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CURSO: IRRIGACIONES

CAPITULO V: RIEGO POR GRAVEDAD

CAPÍTULO V

RIEGO POR GRAVEDAD

5.1. GENERALIDADES. Es el más antiguo de los métodos de riego y el único que no precisa aporte de energía. En el riego por gravedad, el agua servida en la cabeza de parcela, avanza a lo largo de esta movida por la energía gravitatoria y, al mismo tiempo, se va infiltrando. Es el único de los 3 métodos conocidos que utiliza la superficie del suelo para la distribución del agua. Por ello esto debe estar bien preparado y nivelado para que el movimiento del agua no encuentre obstáculos o diferencias de cualquier tipo y pueda ser regular.

Una característica de este método es que el agua cubre el terreno, permaneciendo sobre el durante la duración del riego, produciendo un encharcamiento momentáneo mientras se va infiltrando. Cuando el cultivo por sus características fisiológicas, es sensible a dicho encharcamiento, así como en ciertos cultivos en líneas, se utiliza el riego por surcos que no moja todo el terreno ni la parte aérea de las plantas. El agua circula por el fondo de los mismos infiltrándose vertical y lateralmente hacia el caballón del surco donde se encuentran las raíces del cultivo, plantado en el lomo o parte superior del mismo.

FIG. No 5.1 ESQUEMA DE INFILTRACION Y AVANCE DE FLUJO SUPERFICIAL Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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En estos métodos el agua escurre a través de pequeños cauces o en delgadas láminas que cubren íntegramente todo el área o ancho a regar. A los primeros se les denomina surcos, y a las segundas melgas. Hidráulicamente, tanto los surcos, como las melgas, funcionan como canales, pero la diferencia está en que los canales tienen por objetivo conducir el máximo caudal posible a distancias largas con la mínima pérdida por infiltración, mientras que en los surcos y melgas, sucede todo lo contrario, en recorridos cortos el objetivo es la mayor infiltración posible de agua. Además en los canales el caudal es prácticamente constante, mientras que en los surcos y melgas, el caudal va disminuyendo a medida que aumenta la longitud, con lo cual se hace más difícil el cálculo mediante las conocidas fórmulas de canales, y por lo tanto son necesarios ensayos en el terreno.

La ecuación de Manning de movimiento permanente y uniforme para canales es: V = Rh2/3 S1/2/n

(Ec. 5.1)

Donde: V : Velocidad media en m/seg. Rh : Radio hidráulico en m. S : Pendiente del terreno en tanto por uno. n : Coeficiente de Manning, que depende de la rugosidad del terreno.

Para las melgas el radio hidráulico es prácticamente igual a la altura de la lámina de agua que escurre, y por lo tanto la velocidad se expresa así: V = H2/3 S1/2/n

(Ec. 5.2)

El caudal por unidad de ancho de la melga, considerando que el área A = h x1, será: 2/3

q = Q/ancho unitario = h

1/2

S

5/3

h /n = h

1/2

S

/n

(Ec. 5.3)

Para un ancho igual al espaciamiento E, el caudal será: Q = E h5/3 S1/2/n

(Ec. 5.4)

Es necesario elegir un valor de n, pero no puede considerarse como alternativa los valores para canales de tierra, porque se trata de un terreno preparado mediante el arado y con cultivos. Las experiencias realizadas en el Instituto de Suelos y Riego del INIIA han permitido obtener los siguientes valores de n para riego en surco, según las características de la superficie y el caudal aplicado (0.6 l/s):

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CARACTERISTICAS

VALOR n

SURCO ASENTADO

0.033

SURCO CON VEGETACION DE 10 A 12 CM

0.038

SURCO RECIEN ARADO

0.048

SURCO CON VEGETACION DE 40 A 50 CM

0.081

CUADRO No 5.1 VALORES DE n PARA LA ECUACION DE MANNING

Haciendo un análisis riguroso del tipo de movimiento del agua, se establece que el mismo no es permanente, sino que es impermanente, con caudal y velocidad de infiltración variable en el espacio y en el tiempo. Hansen (1960) enumeró las variables a tener en cuenta: 1- Caudal aplicado. 2- Velocidad de avance del agua sobre el terreno. 3- Longitud de la parcela. 4- Tirante de agua. 5- Velocidad de infiltración. 6- Pendiente del terreno. 7- Rugosidad del terreno. 8- Peligro de erosión. 9- Forma del surco o de la melga. 10- Lámina de agua a aplicar.

Si se incorpora un caudal constante de agua a un surco o melga, a medida que el mismo avanza posee al principio una velocidad considerable, pero a medida que se incrementa la superficie de infiltración disminuye la velocidad de avance. Se puede graficar el tiempo de escurrimiento (Tesc.) en función del espacio cubierto por el frente de agua, o sea la longitud (L), para distintos valores de caudales unitarios q. En donde las curvas de avance se hacen asintóticas a la ordenada que representa el tiempo de escurrimiento, que es el tiempo en que todo el caudal incorporado se ha infiltrado en el área mojada del cauce, en tal caso el frente de agua ya no progresa.

FIG. No 5.2 VARIACION DE T esc

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Para cada caudal dado existe una distancia límite dada por la abscisa en que la curva mencionada se hace asintótica a un eje vertical. Y recordando que A es el área a regar, L es la longitud de alcance para un caudal Q determinado, T es el tiempo, d es la profundidad de infiltración y E es el espaciamiento:

FIG. No 5.3 VOLUMEN DE INFILTRACION

Q. T = d x A

(Ec. 5.5)

Q = d x A/T

(Ec. 5.6)

En función de la velocidad de infiltración (I) será: Q=I.A=I.L.E

(Ec. 5.7)

L=Q/I.E

(Ec. 5.8)

O sea que, se puede obtener la longitud L que cubre el avance del agua en función de la velocidad de infiltración (I), pero dado que ésta es a su vez una variable en función del tiempo, se requiere adoptar un valor promedio (Ip). Además del tiempo de infiltración (Ti), debe tenerse en cuenta el tiempo de escurrimiento del agua a través del surco (Tesc), el que incide desfavorablemente, ya que si se calcula la duración del riego para la cabecera (al comienzo de la longitud L) ocurrirá un insuficiente humedecimiento al pie de la longitud L (al final de la longitud). Lo lógico es tener en la cabecera una duración total del riego igual a la suma de Tesc+Ti a fin de que la humedad al final cubra totalmente la profundidad de las raíces. 5.2. VENTAJAS E INCONVENIENTES. Este método presenta ventajas y desventajas: VENTAJAS:  Las necesidades energéticas son prácticamente nulas, lo que puede ser decisivo como ciertos condicionantes económicos.  No necesita material de riego en parcela, no teniendo el regante que pagarlo como por lo general, en los otros métodos de riego.  En terrenos poco profundos la nivelación puede no ser aconsejable al modificar la fertilidad de los mismos y no poder obtener las producciones normales en regadío, siendo recomendable utilizar otros métodos. DESVENTAJAS: Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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 Necesita mayor cantidad de mano de obra, comparado con los otros métodos, en condiciones de mayor esfuerzo físico.  Las pérdidas de agua pueden ser importantes, tanto por evaporación como por roturas e infiltración.  Para obtener una buena eficiencia de aplicación en parcela hace falta que la lamina o dosis de riego alcance unos valores mínimos, mayores que en los otros métodos. Por esta razón en suelos ligeros la gravedad suele emplearse menos, ya que las cantidades hídricas que hay que aportar son mas pequeñas y en consecuencia, la eficiencia de aplicación es menor

que

en

terrenos pesados.  Generalmente se suele regar cada varios días, dependiendo dicho intervalo, sobre todo del terreno y de la época del año, con aportes hídricos que repongan el agua consumida por el cultivo y la evaporada por el suelo. La cantidad de agua en el suelo sufre importantes variaciones, aumentando con la separación entre riegos, la tensión matricial puede alcanzar valores elevados antes de cada uno de ellos. Por ello se puede producir un importante estrés hídrico en las plantas, con el consiguiente perjuicio para la producción, especialmente en cultivos sensibles a la falta de agua, que suelen requerir riegos frecuentes.  El módulo de riego debe ser suficientemente grande para que el agua avance con rapidez sobre el terreno y se puedan obtener unas aceptables uniformidades de riego. Para ello es necesario que dicho modulo sea elevado, lo que obliga a depósitos acumuladores o balsas cuando dicho caudal es pequeño, con el consiguiente aumento del coste. 5.3. MODALIDADES DEL RIEGO POR GRAVEDAD. A.- RIEGO POR SURCOS: Las raíces se humedecen mediante la infiltración del agua a través del perímetro mojado de pequeños cauces que reciben el nombre de surcos. Dado que los surcos están espaciados el agua cubre parcialmente el terreno entre surco y surco y se humedecen por efecto del avance de humedad en profundidad y lateralmente. La profundidad de penetración del agua, la forma y dimensión de la sección humedecida, depende de la textura del suelo y del tiempo de aplicación del agua. Un esquema es el siguiente:

FIG. No 5.4 RIEGO POR SURCOS

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FIG. No 5.5 PROFUNDIDAD DE INFILTRACION POR TIPO DE SUELO

La profundidad de las raíces se logra humedecer completamente cuando se cruzan las figuras que representan el avance lateral y vertical de la humedad de dos surcos continuos, como se puede ver:

FIG. No 5.6 LA SUPERPOSICION DEBE ENCONTRARSE A LA PROFUNDIDAD DE LAS RAICES

APLICABILIDAD DEL MÉTODO. El riego por surcos se adapta especialmente en los cultivos en línea, dado que dicha disposición permite humedecer el volumen de suelo explorado por raíces y acercar o retirar la humedad conforme a las exigencias del cultivo. 

Se presta a todos los tipos de suelo con buena velocidad de infiltración y baja erodabilidad.



Se presta para suelos que tienden a formar costras al secarse, debido al parcial humedecimiento de la superficie del terreno, que caracteriza al riego por surcos. Las costras superficiales dañan las plantan que recién germinan.



La eficiencia del método de riego por surcos se la puede clasificar como media, con un rango desde el 20% para suelos arenosos y quebrados hasta un 65 % para suelos medios y pesados bien nivelados.



Los costos de instalación y de operación no son elevados, ya que requiere escasos trabajos de nivelación para la implantación de cultivos anuales.

FORMA, DIMENSIONES Y ESPACIAMIENTO DE LOS SURCOS.

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La forma de los surcos depende del implemento agrícola empleado para su construcción, pueden ser de forma parabólica, triangular o rectangular. En nuestro medio es común la forma parabólica realizada con el arado de reja o el surqueador. El tamaño del surco depende comúnmente del cultivo y de las labores culturales que se realiza en el mismo, oscilan entre 10 a 40 cm. de ancho superficial y entre 5 y 20 cm. de profundidad. En general, los surcos son de menor tamaño cuando el cultivo es joven y va aumentando a medida que avanza el ciclo vegetativo del mismo. El espaciamiento de los surcos, o sea, la distancia entre un surco y otro, depende de la naturaleza física del suelo y de la profundidad que se intenta mojar.

Según experiencias de Grassi en el Instituto de Suelos y Riego (España), se determinó la siguiente ecuación para el cálculo del espaciamiento entre surcos en suelos franco-limosos:

E = 1.73 d

(Ec. 5.9)

Donde: E : Espaciamiento en metros. d : Profundidad de las raíces en metros. PENDIENTE Y DIRECCIÓN DE LOS SURCOS. Los surcos se pueden construir sin pendiente alguna, nivelados “a cero”, o con pendiente. En el primer caso no se produce escurrimiento de agua al pie del mismo, mientras que en el segundo sí. La pendiente límite depende de la tensión de corte hidráulico del agua, que responde a la siguiente ecuación: t = γ x h x io

(Ec. 5.10)

Donde: t

: Tensión de corte hidráulico del agua en kg./m2.

γ : Peso específico del agua en kg./m3. h : Altura o tirante de agua en el surco en metros. i

: Pendiente en tanto por uno.

Cuando la pendiente se aproxima a los límites permisibles dados por la resistencia al corte del suelo, se puede cambiar la dirección de los surcos: surcos en diagonal a la pendiente máxima, o surcos en dirección normal a la máxima pendiente. SURCOS EN DIRECCIÓN DIAGONAL A LA MÁXIMA PENDIENTE. Se puede reducir la pendiente de los surcos siguiendo la diagonal que ofrece un recorrido más largo Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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para la misma diferencia de nivel, o sea, un menor gradiente. Por lo tanto, se puede calcular el ángulo entre ambas direcciones en función de dichas pendientes.

FIG. No 5.7 SURCOS EN DIRECCION DIAGONAL A LA PENDIENTE

SURCOS EN LA DIRECCIÓN NORMAL A LA MÁXIMA PENDIENTE. Al aumentar el valor de θ hasta los 90º, los surcos siguen un recorrido próximo al de las curvas de nivel, o sea, que al intentar reducir la pendiente se cae en el sistema de surcos en contorno, o en curva de nivel. Se presentan cuatro casos para el estudio:

Primer caso. Fácil operación de riego, control y regulación del caudal en la cabecera. Eficiencia regular de aplicación y de distribución de agua. Requiere drenaje al pie, surcos poco profundos y cercanos.

FIG. No 5.8 PRIMER CASO

Segundo caso. Difícil operación de riego, control y regulación del caudal en la cabecera. Eficiencia buena de aplicación y de distribución del agua. No necesita drenaje al pie, requiere surcos profundos y espaciados.

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FIG. No 5.9 SEGUNDO CASO

Tercer Caso. Medianamente fácil operación de riego, control y regulación del caudal de cabecera. Eficiencia medianamente buena de aplicación y de distribución del agua. Requiere drenaje al pie, surcos medianamente profundos y regular espaciamiento.

FIG. No 5.10 TERCER CASO

Cuarto Caso. Fácil operación del riego, control y regulación del caudal de cabecera. Eficiencia medianamente buena de aplicación y de distribución del agua. Requiere drenaje al pie, surcos medianamente profundos y regular espaciamiento.

FIG. No 5.11 CUARTO CASO

La situación es distinta en el caso de realizarse trabajos de nivelación, en el cual la pendiente está dada por las condiciones de Proyecto. Conocida la pendiente io del terreno, la pendiente io’ a la cual se quiere llegar, se calcula la altura H de corte en la cabecera del surco, que es igual a la de relleno en el pie del mismo, mediante la siguiente expresión: H = L . (io - io’)/2

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(Ec. 5.11)

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FIG. No 5.12 DETERMINACION DE PENDIENTES

Además mediante la misma ecuación anterior se puede calcular la longitud para un valor de H determinado. CAUDAL DE LOS SURCOS. Al igual que en los canales, el caudal depende de la sección transversal de escurrimiento y de sus condiciones hidráulicas, ya que se aplica la fórmula de Manning. Pero, está limitado por la sección de escurrimiento en los surcos sin pendiente, y por la fuerza unitaria erosiva del agua para los surcos con pendiente.

Criddle ha dado una ecuación para calcular el caudal máximo no erosivo, Qe en l/s, en función de la pendiente io en %, como sigue: Qe = 0.63/ io%

(Ec. 5.12)

Por ejemplo para una pendiente io = 0.5 %, el caudal Qe será: Qe = 0.63/0.5 l/seg. = 1.26 l/seg. Por “tapada”, que en la mayoría de países se toma 10 surcos, se requiere un caudal de: Qe = 10 x 1.26 l/seg. = 12.6 l/seg. También se puede calcular en base a esta expresión el número de “tapadas” o de surcos que podrán regarse con un determinado caudal. Dado que la infiltración es función del tiempo, desde el punto de vista riguroso debería regarse con caudales decrecientes. En la práctica resulta suficiente el uso de dos caudales: uno para cubrir el tiempo de escurrimiento (Tesc) y que tiene por objeto llegar rápidamente al pie de la parcela, este caudal debe ser el máximo no erosivo; y otro caudal menor que el anterior y cuyo objetivo es cubrir la velocidad de infiltración cuando este proceso ha entrado en régimen (Ti). En la práctica para terrenos con pendiente, se incorpora comúnmente un caudal superior al requerido por el proceso de infiltración en el surco, lo que trae como consecuencia pérdidas por escurrimiento al pie del surco, en el drenaje, lo que constituye una pérdida de eficiencia. Entonces, si al llegar al pie del surco existe un caudal sobrante, puede usárselo para riego de alguna parcela ubicada en un nivel inferior, constituyendo la que se denomina riego encadenado, que es una buena práctica de aprovechamiento de los sobrantes siempre que se rieguen independientemente las dos o tres parcelas ubicadas a diferente nivel. LONGITUD DE LOS SURCOS. Para reducir las pérdidas de agua por percolación profunda, existen dos posibilidades: Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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1. Aumento del caudal aplicado. 2. Reducción de la longitud de los surcos.

El caudal que puede aplicarse a un surco está limitado por el caudal máximo no erosivo, de modo que repetidamente debe recurrirse a acortar la longitud de los surcos para reducir las pérdidas. Pero esto trae aparejado el fraccionamiento de la propiedad, aumento de las longitudes de las acequias y del número de obras de arte, y mayores dificultades en las labores mecanizadas. Al elegirse la longitud del surco se debe realizar un cuidadoso análisis de todos los factores agroeconómicos que intervienen. Teniendo en cuenta que no son sólo las pérdidas por percolación lo que decide al respecto, sino que existe también escurrimiento al pie de la parcela y que dicho escurrimiento se reduce a medida que disminuye la relación entre el tiempo de infiltración y el de escurrimiento (Ti/Tesc). Dada las mayores pérdidas por percolación, la longitud es menor en los suelos gruesos que en los de textura fina. Igualmente para suelos de igual textura, disminuye la longitud a medida que aumenta la pendiente io, o sea, a medida que aumenta la fuerza unitaria erosiva del agua. Según Israelsen, en Utah EEUU, difícilmente se encuentran surcos de longitudes mayores a los 200 metros, siendo los más comunes desde 90 a 150 metros. En nuestro país, en general, no pasan de los 200 metros de largo. En Ica son comunes longitudes de 120 metros, aunque ello está condicionado al tipo de conducción, en parrales son comunes longitudes de 200 a 250 metros, por razones constructivas del mismo. Mediante las ecuaciones ya vistas se puede determinar la longitud del surco analíticamente, pero también se lo ha hecho experimentalmente, obteniendo las curvas de avance en función del tiempo para diferentes caudales, forma del surco y naturaleza de las paredes del mismo. Los ensayos realizados en el Instituto de Suelos y Riego han permitido determinar que en las condiciones de la zona de Río Mendoza (Argentina) con pendientes del 1%, la longitud del surco responde a la ecuación general: L = a . Tescb

(Ec. 5.13)

Donde: a y b : Son parámetros que varían con el caudal aplicado y el estado de las paredes del surco (recién arado, terreno asentado por riegos sucesivos, terreno con vegetación).

Por ejemplo: para un caudal Q= 0.8 l/s, y cobertura vegetal de 40-50 cm de altura, la ecuación obtenida es: L = 5.95 Tesc

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(Ec. 5.14) Página 11

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Donde el tiempo de escurrimiento se expresa en minutos.

Para un tiempo de escurrimiento igual a la cuarta parte del tiempo de infiltración: T esc. = Ti/4, la ecuación queda:

L = 5.95 (Ti/4)

0.7

(Ec. 5.15)

Lo que da para un Ti = 4 horas una longitud de surco de 105 metros. ENSAYOS EN RIEGO POR SURCOS. La mejor manera de evaluar el riego por surcos y de mejorar su diseño, es mediante el ensayo directo en el terreno, con diferentes caudales. El ensayo se realiza en varios surcos de gran longitud y en igualdad de condiciones en cuanto a suelo y forma del surco.

Se selecciona una superficie de terreno largo y angosto, y preferiblemente con pendiente uniforme. Se calcula el caudal máximo no erosivo con la fórmula de Criddle. Se establecen cinco valores de caudal, en función del tiempo.

Se instala una acequia en la cabecera nivelada a cero, con instalaciones para mantener la carga constante de agua en la misma, mediante compuertas o vertederos. El caudal diferente a los distintos surcos se puede lograr con sifones de goma, plástico o aluminio de diferente sección. El avance del agua en cada surco, se registra cuando el agua pasa frente a estacas colocadas cada 10 ó 20 metros de distancia, en cada surco para el caudal establecido para el mismo. En los surcos de mayor caudal el agua avanza rápidamente, mientras que en los de menores caudales, éste se va infiltrando y demorando su llegada a las estacas. Se anota el tiempo para cada surco y cada estaca del mismo. Luego se grafica el espacio recorrido por el frente de agua en abcisas y los tiempos acumulados en ordenadas. Se deja un surco para determinar el caudal infiltrado por diferencia entre el caudal que entra y el que sale. Y así se determina la velocidad de infiltración, I, y los parámetros de la ecuación correspondiente a la misma. De las curvas graficadas se elige para el proyecto la que representa el caudal no erosivo. Fijada la lámina de agua, dx, a reponer en cada riego, se calcula el tiempo de riego Ti. Adoptando como tiempo de escurrimiento, Tesc = Ti/4, el mismo se usa, en el gráfico construido anteriormente, en el eje de las ordenadas, hasta interceptar la curva de caudal máximo no erosivo, Q e, la abcisa que corresponde a dicho punto es la longitud de surco máxima para ese suelo. Para el caso en se adopta un tiempo de escurrimiento igual a la cuarta parte del tiempo de infiltración, la eficiencia de diseño es del 89%.

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FIG. No 5.13 GRAFICO DE ENSAYOS DE RIEGO POR SURCOS

Ejemplo 1: CUANDO SE USAN DOS CAUDALES Y SE SELECCIONA LA LONGITUD. Es un suelo franco limoso. Se considera que se vuelve a regar cuando se ha consumido un 60% del agua (porcentaje de reposición R del 0.6) almacenada en perfil. La capacidad de campo CC es de 27%, el punto de marchitez es PM de 13%. El peso específico aparente del suelo es ρa de 1,35. La profundidad radicular es D de 0.5 metros. Se adoptan surcos de 0.6 m de ancho. La lámina de reposición dx se calcula como el producto del porcentaje de reposición multiplicada por la lámina de almacenaje del perfil: dx = R . (CC - PM) ρa D/100

(Ec. 5.16)

dx = 0.6 (0.27 - 0.13) 1.35/ 0.5 m = 56 mm De acuerdo a la ecuación de infiltración:

d = 2.9 T

0.55

Ip = K Tn-1

(Ec. 5.17) (Ec. 5.18)

Donde: d : Lámina acumulada. Ip : Lámina de infiltración promedio, K = 2.9, n = 0.55. El tiempo de infiltración se calcula con: Ti = (d/K)1/ n = (56 / 2.9)1/0.55 = 218 min. = 3.6 horas. El tiempo de escurrimiento es: Tesc = Ti/4 = 54 min. para una eficiencia de aplicación del 89%. El tiempo total de riego es: Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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TT = Tesc + Ti = (218 + 54) min. = 272 min. La infiltración promedio es: Ip = K T

n-1

= 2.9 (218 min)

-0.45

= 0.257 mm/min

Pasando a mm/hora: Ip = 0.257 . 60 mm/h = 15.42 mm/h. Pasando a caudal por unidad de superficie: Ip = 15.42 /3600 l/seg. m2 = 0.0043 l/s. m2 Para determinar el caudal máximo no erosivo, se elige 1 l/seg. por no ser erosivo para esa pendiente y textura del suelo. La longitud apropiada se registra entrando al gráfico del ensayo de surcos con el T esc para el caudal de 1 l/s, dando para este caso una L = 200 metros. El caudal de infiltración para un surco será la infiltración promedio multiplicada por la superficie expuesta a la infiltración del mismo, que resulta ser la longitud del surco por el perímetro mojado (que es prácticamente igual al ancho del surco):

QI = 0.0043 l/s m2 x 200 m x 0.6 m = 0.52 l/s. < 1 l/s que es el caudal máximo no erosivo. En este ejemplo se ha supuesto que la distancia entre surcos B es prácticamente igual a su perímetro mojado χ. Cuando esta condición no se cumple, hay que corregir el valor de dx multiplicándolo por la relación entre χ/B. En el caso de surcos profundos y poco espaciamiento entre ellos, χ puede ser igual al espaciamiento.

En surcos más separados, el perímetro mojado puede ser la mitad, un tercio o aún una fracción menor del espaciamiento. En el caso de amplio espaciamiento el período de infiltración se prolonga con el fin de humedecer lateralmente por avance capilar, aún cuando se produzca una pérdida de agua por percolación. En el ejemplo anterior si el surco tuviera un espaciamiento de 0.6 m y un perímetro mojado de 0.4m el cálculo de d queda así: d = χ /B x K Tin = (0.4/0.6) 2.9 Ti0.55

(Ec. 5.19)

Ti = 455 min. = 7.58 horas Ti = 7.58 h Tesc= 1.90 h. Ejemplo 2: Se usa el caudal máximo no erosivo y se selecciona la longitud.

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Además de los datos del ejercicio anterior se cuenta con la pendiente que corresponde a io = 1%. La infiltración promedio es de 0.0036 l/s.m2. El espaciamiento es de 060 m. Cálculo del caudal máximo no erosivo: usando la fórmula de Criddle.

Qe = 0.63/io % = 0.63/1 l/s. = 0.63 l/s. Cálculo de la longitud del surco: mediante la fórmula: Q. T = A . d

(Ec. 5.20)

Q = A x d/ T = A x I

(Ec. 5.21)

QI = IP x A = I P x L x E

(Ec. 5.22)

L = Qe / (Ip . E)

(Ec. 5.23)

Donde: L : Longitud del surco, A : Área del surco. d : Lámina de agua. T : Tiempo. Ip : Infiltración promedio. Qe : Caudal de escurrimiento (máximo no erosivo). E : Espaciamiento entre surcos.

Calculando: L = 0.63 l/s / 0.0036 l/s m2 0.60 m. = 292 m. Tiempo de escurrimiento: Con las curvas de ensayo, para el caudal propuesto de 0.63 l /s y una longitud de 292 m, se obtiene un tiempo de escurrimiento de aproximadamente 120 minutos y un tiempo total de riego de: TT = Ti + Tesc = (215 + 120) min. = 335 min. = 5.6 horas. Eficiencia de aplicación: Se realiza la relación entre el Tesc obtenido y el Ti calculado con la lámina a reponer: Ti / Tesc = 215 / 120 = 1.8

Ea = 2 x (Ti / Tesc)/ (1+ 2.(Ti / Tesc)) (Ec. 5.24) = 0.78 = 78%. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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Ejemplo 3: Cálculo del caudal para un surco de longitud prefijada. Son válidos todos los datos anteriores, y se adopta una longitud prefijada de 200 m. El caudal medio de infiltración es de 0.0043 l/s m2 y el espaciamiento es de 0.6 m. Cálculo del caudal de infiltración: QI = 0.0043 l/s m2x200 m x 0.6 m = 0.516 l/s. Como entre las curvas determinadas no está la de QI = 0.5 l/s, la más cercana es de la 0.6 l/s, se realiza la diferencia de caudales para ambas curvas ΔQ = (0.6 - 0.5)l/s = 0.1 l/s. Se calcula la longitud equivalente L’ para ese ΔQ: L’ = ΔQ / Ip E = 0.1/ 0.0043 0.6 m = 39 m Se lee de la curva de los 0.6 l/s para L = 200m el Tesc = 70 min: 200 m → 0.6 l/s → Te = 70 min. 39 m → 0.5 l/s → Te = 90 min. Cálculo del Tiempo Total de riego: es la suma: TT = Ti + Tesc = (215 + 90) min = 305 min. Cálculo de la eficiencia: se realiza la relación entre el Tesc obtenido y el Ti calculado con la lámina a reponer: Ti / Tesc = 215 / 90 = 2.4 Ea = 2 . (Ti / Tesc) / ( 1+ 2.(Ti / Tesc) = 0.83 = 83%. RIEGO POR SURCOS SIN PENDIENTE. Para este caso se impone un caudal instantáneo elevado y surcos cortos. Para que el riego sea eficiente se recomienda que los surcos no tengan una longitud mayor de 120 a 160 metros según la textura del suelo, para evitar el desborde en la parte superior o cabecera del mismo. Es necesario colocar un caudal grande por surco para que llegue el agua lo antes posible al final del mismo. Es decir que, en este caso no interesa conocer el tiempo de infiltración, ni el tiempo total, sólo es importante el llamado tiempo de aplicación Ta . Que se calcula usando la ecuación: QT = A d. Por ejemplo, para una lámina neta de 60 mm a reponer, con una eficiencia de aplicación del 60%, nos dará:

60 mm / 0.60 = 100 mm = 1000 m3/Ha. Ta = A d / Q , y suponiendo un caudal para riego de 200 m3/ hora, el tiempo de aplicación para una ha será: Ta = 1 Ha. 1000 m3/Ha./ 200 m3/ h. = 5 horas. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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Donde A es el área regada en Ha., Q es el caudal derivado para riego en m3/h. y d es la lámina bruta de riego en mm.

En riego por surcos sin pendiente sólo es posible colocar grandes láminas de agua al suelo. Es imposible colocar eficientemente 1000 m3/Ha. Porque los Ta son tan bajos que el agua no alcanza a llegar al fondo del surco. Por lo tanto, se recomienda este tipo de riego por surcos sin pendiente en el caso de terrenos con una infiltración moderadamente elevada, de pendiente natural escasa y para cultivos de raíz profunda en los que la lámina de reposición del suelo siempre sea mayor a 100 mm.

DISPOSICIONES ESPECIALES EN RIEGO POR SURCOS. Corrugación. Consiste en la instalación de surcos de escasa profundidad y de reducido espaciamiento. Normalmente se emplea este método en cultivo sembrados “al voleo”, especialmente las forrajeras y cereales (cebada, centeno), en suelos medianamente irregulares, de mayor pendiente que los surcos comunes, y de naturaleza física medianos a pesados. Es un método clásico para cultivos regados por inundación, y que, ya sea por una inadecuada nivelación del terreno, o porque el suelo forma costra al secarse, no puede aplicarse la inundación. Surcos en curvas de nivel. Es el método comúnmente empleado en terrenos con fuertes pendientes, donde la sistematización del terreno para otros métodos de riego por superficie obliga a grandes movimientos de suelo, o aún cuando se los realice la calidad del suelo no lo permite. Los surcos no siguen estrictamente las formas de las curvas de nivel, sino que se trazan con una pendiente determinada. Esta pendiente tiene la finalidad de evitar el desborde del agua en el sentido de la máxima pendiente, cuando debido a la presencia de cualquier obstáculo se eleve exageradamente el nivel del agua en el surco. La pendiente del surco normalmente es leve, entre el 0.2 y 0.3%, sólo con la finalidad de mantener un adecuado escurrimiento en los surcos. Surcos en zig-zag. Se usa en terrenos de fuertes pendientes y cuando no es posible o no resulte conveniente aliviar el efecto de la pendiente por otros métodos. Se emplea especialmente en montes frutales y tiene por finalidad reducir el efecto de la pendiente de los surcos, aumentando su longitud, para el mismo desnivel. Pero posee un efecto secundario, en cada cambio de dirección del surco se produce una pérdida de energía, sobreelevación del pelo de agua (remanso) aguas arriba del mismo, aumentando el perímetro mojado y como consecuencia el área de infiltración. CONTROL Y DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL RIEGO POR SURCOS. Un esquema general consiste de una sobre-acequia en la cual se riega una parcela, por ejemplo, se derivan las regueras, cada una de las cuales alimentan un determinado número de surcos. En los Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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viñedos con surcos en pendiente, la reguera abastece a 10 surcos, este conjunto recibe el nombre de “tapada”. El regante dispone el número de tapadas que podrá operar en forma simultánea, de acuerdo al caudal con que cuenta en la cabecera de la parcela. Cuando se trata de terrenos con pendiente existirán escurrimientos al pie de los surcos que son recogidos en el drenaje, y a través de un “crucero” se incorpora al caudal disponible para riego de la parcela inferior (riego encadenado).

FIG. No 5.14 GRAFICO DE ENSAYOS DE RIEGO POR SURCOS

El control de caudal que se incorpora a cada surco se realiza “a ojo” por el regante, quien modifica la sección de entrada al mismo con tierra, piedras, ramas, champas. Para regular el número de tapadas habilitadas para el riego se usa una serie de compuertas ubicadas en la acequia. Pero también se pueden emplear elementos especiales que permiten un exacto control del caudal entregado por surco, por ejemplo, los tubos y los sifones, en los cuales el caudal erogado es función de la sección y de la carga h que varía si la salida está libre o sumergida.

FIG. No 5.15 CONTROL DE CAUDAL POR TUBOS

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FIG. No 5.16 CONTROL DE CAUDAL POR SIFONES

LONGITUD Y CAUDALES MAXIMOS RECOMENDABLES EN RIEGOS POR SURCOS SEGÚN LA PENDIENTE Y LA TEXTURA DEL SUELO (MERRIAM 1970)

CUADRO No 5.2 LONGITUDES DE SURCOS

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Cuando se trata de terrenos con pendiente existirán escurrimientos al pie de los surcos que son recogidos en el drenaje, y a través de un “crucero” se incorpora al caudal disponible para riego de la parcela inferior (riego encadenado). B.- RIEGO POR INUNDACIÓN O “A MANTO”. En este método de riego superficial, la capa radical de suelo se humedece al mismo tiempo que el agua cubre con una delgada lámina la superficie. Dicha inundación puede ser natural cuando se aprovecha la elevación del nivel de los ríos; o puede ser artificial, en cuyo caso el hombre sistematiza los terrenos, conduce el agua y los inunda. A su vez la inundación puede ser continua, en el caso especial de cultivos como el arroz, o pueden ser intermitentes, cuando se riega periódicamente, o sea a intervalos, para reducir la humedad del suelo. TIPOS DE RIEGO POR INUNDACION: Se pueden distinguir cuatro tipos de variantes de riego por inundación: melgas, corrimiento, melgas en contorno y palanganas. 1.- RIEGO POR MELGAS: El agua escurre sobre la superficie en delgadas láminas, humedeciendo al mismo tiempo el terreno. El perfil de la lámina de agua, y del frente de humedad del suelo es variable en función del tiempo y un esquema es el siguiente, se divide la superficie en melgas, o sea, en fajas de terreno separadas por bordes.

FIG. No 5.17 RIEGO POR MELGAS

El riego por melgas se emplea en cultivos que tienen gran densidad de siembra, por ejemplo los cereales y forrajeras sembradas “al voleo”. Los terrenos deben ser llanos (de poca pendiente), y que tengan buena velocidad de infiltración y baja erodabilidad.

El caudal para una misma longitud de melga es función del ancho de la faja o espaciamiento de los bordos, y teniendo en cuneta que un espaciamiento reducido fraccionaría mucho el área irrigada, se requiere para este sistema caudales grandes.

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La eficiencia en el riego por melgas es elevada, pero se requiere una buena nivelación, de modo que los gastos de instalación del sistema también son elevados. Pendiente. La lámina en todo el ancho de la melga debe tener una altura uniforme, por lo tanto ésta debe estar completamente a nivel transversalmente. En el sentido longitudinal, se presentan tres casos al igual que en los surcos: 1. Sin pendiente (0%): no posee desagüe al pie y sin efecto de recesión de la lámina. 2. Pendiente leve (0.1-0.5%): con desagüe al pie y lámina con importante efecto de recesión. 3. Pendiente fuerte (0.5-1%): con desagüe al pie y lámina con limitado efecto de recesión.

Para evitar el efecto de la erosión los valores óptimos de pendientes en riego por melgas son menores a 0.1 - 0.2%. Caudal. El caudal se puede calcular por medio de: q = Ip a

(Ec. 5.25)

Donde: q : Caudal por unidad de ancho de cada melga. Ip : Velocidad de infiltración promedio, y a es el área unitaria de la melga (longitud). Por ejemplo, si se desea conocer el caudal Q que se requiere para regar una melga cuyo espaciamiento entre bordes es E de 10 m y la longitud L es de 180 m, teniendo una I p de 4.1 cm/hora (0.011 l/s m2).

a = 1.00 x 180 m2 = 180 m2 Q = 10 m x180 mx 0.011 l/s m2 = 19.8 l/s. ≈ 20 l/s.

Si se cuenta para el riego con un caudal de 63 l/s, sólo podrán regarse simultáneamente 3 melgas. De acuerdo al cálculo realizado, si la longitud de la melga es grande el caudal que transporta también lo será y podrá suceder el caso que la altura de los bordos no sea la suficiente para el mismo, o que se produzca erosión en la cabecera de la misma.

Al igual que en el riego por surcos, el máximo caudal a aplicar en las melgas sin pendiente es el que puede contener los bordos, y en las melgas con pendiente es el máximo no erosivo.

El caudal máximo no erosivo ha sido determinado experimentalmente por Criddle: -0.75

qe = 5.57 io

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(Ec. 5.26) Página 21

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Donde: qe : Caudal máximo no erosivo por metro de ancho de la melga en l/s m. io : Pendiente de la melga en %. Longitud de las melgas. La hidráulica de riego por superficie permite obtener la longitud más adecuada para riego con alta eficiencia. Diversas determinaciones experimentales han sido volcadas en tablas que permiten seleccionar la longitud de la melga en función de la textura del terreno, pendiente y caudal. La longitud también puede obtenerse en función de la ecuación de Criddle. Diseño del sistema de riego por melgas. Al igual que para el caso de los surcos, en el diseño de las melgas también se usa el gráfico de avance, determinado de acuerdo a los resultados de ensayos de campo. Entonces, habiendo calculado el caudal máximo no erosivo, se procede a determinar la longitud de la melga L, para lo cual se usa el gráfico de avance ya mencionado. Los datos para el gráfico son el tiempo de escurrimiento Tesc, que se adopta como una cuarta parte del tiempo de infiltración Ti , y el caudal máximo no erosivo, con ambos se obtiene la máxima longitud de la melga. De la misma manera que para surcos se calcula el caudal de infiltración para las melgas.

En el diseño se pueden presentar tres casos distintos, de acuerdo a la pendiente de las melgas. Riego por melgas sin pendiente. Se analiza el caso a través de la ecuación: Q T = A d , ya conocida. Lo fundamental es encontrar el tiempo de aplicación Ta, se lo calcula tratando de colocar un caudal elevado en la melga, con ello se logra que el agua llegue hasta el pie de la misma rápidamente y la eficiencia se eleve. Para ello hay que contar con caudales mayores a 30 l/s y melgas de una longitud no mayor a los 200 m cuando el suelo es de textura muy fina. Cuando se quiera introducir un caudal mayor se puede abrir simultáneamente varias bocas de modo que no haya problemas de erosión. Riego por melgas con pendiente. Se puede trabajar con un solo caudal y la longitud a fijar, para ello se lo elige cercano al caudal máximo no erosivo produciendo el corte cuando el agua llegó al final de la melga. Para calcular el tiempo de escurrimiento Te se procede como en los surcos, se calcula el ΔQ y con él se calcula el Te. Para una diferencia de caudal ΔQ se tiene: L’ = Qmáx / Ip E

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(Ec. 5.27)

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Qmax. = 5.57 io-0.75

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(Ec. 5.28)

Se calcula L, y con ese valor en el gráfico de avance se obtiene el tiempo de escurrimiento Te. La diferencia en más o en menos del caudal elegido con el caudal señalado producirá por comparación con la curva de avance elegida, un aumento o retraso del Te que se tendrá en cuenta en la eficiencia. Con ese Te se entra en la curva de avance y se señala cuál será la longitud apropiada. Riego por melgas con pendiente. Para este caso la longitud es fija y se calcula el caudal. El mecanismo de cálculo es el mismo seguido en el anterior caso, la longitud y el ancho producen un área que multiplicada por el Q i en l/s m2 da el caudal de infiltración en l/s. Elegido el caudal se procede a buscar la curva de avance que corresponda con el mismo, si no se encuentra, se busca la diferencia ΔQ, que obviamente producirá un Te diferente. En función de la diferencia ΔQ se determina la diferencia de anchos de melgas y se encuentra finalmente el Te en función de otra curva de caudales. Se calcula la eficiencia de aplicación. 2.- MÉTODO POR CORRIMIENTO. En este método, también llamado por desbordamiento, el agua se infiltra en el suelo, mientras corre con una lámina delgada sobre la superficie. El agua desborda de una acequia que sigue aproximadamente las curvas de nivel y circula pendiente abajo, recorriendo distancias que varían entre los 15 a 50 metros según la naturaleza física del suelo y topografía del terreno. Este método se emplea en terrenos de topografía irregular, de pendiente fuerte, en todos los tipos de suelos que tengan buena velocidad de infiltración y baja erodabilidad. Se lo emplea en cultivos sembrados “al voleo”, especialmente en cereales y forrajeras de bajo valor económico. Requiere un gran caudal y se aplica especialmente en terrenos sin sistematizar, siendo baja la eficiencia de aplicación y de distribución del agua. Los gastos de operación son elevados, dadas las condiciones en que se lo emplea, por lo que se trata de un método a usar donde el agua es abundante y de bajo costo, existencia de mano de obra y cultivos de escaso valor económico.

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FIG. No 5.18 RIEGO POR MELGAS

3.- MÉTODO DE MELGAS EN CONTORNO. Cuando es necesario regar por inundación terrenos irregulares con pendientes más o menos importantes (hasta el 2%) y en suelos de condiciones extremas (livianos o pesados de gran velocidad de infiltración y baja erodabilidad), se sigue con los bordos las curvas de nivel, originando las melgas en contorno.

Se requiere un gran caudal para riego, porque es necesario llenar las irregularidades topográficas entre bordos. Al igual que en los otros métodos por inundación se lo usa para riego de cereales y forrajeras, especialmente el arroz que requiere inundación permanente. La eficiencia se la puede considerar como regular y los gastos de operación del sistema como medios. Las melgas están intercomunicadas entre sí, de modo que el caudal de alimentación es uno solo, que se traslada de una a la otra de acuerdo a la topografía del terreno. La longitud L de cada bordo depende de la pendiente del terreno, a menor pendiente mayor es el tamaño de las secciones a inundar. El diseño se basa en una ecuación volumétrica, en donde a medida que se llena cada compartimiento como el de la figura, la altura de agua h crece y por lo tanto el volumen también, y asimismo el alcance de la lámina aumenta.

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FIG. No 5.19 RIEGO POR MELGAS EN CONTORNO

4.- MÉTODO DE TAZAS Y PALANGANAS. Es un procedimiento similar al anterior, sólo que en este caso se emplean pequeñas secciones de inundación, el terreno queda prácticamente organizado en una serie sucesiva de terrazas. Se usa en los terrenos de leve pendiente o “a cero”, en suelo de extremas condiciones en cuanto a su naturaleza física (livianos o pesados), y de extrema velocidad de infiltración y alta erodabilidad. Se requiere grandes caudales, ya que las tazas se llenan rápidamente. Tiene eficiencia de riego alta y alto costo de instalación. Se emplea en frutales, comúnmente se ubica un árbol por palangana (en terrenos de caso “a cero” se pueden colocar hasta cuatro plantas por palangana). Se deriva una reguera, desde una acequia cabecera, que es la que alimenta las palanganas. La retención del agua sobre esta reguera y una apertura del bordo permiten la entrada simultánea del agua a dos palanganas.

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FIG. No 5.20 METODO DE TAZAS Y PALANGANAS

CONTROL Y REGULACIÓN DE LOS CAUDALES ENTREGADOS EN EL RIEGO POR MELGAS. El control y regulación de los caudales usados se realiza en forma similar que para el riego por surcos, es decir, desde la acequia o sobre acequia de cabecera se deriva el agua a cada melga. De acuerdo al caudal disponible se establece el número de melgas a operar, para ello, se coloca una sucesión de compuertas en la acequia que facilita la derivación del caudal necesario. La práctica común consiste en abrir boquetes en los bordos para permitir el ingreso del agua. Dicho procedimiento demanda mayores costos de operación, pero permite un relativo control del caudal entregado, con la finalidad de evitar la erosión en terrenos sueltos. DIMENSIONES RECOMENDADAS PARA MELGAS DE RIEGO EN FUNCIÓN DE LA TEXTURA DEL SUELO, DE LA PENDIENTE Y DE LA LÁMINA DE AGUA APLICADA EN CADA RIEGO

CUADRO No 5.3 DIMENSIONES RECOMENDADAS DE MELGAS

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TAMAÑO DE LAS MELGAS

CUADRO No 5.4 LONGITUDES MAXIMAS DE MELGAS

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