DISEO AGRONOMICO EN SISTEMAS DE RIEGO LOCALIZADO POR

DISEÑO AGRONOMICO EN SISTEMAS DE RIEGO LOCALIZADO POR GOTEO OCTUBRE 2012

GENERALIDADES FACTORES DEL BALANCE HIDRICO APORTE DE AGUA PRECIPITACION CULTIVO AGUA DE RIEGO • SUBTERRANEA (POZOS) • SUPERFICIAL (MITA JUs) SUELO LAMINA DE RIEGO INFILTRACION APORTE FREATICO

GENERALIDADES FACTORES DEL BALANCE HIDRICO CONSUMO DE AGUA TRANSPIRACION EVAPORACION + TRANSPIRACION CULTIVO Y SU ESTADO FENOLOGICO (Kc) EVAPORACION ESCORRENTIA SUPERFICIAL INFILTRACION SUELO LAMINA DE RIEGO EFICIENCIA DE RIEGO ABSORCION PERCOLACION

GENERALIDADES EL COEFICIENTE DEL CULTIVO - Kc. Kc = ETc (mm/día) / ETo (mm/día) Kc III 1. 40 1. 20 IV 1. 00 Cosecha II 0. 80 I 0. 60 0. 40 ESTADOS FENOLOGICOS 20 d 35 d 40 d 30 d 0. 20 Ini. Des. Max. Mad. Fin SEP OCT 0. 00 ABR MAY JUN JUL AGO Meses NOV

DISEÑO AGRONOMICO

DISEÑO AGRONOMICO 1. SECTORIZACION 1. Dirección de surcos 2. Forma de terreno 2. NECESIDADES DE RIEGO 1. Tomar el pico de diseño 3. CAPACIDAD DE RIEGO, PRECIPITACION HORARIA O INTENSIDAD DE APLICACIÓN 1. Caudal de goteros (L/h) 2. Distancia entre goteros (m) 3. Distancia entre laterales (m) 4. TIEMPO DE RIEGO 5. TURNOS DE RIEGO 6. CAUDAL DE DISEÑO

Introducción Ø El diseño agronómico es un componente fundamental de los cálculos justificatorios de cualquier expediente técnico de un proyecto de riego (presas de riego, reservorios de riego, canales de riego, riego por aspersión, riego por goteo etc. ). Ø La importancia de un buen diseño agronómico en los proyectos de riego por goteo repercutirá directamente en : - La producción y operaciones de riego - Capacidad de las redes y estructuras de riego

Ø El diseño agronómico es parte del proyecto y decide una serie de elementos de la instalación tales como número de emisores, disposición de los mismos, etc. Además proporciona datos básicos para el posterior diseño hidráulico, hidráulico como caudal por emisor y planta, duración de riego, etc. Ø Se desarrolla en dos fases: - Cálculos de las necesidades de agua, - Determinación de las dosis, frecuencia y tiempo de riego, número de emisores por planta y caudal del emisor.

(1) NECESIDADES DE AGUA Lo que nos interesa saber, es su valor crítico, crítico para su posterior dimensionamiento de las instalaciones de riego.

Efecto de localización Cálculo de Kc Cálculo de ETo Condiciones locales Necesidades netas Necesidades totales de agua

Cálculo de ETo Elección de Kc Kl (Coeficiente de localización) ETc = Kc*ETo Correcciones por condiciones locales ETc *Kl Gw (aporte capilar) ETrl Nn Ea, CU, R Nt

Se pretende conocer las necesidades máximas de agua para dimensionar posteriormente las instalaciones de riego. ü ü ü ü ETo Kc Kl Kcl Kad Pe, Ac, Aa K CU Necesidades totales o Lamina de riego Evapotranspiración de referencia, Coeficiente de cultivo, Coeficiente de localización, Coeficiente de variación climática, Coeficiente por advección, Precipitación, agua capilar, agua almacenada, Coeficiente por eficiencia aplicación o lavado, Coeficiente de uniformidad = { (ETo*Kc*Kl*Kcl*Kad) -Pe-Ac-Aa } / {(1 -K)*CU }

Cálculo del ETo Existen diferentes métodos para hallar ETo tenemos: • Método Tanque evaporimetro, Clase “A”, • Método Blaney Chiddle, • Método Penman modificado, • Método de Hargreves, • Penman Monteith (CROPWAT 8. 0). Una vez hallado el ETo de todos los meses, para fines de diseño, se seleccionará aquel que multiplicado por el Kc, nos de, el máximo valor.

METODOS DE CALCULO : METODO Dato Climático Temperatura Humedad Relativa Viento Insolación Blaney Criddle X X Radiación Penman X X X X Evaporación Condiciones Locales Tanque A X X

Fórmula de Penman – Monteith

Calculando ETo (mm/día) Usando datos del tanque Clase “A” 16

METODO DEL TANQUE EVAPORIMETRO CLASE “A” ETo (mm/día) = ETan (mm/día) x KTan ETo : Evapotranspiración del Cultivo de Referencia (mm/díamedia ) ETan: Evaporación diaria del Tanque A (mm/día ) KTan: Coeficiente del Tanque Evaporímetro Clase A DESCRIPCION DEL TANQUE DIAMETRO : 120. 5 cm. PROFUNDIDAD : MATERIAL : Hierro Galvanizado RECUBRIMIENTO : Pintura de Aluminio 25. 4 cm. CONDICIONES DE INSTALACION • Instalación sobre una plataforma de madera con intersticios para su ventilación. • La base debe estar a 5 cm. del suelo. • Se llena el tanque con agua hasta 5 cm. del borde. El nivel no debe bajar mas de 2. 5 cm. • Se toma las lecturas diariamente y a una hora fija.

METODO DEL TANQUE EVAPORIMETRO CLASE “A” EL COEFICIENTE DEL TANQUE Ktan (Caso 1) Dirección del viento Barbecho de secano 50 m ó más Distancia a Barlovento D (m) Velocidad del viento D Tanque Cubierta Verde Variable Humedad Relativa Media ( Km/día ) ( m/s ) <40 40 – 70 > 70 0 a 9 < 175 – 425 – 700 >700 <2 2– 5 5– 8 >8 0. 55 0. 50 0. 45 0. 40 0. 65 0. 60 0. 50 0. 45 0. 75 0. 60 0. 50 10 a 99 < 175 – 425 – 700 >700 <2 2– 5 5– 8 >8 0. 65 0. 60 0. 55 0. 45 0. 70 0. 60 0. 55 0. 85 0. 75 0. 60

METODO DEL TANQUE EVAPORIMETRO CLASE “A” EL COEFICIENTE DEL TANQUE Ktan (Caso 2) Dirección del viento D Cubierta Verde Barbecho de secano 50 m ó más Distancia a Barlovent o D (m) 0 a 9 10 a 99 Tanque Variable Velocidad del viento Humedad Relativa Media ( Km/día ) ( m/s ) <40 40 – 70 > 70 < 175 175 – 425 425 – 700 >700 <2 2– 5 5– 8 >8 0. 70 0. 65 0. 60 0. 50 0. 60 0. 55 0. 50 0. 45 0. 80 0. 75 0. 60 0. 70 0. 65 0. 50 0. 85 0. 80 0. 70 0. 65 0. 55

Determinación del Kc El Kc es el coeficiente de cultivo y es aquel que expresa la relación entre ETc y ETo, sus valores varían en función de la fase del cultivo. Una vez hallado el Kc de todos los meses, para fines de diseño se seleccionará aquel que multiplicado por ETo nos de el máximo valor.

EL COEFICIENTE DEL CULTIVO - Kc. Kc = ETc (mm/día) / ETo (mm/día) Kc III 1. 40 1. 20 IV 1. 00 Cosecha II 0. 80 I 0. 60 0. 40 ESTADOS FENOLOGICOS 20 d 35 d 40 d 30 d 0. 20 Ini. Des. Max. Mad. Fin SEP OCT 0. 00 ABR MAY JUN JUL AGO Meses NOV

Por motivos de efecto de localización, la cubierta arbórea es de aproximadamente 50%, entonces las FAO, distingue dos posibilidades: Cultivados limpios : Kc = 0. 55 Sin programa de lucha contra malas hierbas: Kc = 0. 85 Se puede elegir un valor intermedio estimado: Kc = 0. 70

EL COEFICIENTE DEL CULTIVO PONDERADO – Kc ponderado = (A 1 x Kc 1+ A 2 x Kc 2+ A 3 x Kc 3+ ……. +A 7 x Kc 7) (A 1 + A 2 + A 3 + A 4 + A 5 + A 6 + A 7) A 1 Kc 1 A 5 Kc 5 A 2 Kc 2 A 6 Kc 6 A 3 Kc 3 A 7 Kc 7 A 4 Kc 4 A 7 Kc 7 Área del Proyecto

Ejemplo selección ETo y Kc El valor de ETc seleccionado para efectos de diseño es el máximo de los obtenidos mensualmente. Ejemplo, fue calculado: ETo = 6, 51 mm/día y Kc = 0, 70

ETc = ETo * Kc FACTORES DE CORRECCION DE LA ETc = 6, 51 mm/día * 0, 70 ETc = 4, 56 mm/día

Efecto de Localización (Kl) El coeficiente de localización (Kl) corrige la ET disminuyéndola, debido a la reducción del área de riego, producto de la localización del riego con goteros o microaspersores. RIEGO POR GRAVEDAD RIEGO LOCALIZADO T T E microclima T E

Efecto de localización

La ET depende de la masa de follaje, superficie de hojas, volumen de copa, etc. y como estas variables son difíciles de cuantificar se las representa en función del % área sombreada. Aljibury Decroix Hoare Keller Kl = 1. 34*A Kl = 0. 1+A Kl = A+0. 5*(1 -A) Kl = A+0. 15*(1 -A) Para obtener Kl se calcula por los 4 métodos y se trabaja con el promedio. A = Fracción de Área Sombreada por el Cultivo (al medio día) Kl = Factor de Localización (Se utiliza para corregir la ETc)

Ejemplo: Palto con marco de 6 * 4 A. sombreada = Pi*D 2 / 4 = 3. 14*42 / 4 = 12. 56 m 2 Área total = 6 x 4 = 24 m 2 % A. Sombreada = A. Sombreado/A. total % A. Sombreada = 12. 56 / 24 = 0. 52 Resultados Kl con área sombreado para palta 52% y para paprika 70% PALTA PAPRIKA Alljiburi Kl = 0. 70 Kl = 0. 94 Decroix Kl = 0. 62 Kl = 0. 80 Hoara Kl = 0. 76 Kl = 0. 85 Keller Kl = 0. 59 Kl =0. 74 PROMEDIO 0. 67 0. 83 ==> 4. 56 mm/día * 0. 67 = 3. 05 mm/día

Correcciones por condiciones locales Determinación de Variación Climática (Kcl) El Kcl es el coeficiente variación climática y se utiliza para corregir los valores de promedios mensuales o de los promedios de un periodo determinado, utilizados para los cálculos de la ETo. Para riego localizado este valor se estila poner entre 1. 15 y 1. 2 (Pizarro 1996) ==> 3. 05 mm/día*1. 20 = 3. 66 mm/día

Determinación de la Variación por Advección (Kad) El Kad es el coeficiente por advección, el cual castiga a la ETo debido a que el efecto producido por un área de riego cada vez mas grande disminuirá la ETo. Ejemplo: Supongamos un área de riego de 11 ha. => 3. 66 mm/día * 0. 90 = 3. 29 mm/día

Necesidades Netas (Nn) Nn = ETrl – Pe – Ac - Aa Pe, es aporte de agua por la precipitación efectiva, Ac, es aporte de agua capilar que se debe considerar en el caso de que el nivel freático este próximo. Aa, es aporte del agua almacenada que tampoco se considera, por que con los riegos de alta frecuencia, pretendemos reponer inmediatamente el agua extraída para no gastar energías en sustraer agua almacenada mas allá de la lamina diaria. Ejemplo: Para nuestro ejemplo no tenemos aportes de agua provenientes de precipitación, capilaridad ni por almacenamiento. ==> Nn = 3. 29 mm/día - 0 - 0 = 3. 29 mm/día

Necesidades Totales (Nt) Para dicho cálculo, a partir de las Nn, hay que tener en cuenta 3 hechos: - Pérdida de agua por percolación, - Necesidades de lavado, (LR). - Falta de uniformidad de riego.

Necesidades totales Agua a aplicar (A) K = 1 – Ea (en el caso de pérdidas) K = LR (en el caso de lavado) Se elige el valor mas alto - Si las pérdidas son mayores que las necesidades, el lavado se cumplirá, - Si las pérdidas provocan un lavado superior al necesario, el nivel de salinidad se mantendrá bajo. - Si las pérdidas son menores que las necesidades de lavado, habrá que provocar una percolación para evitar salinización.

Eficiencia de aplicación (Ea) Climas cálidos Textura Profund. de raíces (m) Muy porosa (grava) 0. 85 Arenosa Media Fina 0. 90 0. 95 0. 75 1. 50 0. 90 0. 95 1. 00 > 1. 50 0. 95 1. 00 <0. 75 Keller 1978

Eficiencia de aplicación Climas húmedos Textura Profund. de raíces (m) Muy porosa (grava) 0. 65 Arenosa Media Fina 0. 75 0. 85 0. 90 0. 75 1. 50 0. 75 0. 80 0. 95 > 1. 50 0. 80 0. 95 1. 00 <0. 75 Keller 1978

Necesidades de lavado: - Asunto complicado, y puede ser conveniente no cargar al riego todas las necesidades de lavado, sino a la lluvia. CE I : conductividad eléctrica del agua de riego CE e : conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo, valor para conseguir el lavado.

Ejemplo: Nn = 3, 29 mm/día CEi = Conductividad eléctrica del agua de riego 0, 8 mmhos/cm CEe = Conductividad eléctrica del extracto de saturación 1, 7 mmhos/cm CU = 90% Ea = Eficiencia de aplicación 95% K = 1 – Ea = 1 - 0. 95 = 0. 05 K = LR = CEi / 2 CEe = 0. 8 / (2*1. 7) = 0. 24 Podemos ver que el agua de lavado es superior a las aguas de perdidas, lo que evita la salinización, o sea se regará con un exceso del 24%: 0. 24 > 0. 05 Por lo tanto se considera el porcentaje del agua de lavado: ==> 3. 29 mm/día / (1 - 0. 24) = 4. 33 mm/día ==> 3. 29 mm/día / (1 - 0. 05) = 3. 46 mm/día

Necesidades Totales Se elige el valor más alto

Necesidades Totales (Aplicando)

También se puede expresar en: - Necesidades diarias por árbol (Marco de plantación de 6 m x 4 m) 4, 81 mm/día x 6 m x 4 m = 115, 44 L/árbol-día - Caudal Ficticio Continua 4, 81 mm/día x 10, 000/24 x 3600 = 0, 56 L/s. ha

(2) Dosis, frecuencia y tiempo de riego. Número de emisores por planta y caudal del emisor. Engloba una serie de parámetros que caracterizan al riego y condicionan el posterior diseño hidráulico.

• Precipitación del sistema, • # de unidades o turnos de riego, • Área de las unidades de riego, • Caudal de diseño.

1. - Número de emisores El numero de emisores se calcula teniendo en cuenta que la suma del área mojada de todos los emisores de un árbol sea superior al mínimo de área mojada impuesto. #e * Ae > A. total * % A. mojadomin #e > ( A. total * % A. mojadomin ) / Ae El tiempo de riego seria = Dosis / ( #e * qe ) #e = numero de emisores Ae = Área de un emisor qe = caudal de emisor Litros/hora Dosis = litros / árbol

ECUACION DEL EMISOR Según el tipo de curva de gasto: -No compensantes: son aquellos que proporcionan caudales diferentes al variar la presión en la entrada del emisor. - Autocompensantes: son los que, dentro de los límites de presión fijados por el fabricante, mantienen un caudal prácticamente constante. Al intervalo de presiones para las cuales el emisor se comporta como autocompensante se le denomina intervalo de compensación.

2. - % Área mojada Se define como la relación entre el área mojada y el área total medidos a una profundidad de 30 cm. % área mojada = Área mojada / Área total % altos son mas seguros pero incrementan los costos de instalación por mas cantidad de goteros y mayores diámetros de tuberías. Keller recomienda En frutales el área mínima mojada para clima húmedo es 20%, clima árido es 33% En cultivos herbáceos este % es mayor llegando hasta 70%.

Área mojada por emisor Calculo de área mojado Microaspersores. - el área o diámetro mojado en la superficie viene especificado en los catálogos y se asume este valor como el valor de área mojada Goteros. - en el caso de goteros es mas complicado dependiendo mucho de la textura, estratificación, caudal de gotero y tiempo de riego, su calculo se puede hacer: 1) Utilizando tablas 2) Pruebas de campo

Diferentes tipos de área mojada D d

Tabla de diámetro mojado Diámetro mojado por un emisor de 4 L/h Grados de estratificación del suelo Profundidad de raíces y textura del suelo Homogéneo Estratificado En capas Diámetro mojado (m) Profundidad 0, 80 m Ligera Media Pesada 0. 50 1. 00 1. 10 0. 80 1. 25 1. 70 1. 10 1. 70 2. 00 Profundidad 1, 70 m Ligera Media Pesada 0. 80 1. 25 1. 70 1. 50 2. 25 2. 00 3. 00 2. 50

Frecuencia La frecuencia de riego es el intervalo de tiempo necesario para volver aplicar un riego. En riegos por goteo y microaspersión no existe un valor mínimo de intervalo de riego, pero el valor máximo del intervalo de riego se calcula teniendo en cuenta que la humedad del área mojada, no descienda de un cierto valor. Textura Frecuencia (máxima) Ligera 2 días Media 3 días Pesada 4 días En la mayoría de casos se diseña para frecuencias de un día.

Frecuencia de riego en goteo Área mojada D d % área mojada = --------Área Total Frecuencia (max) = Dosis de riego (max) / Lamina riego Dosis de riego (max) = Lamina de agua aprovechable X % área mojada Lamina de agua aprovechable = (CC-PM ) * Da * Pr * %Ag

Dosis de riego Es la cantidad de agua a aplicarse en un riego, la cual será infiltrada y retenida por el reservorio suelo, esta dosis es un múltiplo de la lamina riego diaria y depende de la frecuencia de riego La dosis de riego pueden ser: Frecuencia DOSIS 01 día 1*Lr 02 días 2*Lr 03 días 3*Lr - Dosis de riego (max) = Lamina aprovechable X % área mojada - Lámina aprovechable = (CC-PM ) * Da * Pr * %Ag

Tiempo de riego Para calcular el tiempo de riego, se compara la dosis de agua (cantidad de agua a infiltrar y retener en el suelo) para riego con la oferta de agua del sistema de goteo. Dosis de agua para riego mm / día m 3/Ha-día horas TR = ------------------- = -------Oferta de Agua del Sistema mm / Hora m 3/Ha-hora día Dosis de agua para riego = Función de Lamina neta y la frecuencia de riego Oferta de Agua del sistema = Función de Q-gotero, dist. goteros y dist. laterales

Precipitación del sistema Cantidad de agua que entrega un campo en función de las características del sistema de goteo instalados (caudal y distanciamiento de los emisores) Caudal del Gotero P = ---------------------------- Distancia Emisores * Distancia Laterales Caudal del Gotero = Litros / Hora Dist. Emisores = Metros Dist. Laterales = Metros

# DE UNIDADES ó TURNOS Es la cantidad de unidades de riego o sectores en que se puede dividir una parcela, Es el numero de turnos de riego que se pueden atender durante un periodo de tiempo disponible # Unidades de riego = Tiempo Disponible -----------Tiempo de riego Tiempo disponible = tiempo total disponible para regar Tiempo de riego = tiempo necesario para aplicar 1 dosis

AREA DE LA UNIDAD Es el área que puede ser atendida por un turno de riego Esta área nos servirá para poder dividir la parcela en un numero de unidades de igual área para que puedan ser regados en un turno de riego. Área Total Área de Unidad = ---------------# de Turnos o Unidades Area Total = area donde se instalara el sistema de goteo

CAUDAL DEL SISTEMA Es un caudal constante durante un determinado tiempo, que es necesario para poder regar una determinada superficie de terreno. Este caudal es funcion del area de riego, Lamina de riego y el tiempo total disponible para riego. 2. 78 * A * Lr Q-sistema = ---------------Tiempo A = área total a regar Lr = Lamina de riego diaria Tiempo = tiempo total disponible para regar

Ejemplo 01 Se desea instalar un sistema de riego por goteo con cintas para 14 Has de cultivo de paprika, se cuenta con 13 Horas disponibles de agua. La cinta a utilizar tiene emisores de 1. 0 LPH @ 0. 20 y 1. 50 mt entre laterales y la Lamina neta de riego es de 6 mm/dia y la frecuencia de riego es 1. ¿Calcular los parámetros agronómicos del diseño? Frecuencia = dosis de riego / lamina de riego Frecuencia 1 => la dosis de riego es igual a la Lamina neta o demanda diaria cultivo Caudal del Gotero Pp = ----------------= Dist. Emisores X Dist. Laterales 1. 0 LPH -----------0. 20 mt. x 1. 50 mt = 3. 33 mm/Hora Dosis de agua de riego 6. 00 mm / día TR = ------------------- = 1. 80 Horas/dia Oferta de Agua del Sistema 3. 33 mm / Hora

Ejemplo 01 2. 73*A*Ln Q-estimado = ----------Tiempo disponible Tiempo total Unidades = ----------Tiempo de riego Área unidad Q-real = = Área Total = ----------# unidades 2. 73*A*Ln = ----------= Tiempo disponible 2. 78*14*6 ---------- = 17. 96 L/s 13. horas 13 horas ---------- = 7. 22 = 7 unidades 1. 8. horas 14 Ha = ------- = 2. 00 Ha 7 2. 78*14*6 ---------- = 18. 53 L/s 12. 6 horas

Diseño Agronómico Final Pp = 3. 33 mm/día Área Und TR = 1. 8 horas / und Área Total = 14. ha TR-total = 12. 6 horas / día Lamina R. = 6 mm/día # Unidades = 7 unid Caudal = 2 ha = 18. 53 ha Q U-1 U-2 U-3 2 ha U-7 14 ha U-4 U-5 U-6 2 ha