mapa topográfico (ver ejemplo, Figura 2):
Curvas de nivel cada 5 metros Límites de parcelas
Areas a regar y no regables (casas, parcelas de personas no involucradas, áreas
rocosas, bosques, áreas demasiado inclinadas o pantanosas, etc.)
Fuente(s) de agua
Cada una de estos elementos tienen que estar claramente indicados con líneas, colores, sombreados, etc. y acompañados con una leyenda.
La densidad de puntos a tomar en campo con teodolito depende de la topografía. Con una topografía bastante regular pueden bastar puntos de límite de terreno (cada 20 a 50 metros de lindero), pero donde la topografía es irregular (lomos y valles dentro de la misma parcela), o donde hay áreas en la parcela que no serán regadas, será necesario medir puntos adicionales.
1.7 Organización del levantamiento
Para la organización del levantamiento, se acuerda con la comunidad beneficiaria el día del levantamiento, y el número de personas y materiales necesarios. Tienen que presentarse el día del levantamiento todos los potenciales regantes, porque tenemos la experiencia que parceleros no quieren manifestar los linderos de las propiedades de sus vecinos (por razones entendibles).
Primeramente se determina el orden de las parcelas a levantar y se planifica el trabajo con los presentes. En cada estación se deja una estaca pintada para uso posterior (por ejemplo cuando algún punto tuviera ser corregido posteriormente.
m a n a n t i a l E l D u e n d e
Figura 2: Ejemplo de un mapa topográfico/catastral para un proyecto de riego presurizado - 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 0 8 0 0 8 5 0 9 0 0 9 5 0 1 0 0 0 1 0 5 0 1 1 0 0 1 1 5 0 a r 1 1 T e ó f i l o L e i v a 0 , 1 6 h a 0 6 J u l i o M o r e n o 1 , 2 2 h a 0 8 G i l b e r t o V a r g a s 0 , 4 0 h a 1 0 P e d r o L e i v a 1 , 6 2 h a 1 3 T e ó f i l o L e i v a 0 , 9 4 h a 1 2 A m a n c i o M o r e n o 0 , 5 7 h a 0 9 R a u l T e l l o 2 , 7 2 h a 0 5 M i l c i a d e s R o d r i g u e z 0 , 5 5 h a 0 3 F e l i p e R o d r i g u e z 0 , 5 4 h a 0 4 P o r f i r i o V a r g a s 0 , 5 5 h a 1 4 C o n c e p c i ó n C o j a l 1 , 5 6 1 5 G r i c e r i o S a l a z a r 2 , 7 5 h a 1 8 M i l c i a d e s R o d r i g u e z 2 , 1 8 h a 1 9 J a c o b o R o d r i g u e z 4 , 0 7 2 2 S a b i n o C o j a l 1 , 1 7 h a 2 0 R a u l T e l l o 4 , 8 5 h a 1 7 P a b l o C o j a l 0 , 6 9 1 6 F e l i c i a n o S a l a z a r 3 , 2 2 h a 2 1 T e r m ó f i l o S a l a z a r 2 , 2 5 0 1 T e ó f i l o L e i v a 1 , 0 4 h a 0 3 E u s t a q u i o V a r g a s 0 , 3 9 h a m a n a n t i a l E l D u e n d e
En áreas grandes (más de 50 has) puede ser conveniente levantar primeramente un polígono de estaciones, y después levantar las parcelas.
Por lo general, se puede trabajar con dos portamiras a la vez, con el fin de avanzar más con el trabajo y no dejar esperar demasiado a los ayudantes.
El topógrafo y su libretista tienen que prepararse bien para el día de levantamiento, a fin de evitar que se olviden atributos, o que al inicio del levantamiento aún tiene que aprender las funciones de un teodolito específico. Hay que tener la libreta ya prellenada con columnas de datos.
Se tiene que escribir en letra clara, y evitar errores de lectura y de transcripción, porque esto implica costos de volver a tomar puntos, no solamente del topógrafo sino también de los beneficiarios.
1.8 Croquis
Es de mucha importancia elaborar durante los levantamientos croquis detallados de todos los detalles levantadas, con números de puntos que coinciden con los de la libreta topográfica.8520
Figura 3: Ejemplo de un mapa topográfico/catastral para un proyecto de riego presurizado
En levantamientos que
comprenden varias
estaciones (puntos donde se ubica el teodolito), se debe además incluir a parte, un diagrama de estaciones en forma de polígonos (Figura 3)
1.9 Anotación de
lecturas en la libreta de campo
El nombre de la estación aparece solo en la primera fila de una serie de puntos tomados de la estación. Debajo del nombre de la estación apuntamos la altura del eje del teodolito sobre la estaca sobre la cual esta centrada la estación.
Ejemplo:
Nombre estación Observación Nombre
punto
lectura mira
Distancia inclinada
Angulo horizontal Angulo vertical
grados minutos segundos grados minutos segundos
E - 2 M an a nt i al 1 2 21 10 35 30 75 3 2 00 Al t ur a te o d 2 2 35 99 20 5 0 10 0 5 5 00 = 1 , 5 1 m. 3 3 80 11 0 01 00 94 40 30 vi s t a a t r á s 4 2 10 9 12 3 30 30 95 5 5 00 e n E - 1 5 2 10 1 12 0 10 30 92 3 3 5 0 Vi st a a de l . E - 3 2 99 15 0 05 5 0 10 2 1 2 00
Cuando se ubica una nueva estación, las lecturas correspondiente con este punto, desde la estación anterior, serán marcadas con
vista adelante
. Desde la nueva estación, seE 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E E 7 E 8
realiza primeramente una vista atrás hacia la estación anterior, u otra estación previamente utilizada, y se pone en cero el ángulo horizontal.
1.10 Conversión de datos de campo para su ingreso en SURFER
Para el ingreso de datos en el programa SURFER es necesario la conversión de coordenadas polares (ángulos y distancias) en coordenadas ortogonales (X, Y, Z). Para este fin se ha diseñado un programa de conversión en FOXPRO (PUNTO).
El programa genera un archivo en formato WK1 (LOTUS), que es reconocido por SURFER. En la primera columna encontramos las coordenadas X, en la segunda las coordenadas Y, en la tercera las coordenadas Z, y en la cuarta la identificación de los puntos (números o nombres).
1.11 Dibujo
Una vez generado la base de datos con coordenadas XYZ, esta es procesado por SURFER para generar el plano con curvas de nivel (escoger [
contours
] del menu [plot
]), y puntos del levantamiento ([post
]).Podemos además utilizar el SURFER como programa de dibujo, para dibujar el plano catastral (parcelas), otros elementos (casas, caminos, quebradas, bosques, etc).
Posteriormente se pueden dibujar en el mismo plano los componentes del sistema de riego como son: Líneas de conducción, obras de arte, reservorios, hidrantes y líneas fijas de parcela.
1.12 Cálculo de la superficie de las parcelas
Para los próximos pasos del proceso de diseño necesitaremos las superficies de las parcelas levantadas. Para eso podemos utilizar un planímetro, o cuando no se cuenta con este instrumento podemos planimetrar con papel milimetrado transparante.
Se coloca el papel milimetrado encima de la parcela y se cuentan los cuadrículas de centímetro cuadrado que caben dentro de la parcela. Las cuadrículas que caben parcialmente se cuentan como ¼, ½, o ¾. Luego se suman todas las cuadrículas y se multiplica por el área representada por un centímetro cuadrado (si la escala es de 1:1000, un centímetro cuadrado representa 100 metros cuadrados).
Luego se resumen los resultados de esta operación en un cuadro.
Cuadro 4: Superficies de las parcelas
Proyecto: Fecha levantamiento:
Caserío: caudal disponible: Lit/seg
Parcela Nº Beneficiario Area total (ha) Area regable (ha) Area a ser regada
(ha)
2
Demanda de agua
2.1 Plan de cultivos por usuario
Aunque en este momento no sabemos exactamente cual es el área que se puede regar, lo que sí sabemos a partir de la ficha de pre-factibilidad es cuantas familias están interesadas y podrán razonablemente beneficiar del proyecto porque cumplen con los criterios establecidos. También tenemos una idea aproximada del área total a regar y el área por familia, datos que van a tener que ser determinados con más precisión en los capítulos siguientes.
Se tiene que determinar en una primera instancia cuáles son los cultivos que los agricultores quieren poner con el riego por aspersión, y más o menos en que proporción del área a regar. También se tiene que definir la cédula de los cultivos, es decir los momentos de siembra y de cosecha. Se establecerá el cuadro siguiente:
Cuadro 5: Plan de cultivos
Proyecto: Caserío:
Nombre agricultor:
Cultivo % del área a regar época de siembra Epoca de cosecha
Total: 100%
Eso nos dará para el conjunto de los usuarios el plan de cultivos que se piensa poner.
2.2 Definición del ETP, el K c y la eficiencia de riego
La evapotranspiración potencial ETP, un valor que indica la evaporación de agua a través de un cultivo referencial, en este caso pasto, está relacionado a la altura en que está ubicado el cultivo, y se exprime en mm/día. Tomando referencia a investigaciones hechos en el valle de Cajamarca, en lo cual se ha determinado un ETP de 3,5 a 4 mm/día a un 2,750 msnm, y notando que con Penman y Hargreaves se calcula para Cajamarca a una altura de 2500 msnm una ETo de aproximadamente 3,5 mm/día, se puede establecer la relación siguiente entre ETP y altura: sin equivocarse mucho:
Ejemplo:
El agricultor Juan Alvarez todavía no sabe exactamente cuantas
hapodrá regar con el
futuro proyecto de riego por aspersión, pero su idea es de poner en la mitad del
terreno (50%) maíz, y en la otra mitad (50%) alfalfa.
Cuadro 6: Valores estimados de ETP (condiciones de Cajamarca) en función de altura
Para zonas intermedias habría que interpolar entre estos valores.
Con los coeficientes de cultivo (Kc) se puede determinar los
requerimientos en agua que necesita un cultivo en cada etapa de su ciclo vegetativo. El Kc es un factor que
corrige la evapotranspiración para un cultivo diferente al pasto, tomando en cuenta características específicas del cultivo y las etapas de su ciclo vegetativo. Normalmente, para diseñar un sistema de riego, se toma como referencia la etapa con el requerimiento más alto para estar seguro que el cultivo no carece de agua.
Sin embargo, en la práctica campesina, en situaciones con escasez de agua, se aplica mayormente una sub-irrigación sistemática, es decir que los cultivos siempre reciben menos de su requerimiento que necesitan para desarrollarse óptimamente. Lo que busca el agricultor es tener una área máxima bajo riego, en vez de una producción optima. Por ello, podemos tomar como referencia el requerimiento promedio de los cultivos sobre su ciclo vegetativo para estimar el consumo de agua en las parcelas. El Cuadro 7 muestra para algunos cultivos el coeficiente de cultivo Kcpromedio.
Cuadro 7: Valores de coeficiente de cultivo promedio Kc
CULTIVO Kc CULTIVO Kc Alfalfa Alverja Avena Berenjena Caña de azúcar Cebada Cebolla seca Cebolla verde Col Espinaca Frijol seco 0,9 0.89 0.80 0.82 0.95 0.80 0.90 0.74 0.86 0.73 0.87 Frijol verde Lechuga Lenteja Maíz dulce Maíz grana Papa Pasto Pimiento Rábano Trébol Trigo Zanahoria 0.75 0.70 0.79 0.88 0.83 0.83 1.00 0.83 0.73 1.00 0.80 0.84
Para un plan de cultivo con varios cultivos a la vez se tiene que estimar el consumo total de las parcelas con el porcentaje de cubrimiento que tiene cada cultivo:
2.3 Eficiencia de riego
Para la eficiencia de un sistema de riego por aspersión se considera que las pérdidas de agua ocurren mayormente a nivel de la parcela, porque la conducción entubada desde la fuente minimiza las perdidas a este nivel. Podemos estimar bajo condiciones normales un 70%. Sin embargo, bajo ciertas condiciones la eficiencia puede ser más baja:
En el caso de pequeñas parcelas y aspersores con diámetros de humedecimiento
una parcela con por ejemplo 40% alfalfa y 60 % papa tendrá un coeficiente de cultivo
total de 0,4 x K
calfalfa + 0,6 x K
cpapa.
Altura (msnm) ETP (mm/día)
1500 4,5
2500 3,5
en esta franja otros cultivos que se adapten al riego deficiente y aprovechen el agua al máximo.
En zonas con vientos fuertes, puede haber pérdidas grandes por que el viento lleva parte
del agua pulverizada fuera de las parcelas de riego. Eso ocurre aún más con aspersores que dan una pulverización alta del agua (ejemplo: Naan 501), sobre todo si están funcionando en partes del sistema con presiones altas. Se lo puede remediar buscando un tipo de aspersor que pulveriza menos el agua, o
escoger momentos en el día o en la noche con menos viento. Barreras de viento serían una solución a más largo plazo.
Al no solucionar los dos puntos
arribamencionados, la eficiencia puede bajar a un 50%!
Figura 4: Franja exterior con menor intensidad de riego en una parcela de riego por aspersión
2.4 Definición de la demanda de agua de la parcela y del módulo del sistema
Con la información de los capítulos anteriores, se puede determinar ahora la demanda de agua a nivel de la parcela y a nivel del sistema.
La demanda de agua de una parcela con determinadas plantas está dada por:
Ln = ETP * Kc, donde:
Ln = Lámina neta (mm/día)
ETP= Evapotranspiración potencial (mm/día)
Kc = Coeficiente de cultivo promedio de las plantas
El módulo de esta parcela se calcula a través del razonamiento siguiente: La evaporación de una lamina de 1 mm de agua por día en 1 hectárea equivale a un volumen de agua de
0,001 x 100 x 100 = 10 m3= 10 000 litros/día.
1 día (24 horas) tiene: 24 x 60 x 60 = 86 400 segundos
Por hectárea, 10 000 litros/ día equivalen a
10 000 = 0.116 litros/seg. 86 400
Entonces, la evaporación de 1 mm/día equivale a un caudal fijo de 0.116 litros/seg/ha.
El módulo de la parcela (módulo neto Mn) está dado por:
Mn= Ln* 10 000 (litros/segundo/hectárea)
86 400
Mn= Módulo neto
Ln = Lámina neta
Para determinar el módulo del sistema Ms (módulo bruto) se tiene que tomar en
Ms = Mn* 100
Eff
Ms = Módulo del sistema (bruto) (l/s/ha)
Mn= Módulo de la parcela (neta) (l/s/ha)
Eff = Eficiencia total del sistema (%)
Ejemplo:
Supongamos un agricultor que quiere hacer una parcela con riego por aspersión con
50% papas, 25% alfalfa y 25% col. Su parcela se encuentra a 3000 msnm. La
eficiencia total del sistema se estima a 65%.
El ETP en esta parcela será 3 mm/día (interpolado del Cuadro 6
).
El coeficiente de cultivo promedio K
cen esta parcela será (véase Cuadro 7
)
Kc = 0,5 * 0,83 + 0,25 * 0,9 + 0,25 * 0,86 = 0,86 Ln = ETP * Kc= 3 * 0,86 = 2,6 mm/día Mn= Ln* 10 000 = 2,6 * 10 000 = 0,3 l/s/ha 86 400 86 000 Ms= Dn* 100 = 0,3 * 100 = 0,46 l/s/ha Eff 65
evapotranspiración de la parcela = L
n= ETP x K
c1 ha
L n= 2,6 mm/día = 26 000 lit/día M n = 26 000 = 0,3 lit/seg 86 4003
Area neta regable
3.1 El caudal de diseño del sistema
En el caso de la Sierra Peruana, donde el agua es un recurso escaso mayormente disponible en forma de manantiales, pequeñas fuentes, o ríos y quebradas que llevan agua todo el año, el área total que se puede regar a partir de un manantial (o manantiales), quebrada o canal depende del caudal disponible en la época de estiaje. Es necesario analizar de cada fuente cuáles son sus otros usos, a parte del riego. Véase la ficha de evaluación de la pre-factibilidad de un proyecto de riego por aspersión, anexo 1. Hay que tomar referencia al plan de cultivos que se propone por los agricultores, y analizar cómo la cédula de los cultivos se relaciona con la disponibilidad de agua en diferentes momentos.
En el mes de mayo / junio, cuando terminan las lluvias y empieza la campaña de riego, los caudales son todavía altos.
En los meses de agosto / setiembre, los caudales bajan hasta su mínimo, limitando el área a regar en este momento a un mínimo también.
Si existen fuertes variaciones entre los caudales disponibles al inicio de la época de estiaje, meses Junio-Julio, y el final de estiaje, se puede aumentar al caudal de diseño con un 20 a 30%, a fin de aprovechar la mayor disponibilidad hídrica en Mayo-Julio y en época de lluvias. Pero no debemos sobredimensionar demasiado el sistema, ya que esto implica un importante aumento de inversión. Hay que tener en cuenta también que al inicio de la época de estiaje por lo general la demanda de agua aún no es muy fuerte.
La decisión sobre el dimensionamiento del sistema en función al caudal mínimo de estiaje medido, deberá ser tomada en diálogo con los futuros beneficiarios y con juicio, analizando la utilización del agua de riego en las diferentes épocas del año, costos de inversión, etc.
En el caso de que se quiera tomar el agua de un canal para un sistema de riego por aspersión, la disponibilidad en agua, a parte de saber el caudal que lleva el canal en mayo/junio y en setiembre, depende de cuántos turnos van a poder ser utilizado para el sistema de riego por aspersión, cuántas horas tiene cada turno y cuánto tiempo hay entre dos turnos. Eso requiere un buen análisis del sistema de reparto del canal. Es conveniente convertir un turno de un canal de riego en un caudal continuo equivalente, para el cálculo del área a regar por aspersión.
Ejemplo:
El Caudal del canal es:
15 l/s
El turno de riego es: 4 horas cada 9 días
El caudal continuo equivalente es: 15 * 4 = 0.278 l/s
9 * 24
3.2 El área total regable
El área regable del sistema está dada por:
A = Q (Ha)
Ms
A = Area regable (Ha) Q = Caudal (l/s)
Ms = Módulo del sistema (l/s/ha)
3.3 Por usuario
Una vez determinado al área total que se podrá regar con el caudal disponible, se tendrán que fijar las áreas netas de cada usuario. Hay tres formas de determinar la distribución de parcelas entre usuarios:
La forma equitativa, en que cada uno tiene una parcela de la misma área. Eso se aplica
cuando cada uno de los usuarios tiene mucho más terreno de lo que se puede regar.
La forma proporcional, de acuerdo al área total que tiene cada uno: eso se aplica si una
repartición equitativa dejase un número considerable de usuarios con más agua que necesario para regar su terreno.
Proporcional con un tope máximo de X Has por beneficiario, si la distribución
proporcional dejaría a unas pequeñas parcelas con muy poca área regada.
La propuesta de una parcela comunal se puede considerar, pero es mucho más complejo en términos de quién dará el terreno, quienes son responsables para el mantenimiento del equipo, que se hará con la cosecha, etc.
Ejemplo:
Con el ejemplo del capítulo 4, suponiendo que la fuente que se piensa utilizar tiene
un caudal de 2,5 l/s en setiembre que es 100% utilizable para riego, el área a regar
sería dado por:
Caudal de diseño:
Q = 2,5 + 20% = 3 l/s
A = 3 = 6,5 Ha.
4
Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores
4.1 El intervalo y la dotación de riego
Tenemos que saber aquí con qué tipo de suelo contamos, que profundidad tiene, y hasta qué profundidad van las raíces de las plantas.
El agua disponible en el suelo se expresa en porcentaje de volumen del suelo, y varía con el estado de humedecimiento del mismo. Los dos extremos son:
Capacidad de campo: el suelo está totalmente mojado, pero no saturado; el agua que no
está adherida a las partículas del suelo por fuerzas capilares ha sido drenada.
Punto de marchitez permanente: el suelo contiene tan poco agua que las plantas sufren
y que el proceso de marchitez es irreversible.
El volumen de agua entre estos dos extremos se llama Agua Rápidamente Aprovechable (ARA), y constituye el agua que teóricamente está a la disposición de las plantas. Este volumen de agua disponible varía considerablemente con el tipo de suelo. El da valores para 3 tipos: suelos arcillosos, limosos y arenosos.
Del agua disponible en el suelo, entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente, solamente una parte es fácilmente aprovechable para la planta para evitar que la planta sufra de una escasez de agua: la Fracción de Agua Rápidamente Aprovechable (FARA, ver Cuadro 8).
Cuadro 8: Datos sobre profundidad de raíces de cultivos en media estación y la Fracción de Agua Rápidamente Aprovechable (FARA).
CULTIVO PROFUNDIDAD RAICES (m) F A R A Ln>3mm/día Ln< 3mm/día Alverja Alfalfa Caña de azúcar Cebada Cebolla Col Espinaca Frijol Lechuga Legumbres Maíz Papa Pasto Pimiento Trigo Zanahoria 0.45-0.60 1.5 0.45-1.05 1.25 0.3 0.60 0.60-0.90 0.45-0.60 0.15-0.45 0.4 0.6-0.9 0.6-0.9 0.3-0.75 0.75 0.75-1.05 0.45-0.60 0.35 0.55 0.65 0.55 0.25 0.45 0.2 0.45 0.3 0.2 0.55 0.25 0.5 0.25 0.55 0.35 0.45 0.7 0.85 0.7 0.3 0.6 0.25 0.6 0.4 0.25 0.7 0.3 0.65 0.3 0.7 0.45 Fuente: FAO publicación 24 / ILRI publicación 46
Cuadro 9: Capacidades de retención de agua de diferentes tipos de suelo
TIPO DE SUELO Agua Rápidamente Aprovecha(ARA)
(volumen %) Arcilloso Limoso Arenoso 20% 14% 6%
Fuente: FAO publicación 24
La cantidad de agua que una planta puede extraer del suelo está determinada por la profundidad de sus raíces en
m,
el agua rápidamente aprovechable en el suelo (ARA) en decimales, y la fracción de esta agua (FARA), igualmente en decimales, que depende del cultivo y de la evapotranspiración en la zona. Esta cantidad es expresada en unalámina de
agua
, (LARA, Lámina de Agua Rápidamente Aprovechable) generalmente tiene la dimensión de mm.CUIDADO: si el suelo es menos profundo que los valores en el Cuadro 8, se toma como profundidad de raíces la profundidad del suelo!
En fórmula
LARA = prof.raíces(m) * ARA * FARA * 1000 (mm)
El intervalo de riego (IR) depende de la lámina que evapora la planta por día (Ln) y la
cantidad de agua que puede extraer del suelo (LARA), y está dado por:
IR (días) = LARA (mm)
Ln(mm/día)
La dotación neta de riego Dn (en mm) es la lámina de agua que se requiere dar al
suelo cuando la planta ha extraído la fracción de agua rápidamente aprovechable (FARA) de su zona de raíces. Una dotación más grande significa una pérdida de agua, por que significa que el nivel de humedad en la zona de raíces superará la capacidad de campo, y parte del agua percolará por debajo de la zona de raíces.
La dotación bruta de riego Db (en mm) es mayor que la dotación neta (Dn) porque
parte de la lámina de riego aplicado es perdida como consecuencia de desuniformidad de la lámina aplicada, y otros factores:
Db = Dn * 100
Eff ap
Eff ap= Eficiencia de aplicación (65-75% para riego por aspersión, 85-90% para
riego por goteo)
Para los pequeños sistemas a que se refiere esta guía, y dado el hecho que las conducciones y distribuciones serán generalmente entubadas, se asume que las principales pérdidas ocurrirán a nivel de parcela, justamente en la aplicación del agua a la planta. Por eso se considera que la eficiencia de aplicación prácticamente equivale a la eficiencia total del sistema.
La dotación bruta Db tiene que ser asegurado por los aspersores que tienen una
intensidad de precipitación P (mm/hora), y eso determina el tiempo de riego, es decir las horas que los aspersores tienen que estar en una sola posición.
En parcelas con diferentes cultivos la solución más práctica es de adoptar el intervalo más corto de los calculados para los diferentes cultivos.
4.2 La elección del aspersor
La elección del tipo de aspersor a aplicar en un sistema de riego por aspersión está sujeta a varios factores:
Velocidad básica de infiltración: la intensidad de precipitación del aspersor, expresada en
mm/hora, no debe superar la velocidad básica de infiltración del suelo, para evitar escorrentía.
El tamaño de las parcelas: en parcelas grandes se puede aplicar aspersores con una
diámetro mojado grande, mientras que en parcelas pequeñas se deberían aplicar aspersores con diámetros mojados más pequeños para adecuarse al área más pequeña, o aplicar aspersores sectoriales.
Tipo de cultivos: Si la parcela será dedicada a hortalizas con rotaciones muy estrechas,
será conveniente un aspersor con un diámetro pequeño (micro aspersores) para poder ajustar el riego a las necesidades de cada parte de la parcela.
Presiones de trabajo disponibles: para condiciones de la sierra se quiere aspersores que
puedan trabaja trabajar en un rango largo, desde presiones de 1 atm. hasta 4.5 atm.
Existe una gama larga de modelos de aspersores, adaptados a diferentes condiciones del terreno, exigencias del clima, características del sistema, etc. Sin embargo, no todos los tipos se adaptan igualmente a las condiciones específicas de un riego presurizado por gravedad, que es el tipo sistema que se adecua especialmente a la agricultura campesina de la Sierra (por su bajo costo: no se emplean estaciones de bombeo). Los siguientes criterios pueden servir para hacer una selección entre los modelos presentes en el mercado:
Ejemplo:
Con el ejemplo del capítulo 4, para el caso de la papa la Lámina neta L
nserá dado por:
Lnpapa = Kcpapa * ETP = 0.83 * 3 = 2,5 mm/día (Cuadro 7)
Entonces Lnpapa < 3mm/día FARA papa = 0,3 (Cuadro 8)
Suponiendo un suelo limoso de 0.75 m de profundidad, la cantidad de agua que la planta de
la papa puede extraer del suelo está dado por:
LARA papa = prof. Raíces papa x ARA limoso x FARA papa = 0.5 * 0.14 * 0.3 = 0.021 m.
= 21 mm.
El intervalo de riego, usando los datos anteriores, es de:
IR = LARApapa = 21mm = 8,4 días
Ln papa 2,5 mm/día
Se puede regar preferiblemente cada 8 días.
La dotación neta D
nes de 21 mm., y se tiene que saber la eficiencia de aplicación del riego
para conocer la dotación bruta D
b. Suponiendo una eficiencia de aplicación 70%, esta última
será de 21 / 0,7 = 30 mm.
El Tiempo de riego: Depende básicamente del tipo de aspersor. Si el aspersor seleccionado
tuviera una intensidad de precipitación de 4 mm/hora, el tiempo de riego sería 30 / 4 = 7,5
horas. En este caso se tomarían 8 horas (dos cambios de aspersores por 24 horas).
Material de confección: existen aspersores de bronce (de varias calidades) y de plástico
(igualmente de varias calidades). Por lo general, a pesar de que el bronce es más duradero, las marcas conocidas (VYR, Naan, Rainbird, Nelson, etc.) tienen aspersores de plástico de alta calidad. Aspersores de bronce requieren por lo general una presión mínima de 2 a 2,5 Bar (20 a 25 metros de carga de agua), lo que limita su aplicación para sistemas presurizadas por gravedad. Aspersores de plástico son más ligeros y pueden funcionar (aunque deficitariamente) con 10m de carga de agua.
Las conexiones de aspersores varían de ½” a 1” , y los aspersores pueden tener 1 o 2
boquillas. Aspersores con 2 boquillas tienen generalmente conexiones ¾” o 1” y emiten caudales mayores por lo cual necesitan presiones relativamente altas. Pueden tener impactos fuertes, que lleva el riesgo de la destrucción de la estructura del suelo en terrenos con pendientes fuertes. Para nuestros sistemas escogeremos preferiblemente aspersores de ½” con una boquilla.
Hay aspersores que son sectoriales y aspersores que funcionan a círculo completo.
Aspersores sectoriales tienen la ventaja de acomodarse con mayor facilidad en parcelas pequeñas.
Micro aspersores y aspersores tipo KARPAY, obtienen su movimiento rotativo de la
misma reacción del chorro de agua, contrario a los aspersores de tipo martillo que obtienen su rotación de un contrapeso y resorte que impulsa la cabeza giratoria. El impulso necesario para lograr la rotación disminuye la velocidad del agua y el radio mojado, con la consecuencia de que este tipo de aspersores tienen un diámetro más pequeño y una intensidad de precipitación mayor. Las desventajas son que se tiene que cambiar los aspersores más frecuentemente (cada 2 a 4 horas), y existe un mayor peligro de erosión por exceso de intensidad de precipitación. Ventaja es que este tipo de aspersores pueden dar una uniformidad aceptable con presiones más bajas (hasta mínimo 6 metros de carga de agua).
En resumen, para las condiciones de la sierra en dónde se quiere regar permanentemente con pequeños caudales, aprovechando al máximo de los desniveles en el terreno, eso nos lleva a tener preferencia para pequeños aspersores de plástico de tipo martillo, con 1 boquilla, y si posible sectoriales, porque:
Tienen precipitaciones relativamente bajas Su costo es relativamente bajo
Se aprovecha de presiones a partir de 10m Son aptos para pequeñas áreas
En el mercado, se encuentran entre otros los modelos siguientes: NAAN 5OI, NAAN 427, NAAN 435, VYR 802, y muchos otros.
Para la elección del aspersor podemos utilizar el software proporcionado por el fabricante NAAN (NAANCAT). Con este podemos obtener rápidamente una idea de las características de diferentes tipos de aspersores que hay en el mercado.
En situaciones donde los desniveles del terreno a regar con la fuente de agua son insuficientes para aplicar aspersores de tipo martillo, podemos optar por micro aspersores o aspersores tipo KARPAY.
Para este curso trabajamos con aspersores de plástico de la fábrica NAAN, porque NAAN tiene la ventaja de ofrecer un software para el diseño de redes de riego presurizado. A continuación se presentan dos modelos cuyas tablas de características se presentan en
NAAN 501
, espaciamiento recomendado hasta 8.5 m (con una altura de 0.8 metros sobre el suelo).Ventajas
: Precipitación relativamente baja: entre 1,6 y 7,3 mm/ hora.
Caudal bajo y diámetro mojado reducido: se adapta a pequeñas áreas (huertos) y a
caudales pequeños
Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.)
Desventajas
: Pulveriza mucho el chorro de agua, lo que efectúa pérdidas grandes en áreas con
mucho viento.
Comparado con aspersores de mayor diámetro, el costo por metro cuadrado irrigado es
mayor
NAAN 427
, espaciamiento recomendado hasta 15 m.Ventajas:
La precipitación está entre 4 y 8,2 mm/hora, que puede servir para dotaciones más
grandes de agua en menos tiempo, siempre y cuando la velocidad de infiltración del suelo lo permita.
Diámetro mojado más grande, para áreas más extendido, y el costo por metro cuadrado
irrigado es más bajo
Sectorial, facilita el riego en pequeñas parcelas, y puede evitar el choque del chorro
contra la ladera en caso de pendientes fuertes.
Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.)
Desventajas:
Puede tener un diámetro mojado grande para parcelas pequeñas, por ejemplo huertos.
4.3 Velocidad básica de infiltración (VBI)
La mejor manera de determinar la velocidad básica de infiltración VBI es mediante mediciones en situ, utilizando por ejemplo un cilindro infiltrómetro o el método del surco infiltrómetro. Para más información, véase “Necesidades hídricas de los cultivos”, Soto Hoyos 1997.
Algunos datos indicativos y referenciales sobre la taza de infiltración de diferentes tipos de suelos presenta el cuadro siguiente:
Cuadro 10: Velocidades de infiltración típicas
Textura del suelo Velocidad básica de
Infiltración (mm/hora) Arena Franca Limosa Franco arcilloso Arcillo 50 25 12,5 8 2,5
Una manera sencilla para hacer una estimación de la intensidad de precipitación de un tipo de aspersor, es a través de los cálculos siguientes:
Se determina, a través del anexo 2 o a través del programa NAANCAT, el caudal que corresponde con determinada presión y determinada boquilla, expresado en m3/h.
De acuerdo al espaciamiento entre los aspersores, se puede considerar que el área de influencia directa de cada aspersor, incluyendo todos los efectos de traslape, corresponde a la distancia de espaciamiento elevado al cuadrado
Si el caudal del aspersor es Q (m3/h) y la distancia de espaciamiento entre 2
aspersores es D (m), la precipitación del aspersor será
P = Q * 1000 (P en mm/h)
D²
Para una elección de un tipo de aspersor el criterio es entonces que
VBI P Ejemplo:
En el ejemplo del capitulo 4, el suelo es de tipo limoso. Un aspersor NAAN 427, trabajando a una presión de 15m (1.5 bar), con una boquilla de 4 mm (negra)
tendrá un caudal Q de 0.72 m3 /h (o sea 0.2 l/s). Con un espaciamiento entre
aspersores D de 12 m, la precipitación será P = 0.85 * 1000 = 5 mm/h
144
VBI > P 12.5 > 5 O.K.
El tiempo de riego del ejemplo del capitulo 7 con este aspersor bajo estas
condiciones esta dado por:
Dotacion bruta = 30 mm 6 horas
P 5 mm/h
