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UNSAAC

EL GRAN RETO: Producir más comida, con menos agua, con igual cantidad de tierra y de forma sostenible.

Carlos Jesús Baca García

3

Ing. Carlos Baca García

4

Ing. Carlos Baca García

ALGUNAS CONSIDERACIONES

El agua es el factor limitante en la producción agrícola: La “falta” o “exceso” afectan:  El desarrollo,  La sanidad,  La producción. El incremento de la “eficiencia de riego” es lo que

mayores posibilidades ofrece a la conservación del agua en el planeta.

5

Ing. Carlos Baca García

¿ En qué actividades se utiliza más el agua?

2%

6%

12%

6

Ing. Carlos Baca García

El problema aparece cuando la AGRICULTURA comienza a competir con la sociedad y la industria.

AGRICULTURA vs CONSUMO HUMANO

7 7

Ing. Carlos Baca García

Cuanta agua se consume en la agricultura? 1 mm = 10 m3/ha = 10,000 L/ha 2 mm = 20 m3/ha = 20,000 L/ha Evapotranspiración = 5 mm/día en 1 ha  50,000 L/día/ha • Consumo de agua / habitante = 200 L/día (Fuente FAO) • Consumo de agua por habitante = 100 L/día (Chiclayo) • Poblado de Cusco 300,000 habitantes 30’000,000 L/día = 600 hectáreas irrigadas con 5 mm/día

8

Ing. Carlos Baca García

Dentro de la Agricultura Irrigada, el uso eficiente del agua de riego puede ser alcanzado actuándose en los siguientes aspectos: a) Ejecución de sistemas de riego de alta eficiencia (surcos tecnificado, aspersión, riego localizado por goteo). b) Métodos de manejo adecuado de riego y c) Técnicas que permitan el aumento de la eficiencia del uso del agua. (Scaloppi, 2014) Ing. Carlos Baca García

OBJETIVOS 1. Evaluar y aplicar una metodología que permita diseñar, operar y evaluar un sistema de riego semiautomatizado por surcos con caudal continuamente reducido. 2. Aplicar el modelo WinSRFR y comparar sus resultados con los datos obtenidos en campo para un sistema de riego por surcos con un régimen de caudal continuamente reducido. 3. Calcular la demanda hídrica del cultivo de lechuga mediante el uso del Tanque Clase A. 11

Aplicada requerida

COMO PUEDO EVALUAR EL DESEMPEÑO - Eficiencia de almacenamiento (Alto o Bajo)

- Eficiencia de aplicación (Alto o Bajo) Ing. Carlos Baca García

Aplicada

requerida

- Eficiencia de almacenamiento (Alto o bajo) - Eficiencia de aplicación (Alto o bajo)

ECUACIONES QUE DESCRIBEN LA INFILTRACION 70

Infiltración acumulada (mm)

Iacum 

60

a * T b 1 b 1

Lámina infiltrada (mm)

50

40

Velocidad de infiltración básica (mm/hr)

30

VI b  a(10b) b 20

10

VI  a *T b

Velocidad de infiltración (mm/hr)

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Tiempo (min) 14

IV. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

15

PERIODO Y LUGAR DE LA INVESTIGACIÓN 01 de Junio del 2013 hasta 25 de Noviembre del 2013

Centro Agronómico K’ayra Facultad de Agronomía y Zootecnia (UNSAAC)

Ubicación política Región : Cusco Provincia : Cusco Distrito : San Jerónimo Ubicación geodésica Longitud : 71º 54’ Latitud Sur : 13° 34' Altitud : 3,234.926 msnm Coordenadas UTM (UTM84 –18S) UTM-N : 8499342.14N UTM-E : 188790.002E Altura-Z : 3234.926 msnm Ubicación hidrográfica Cuenca : Vilcanota Sub cuenca : Huatanay Micro cuenca : Huanacaure Zona de vida Bosque seco, montano sub-tropical (bs16 MBS)

SISTEMATIZACION DEL TERRENO SISTEMATIZACIÓN POR EL MÉTODO DE CUADRADOS MÍNIMOS Coordenadas (X,Y) del centroide

𝑋𝑚 =

𝑌𝑚 =

𝑀 𝑗=1 𝑆𝑗

M

𝑁 𝑖=1 𝑆𝑖

N

Perfiles medios

Cota centroide

𝐻𝑚 =

𝑁 𝑖=1

𝑀 𝑗=1 𝐻𝑖𝑗

𝑏=

𝑚 𝑖=1

𝑖ℎ − (

𝑚 2 𝑖=1 𝑖

N. M 𝑐=

−

𝑚 𝑚 𝑖=1 𝑖)( 𝑖=1 ℎ)

𝑚

(

2 𝑚 𝑖=1 𝑖)

𝑚

𝑛 ( 𝑛 𝑗=1 𝑗)( 𝑗=1 ℎ) 𝑗ℎ − 𝑛 2 𝑛 ( 𝑗) 𝑗=1 𝑛 2 𝑗=1 𝑗 − 𝑛

𝑛 𝑗=1

17

SISTEMATIZACION DEL TERRENO SISTEMATIZACIÓN POR EL MÉTODO DE CUADRADOS MÍNIMOS

Ecuación del plano de sistematización

Determinación de la condición de corte y relleno

a = 𝐻 𝑥𝑐 , 𝑦𝑐 − b x𝐶 − c 𝑌𝐶

𝜕h(x, y) = 𝐻 𝑥, 𝑦 − h(x, y)

18

SISTEMATIZACION DEL TERRENO SISTEMATIZACIÓN POR EL MÉTODO DE CUADRADOS MÍNIMOS

Ajustes de corte y relleno

𝐶𝑜𝑟𝑡𝑒 =𝑚 𝑅𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 (𝑚 𝑑𝑒𝑏𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑟 𝑑𝑒 1.2 𝑎 1.4)

Cálculo de volumen de tierra

𝑉𝐶 = Corte x Area

𝑉𝑅 = Relleno x Area

19

SISTEMATIZACION DEL TERRENO PLANO DE SISTEMATIZACIÓN

20

SISTEMATIZACION DEL TERRENO ESTAQUEAMIENTO E IDENTIFICACIÓN DE ESTACAS

21

SISTEMATIZACION DEL TERRENO Las actividades de sistematización se realizaron desde el 10 de Junio hasta el 06 de Agosto del 2013, época muy favorable por la ausencia de lluvias.

22

SISTEMATIZACION DEL TERRENO MOVIMIENTO DE TIERRAS

23

CAUDAL MÁXIMO NO EROSIVO C Qmáx  a S Q 𝑚𝑎𝑥 =

0.613 0.820.733

𝑄 𝑚𝑎𝑥 = 0.708 ≅ 0.8 𝑙/𝑠

Textura

C

a

Muy fina

0,892

0,937

Fina

0,988

0,550

Media

0,613

0,733

Gruesa

0,644

0,704

Muy gruesa

0,665

0,548

24

LÁMINAS DE RIEGO PARÁMETROS DEL SUELO

N°

CLAVE

% CC

% PMP

g/cc Da

1 2

0-20 20-40

25.38 25.02

11.9 12.44

1.47 1.45

Profundidad Factor de radicular secamiento (cm) (f) 31.5 31.5

0.35 0.35

Lámina neta para riego de machaco y mantenimiento  CC  PMP  Ln    * Da * z 10  

 CC  PMP  Ln    * Da * z * f 10   25

Riego con caudal continuamente reducido

Una alternativa de tecnificación del riego por surcos en la región Cusco

PLANILLA DE MANEJO DE RIEGO CONSUMO DIARIO, FRECUENCIA DE RIEGO Y NÚMERO DE RIEGOS POR MES

PLANILLA DE CALCULO DE MANEJO DE RIEGO Provincia :

Ln (inicio):

59.92

mm

Área del terreno:

Distrito :

Ln (fin):

38.95

mm

Cultivo:

Comunidad C. :

Eficiencia:

59.4%

Sector :

Fecha siembra:

Responsables:

Ganancia de agua DDS V (m/s) HR %

Kp

Ev (mm)

ETo

Kc

ETc (mm)

Lluvia

Riego Riego a necesario aplicar (mm) (mm)

Consumo de agua Ln - Inicio

Ln - Fin

1

3.30

67.0

0.8

1.40

1.05

1.0

1.01

59.92

58.91

2

5.00

53.7

0.8

5.75

4.31

1.0

4.14

58.91

54.77

3

4.50

48.0

0.8

3.84

2.88

1.0

2.76

54.77

52.01

27

Riego con caudal continuamente reducido

59% de eficiencia de aplicación

Riego con caudal continuamente reducido

EL REDUCTOR DE CAUDAL (INSTALACIÓN) PERFORACIÓN DE TUBOS DE SANEAMIENTO DE 4”

Orificio de 3.75 cm

30

EL REDUCTOR DE CAUDAL (INSTALACIÓN) INSTALACIÓN DE TUBERÍA CON 1 % DE PENDIENTE

31

EL REDUCTOR DE CAUDAL (INSTALACIÓN) CONSTRUCCIÓN DEL ÉMBOLO

1. Un recipiente de plástico de forma cilíndrica. 2. Un tubo de instalaciones eléctricas de ¾. 3. Un pequeño tapón para obstaculizar el flujo del agua por la sección del tubo de instalaciones eléctricas. 4. Una asa de alambre para su fijación con la cordel huascar.

32

EL REDUCTOR DE CAUDAL (INSTALACIÓN) ACONDICIONAMIENTO DE LA CAJA DE RECEPCIÓN DE CAUDAL

Un cilindro de metal de diámetro de 0.48 m de diámetro y una altura de 0.64 m

33

EL REDUCTOR DE CAUDAL (EVALUACIÓN) AFORO DE CAUDALES DERIVADOS POR LOS ORIFICIOS

6.5 l/s

0.234 a 0.801 l/s

Determinación de los CV de las repeticiones

34

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO PRUEBAS DE AVANCE

Punto de observación

Frente de avance

1.65, 1.04, 0.9 y 0.8 l/s

35

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO PRUEBAS DE AVANCE CURVA DE AVANCE SURCO 4 80

y = 0,0006x2,832 R² = 0,9984

70 66,00

60

T  aLb

Tiempo (min)

50 43,02

40

Curva de avance Potencial (Curva de avance)

30

20

20,05

10 3,03

0 0

10

20

30 40 Distancia (m)

50

60

70

36

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO PRUEBA DE INFILTRACIÓN POR EL MÉTODO DE ENTRADAS Y SALIDAS

VI(L/min x Distancia m) VImm/h   x1,5 2 área.de.infiltración (m )

37

PRUEBA DE INFILTRACION METODO DE ENTRADAS Y SALIDAS DE AGUA EN EL SURCO CALCULOS PARA OBTENER EL MODELO DE INFILTRACION Tiempo acumulado (min)

Veloc. de infilt. ajustada (mm/h)

Infiltración acumulada (mm)

0.69139285

3

26.978081

5.05839018

1.82839756

1.22114249

8

21.5584223

10.7792112

1.30642503 1.240869792

1.70674635

1.45528347

13

19.2933291

21.2564451

1.25527251

1.05115252 1.575709062

1.10492163

1.31948286

18

17.9099131

20.1486523

14.63

1.36172784

1.16509587 1.854302699

1.3574484

1.58654348

23

16.9337594

24.3422792

28

15.75

1.44715803

1.19728056 2.094266368

1.43348073

1.73265418

28

16.1890181

28.3307816

33

20.25

1.51851394

1.30642503 2.305884586

1.70674635

1.98382462

33

15.5921353

32.158779

38

20.25

1.5797836

1.30642503 2.495716212

1.70674635

2.06386883

38

15.0972142

35.8558836

43

13.50

1.63346846

1.13033377 2.668219195

1.27765443

1.84636456

43

14.6764911

39.4430698

48

20.25

1.68124124

1.30642503 2.826572098

1.70674635

2.19641563

48

14.3119695

42.9359084

53

20.25

1.72427587

1.30642503 2.973127274

1.70674635

2.25263715

53

13.9913591

46.346377

58

11.25

1.76342799

1.05115252 3.109678288

1.10492163

1.85363178

58

13.7059173

49.6839503

63

11.25

1.79934055

1.05115252 3.237626413

1.10492163

1.89138136

63

13.4492173

52.9562932

68

11.25

1.83250891

1.05115252 3.358088915

1.10492163

1.92624637

68

13.2164054

56.1697228

73

11.25

1.86332286 1.05115252 3.471972081 1.10492163 1.95863652 21.9541964 18.081873 34.2552492 22.0551902 25.9795061

73

13.0037319

59.3295269

Tiempo acumulado (min)

Velocidad de infiltración (mm/h)

3

28.13

0.47712125

1.44909253 0.227644692

2.09986916

8

22.50

0.90308999

1.35218252 0.815571525

13

20.25

1.11394335

18

11.25

23

Ʃ=

252.00 Promedio

log t Xi

1.46361309

Xi2

log I Yi

1.2054582 b=

Ecuación:

Y = a + Xb

Xi* Yi

-0.228641379

I=

0.771358621

I cum =

-0.65552733

Tiempo =

r = 0.429716077

Infiltración del suelo =

2

34.681727 t

-0.22864138

a= 1.540100716 r=

Yi2

2.16760794 t 137.184827 11.257

mm/h

38

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LOS SURCOS Balance volumetrico PASO 1

Vol aplicado=Q (l/min) * T(min)

PASO 2

𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 =

PASO 3

𝑉𝑜𝑙 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 = Ln (mm) * 𝐴𝑟𝑒𝑎 (𝑚2 )

PASO 4

PASO 5

𝑉𝑜𝑙 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 (𝑙) 𝐴𝑟𝑒𝑎 (𝑚2 )

𝑉𝑜𝑙 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 (𝑙) 𝑉𝑜𝑙 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 = 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑔𝑜 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑉𝑜𝑙 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 (𝑙) 𝑄 (𝑙/min)

EL LARGO DE SURCO SE DETERMINA COMPARANDO LA LÁMINA APLICADA CON LA LÁMINA NETA; EL TIEMPO DE APLICACIÓN CON EL TIEMPO DE AVANCE. 39

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LOS SURCOS Lámina acumulada

Se determina la ecuacion de la infiltración acumulada Despejar T de la ecuación y considerar Icum como la Ln del cultivo

Icum  2.16760794 *T 0.771358621

𝑇=

0.771358621

𝐼𝑐𝑢𝑚 2.16760794

EL LARGO DE SURCO SE DETERMINA COMPARANDO LA LÁMINA APLICADA CON LA LÁMINA NETA; EL TIEMPO DE APLICACIÓN CON EL TIEMPO DE AVANCE. 40

SIMULACIÓN NUMÉRICA CON EL MODELO WinSRFR DATOS DE ENTRADA Espaciamiento entre surcos Longitud de surco Geometría de surco

Pendiente (m/m) Altura, base y talud de surco

Propiedades del suelo

Rugosidad de surco

Infiltración del suelo

Entradas y salidas (caudales) en los surcos

Realizar una prueba de avance 41

EQUIPAMIENTO DE FERTIRRIGACIÓN INSTALACIÓN

18 litros

Calibración de caudal UREA

42

V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

43

DISEÑO AGRONOMICO PARÁMETROS DE DISEÑO

PARAMETROS DE DISEÑO Lugar de ubicación del Predio Superficie Cultivo

Unidades

ha.

Cultivo LECHUGA Centro Agronómico K'ayra (Parcela C-2) 0.35 Lechuga

Relieve predominante

Uniforme

Fuente de agua

Superficial

Distanciamiento entre plantas Distanciamiento entre surcos Textura

m.

0.30

m.

0.80 Franco

Pendiente Promedio

%

0.80

Capacidad de campo

(%)

25.20

Punto de marchitez permanente

(%)

12.17

Densidad aparente

g/cc

1.46

Profundidad radicular efectiva

cm

31.50

Factor de secamiento (f)

adimensional

0.35

Factor de cultivo (a máxima demanda)

Kc

1

Q maxino no erosivo/ orificio

l/s

0.80

44

DISEÑO AGRONOMICO LÁMINA DE RIEGO

CC %

25.20

RIEGO DE MACHACO

RIEGO DE MANTENIMIENTO

PMP %

12.17

Lámina neta (mm)

Lámina neta (mm)

Da (g/cm3)

1.46

59.92

20.97

Prof. efectiva de enraizamiento (cm)

31.50

Lámina bruta (mm)

Lámina bruta (mm)

Factor de secamiento (f)

0.35

100.88

35.31

45

REDUCTOR DE CAUDAL AFORO DE CAUDALES DE LOS ORIFICIOS TIEMPO (s)

CAUDAL (l/s)

ORIFICIO

CAUDAL PROMEDIO (l/s)

T1

T2

T3

Q1

Q2

Q3

1

84.0

87.5

85.0

0.238

0.229

0.235

0.234

2

82.5

87.0

86.0

0.242

0.230

0.233

0.235

3

87.0

83.0

81.0

0.230

0.241

0.247

0.239

4

70.0

65.0

71.0

0.286

0.308

0.282

0.292

5

61.0

58.5

61.5

0.328

0.342

0.325

0.332

6

47.5

49.5

49.5

0.421

0.404

0.404

0.410

7

43.5

43.5

42.5

0.460

0.460

0.471

0.463

8

34.5

36.0

34.0

0.580

0.556

0.588

0.575

9

30.0

30.0

31.0

0.667

0.667

0.645

0.659

10

28.0

29.0

29.0

0.714

0.690

0.690

0.698

11

27.0

27.5

27.5

0.741

0.727

0.727

0.732

12

26.5

25.0

25.5

0.755

0.800

0.784

0.780

13

26.0

25.0

24.0

0.769

0.800

0.833

0.801 46

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LOS SURCOS Balance volumetrico

Caudal (l/s)

Distanciamient Tiempo Volumen Largo de o entre surco de avance aplicado surco (m) (m) (min) (litros)

Volumen a Tiempo Lámina Volumen Lámina ser de aplicada requerido aplicada aplicado aplicación (mm) (litros) (mm) (litros) (min)

0.8

20

0.8

2.90

139.2

8.7

335.52

564.848485

11.8

35.3

0.8

40

0.8

20.66

991.68

30.99

671.04

1129.69697

23.5

35.3

0.8

50

0.8

38.87

1865.76

46.644

838.8

1412.12121

29.4

35.3

0.8

60

0.8

65.14

3126.72

65.14

1006.56

1694.54545

35.3

35.3

0.8

80

0.8

110.1

5284.8

82.575

1342.08

2259.39394

47.1

35.3

Largo máximo recomendado

47

DISEÑO DE SURCOS DE RIEGO DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LOS SURCOS Lámina acumulada

Tiempo de Lámina Tiempo de avance acumulada aplicación (min) (mm) (min)

Lámina requerida (mm)

Tiempo de aplicación (min)

Caudal (l/s)

Largo de surco (m)

0.8

20

2.90

4.93

2.90

35.31

37.25

0.8

40

20.66

22.41

20.66

35.31

37.25

0.8

50

38.87

36.49

38.87

35.31

37.25

0.8

60

65.14

54.34

65.14

35.31

37.25

0.8

80

110.1

81.46

110.1

35.31

37.25

Largo máximo recomendado

48

SIMULACIÓN NUMÉRICA CON EL MODELO WinSRFR Parámetros

Promedio

1/4 de surco

Mínima

Lámina aplicada (mm) =

47

-

32

Lámina infiltrada (mm) =

36

34

-

Lámina percolada (mm) =

1

-

-

Lámina de escorrentía (mm) =

10

-

-

Tiempo de aplicación (hr) =

0.65

-

-

Tiempo de avance (hr) =

0.2

-

-

Altura de flujo máxima (mm) =

24

-

-

-0.02

-

-

Error de balance volumétrico (%)

49

SIMULACIÓN NUMÉRICA CON EL MODELO WinSRFR INDICADORES DE EFICIENCIA Y UNIFORMIDAD

Parámetros

Mínima

Eficiencia de aplicación (%) =

¼ de surco

75

Eficiencia de almacenamiento (%) =

90

96

Eficiencia de uniformidad (%) =

88

94

50

SIMULACIÓN NUMÉRICA CON EL MODELO WinSRFR GRÁFICO DEL RESUMEN HIDRÁULICO

51

OPERACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO

Mes

Septiembre

Caudal de Tiempo de Tiempo de Tiempo de Número entrada al desplazamiento Número de riego por aplicación/surco de pulsos riegos/mes sistema del embolo turnos (hr) (min) por surco (l/s) (min)

3

4

4.5

37.54

5

4.7

52

EVALUACIÓN DE RIEGO LÁMINAS INFILTRADAS EN EL SUELO DESPUÉS DEL RIEGO Antes del riego Tramo y Long. de surco (m)

15

15

15

Después del riego

Lámina Lámina infiltrada Humedad Humedad Humedad infiltrada por volumétrica gravimétrica volumétrica tramo (m) (cm3/cm3) (g/g) (cm3/cm3) (m)

Pr (m)

Da (g/cm3)

Humedad gravimétrica (g/g)

0-20

1.47

0.1374

0.2020

0.2290

0.3366

0.0269

20-40

1.45

0.1212

0.1757

0.1752

0.2540

0.0157

0-20

1.47

0.1400

0.2058

0.2289

0.3365

0.0261

20-40

1.45

0.1432

0.2076

0.1847

0.2678

0.0120

0-20

1.47

0.1574

0.2314

0.2177

0.3200

0.0177

20-40

1.45

0.1280

0.1856

0.1897

0.2751

0.0179

0.0426

0.0382

0.0356

53

EVALUACIÓN DE RIEGO COMPARATIVO DE PARÁMETROS DE DESEMPEÑO Modelo SRFR

CAMPO

Eficiencia de aplicación (%)

75

63.37

Eficiencia de almacenamiento (%)

90

100

Eficiencia de uniformidad (%)

88

98.21

Modelo SRFR

CAMPO

59.4

62.24

Eficiencia de riego parcelario (%)

54

DEMANDA HÍDRICA DEL CULTIVO DE LECHUGA

Mes

Numero de días

Consumo diario promedio (mm)

Demanda hídrica por mes (mm)

Septiembre

15

2.63

39.46

Octubre

31

2.34

72.43

Noviembre

18

2.56

46.00

Demanda hídrica total (mm)

Demanda hídrica total (m3/ha)

157.89

1578.9

55

•Producir mas comida con igual cantidad de tierra, con menos agua y de forma sostenible. •Se proyecta incrementar los rendimientos/ha en un 70 % para el año 2050. •Este aumento en rendimiento tiene que ser por:

 Mejoramiento genético y agronómico  Uso de sistemas de riego tecnificado. 56

Ing. Carlos Baca García

Transferir tecnología en manejo de riego, no es una

tarea fácil; las tecnologías que envuelvan elevados niveles de conocimiento científico, deben ser presentadas de la forma más simple posible para que sean adoptados por los regantes. Capacitación en Manejo del agua dentro de la parcela, Investigación aplicativa. Necesitamos nuevas tecnologías pero debemos enfatizar un manejo “de abajo hacia arriba”, Los siguientes 50 años serán muy emocionantes para ingenieros especialistas en riegos!!!!! 57 Ing. Carlos Baca García

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