Posteado por: walac | 22 mayo 2010

EFICIENCIA DE APLICACIÓN DEL AGUA DE RIEGO

“DETERMINACIÒN DE LA EFICIENCIA DE APLICACIÓN DEL AGUA DE RIEGO A NIVEL PARCELARIO EN EL ÁREA DE MEJORAMIENTO DEL VALLE VIRÚ”
1.0          INTRODUCCION    

Se viene difundiendo a través de la prensa y otros órganos de comunicación masiva, que en los próximos años se acentuará el problema de escasez de agua, como una consecuencia de los problemas de Calentamiento y Enfriamiento global, lo cual afectará primeramente a la masa poblacional que crece en forma alarmante; el sector agropecuario y la industria también se verán afectados, entre otras unidades de consumo.

En el Sector Agrícola, el principal insumo es el agua, para obtenerlo generalmente se tiene que afrontar ciertas dificultades que van desde la gestión hasta la aplicación misma al suelo, en éste último puerto encontramos agricultores con una gran gama de caracteres, de cultura, usos y costumbre, pero generalmente utilizan el agua sin ningún tipo de responsabilidad ambiental y/o social, desconocen de la exigencia hídricas del cultivo, usan agua en exceso, incrementando el empantanamiento y salinización de suelos.             

Frente a esta problemática se suscribió el “Convenio de Cooperación Mutua entre la Administración Técnica del Distrito de Riego Moche – Virú- Chao, Junta de Usuarios del Valle de Virú y el Proyecto Especial CHAVIMOCHIC, para mejorar la distribución del agua y el riego a nivel parcelario en el valle de Virú”, en el marco de lo cual se realizó el presente estudio, cuyo resultado final y global a nivel de parcela fue que la Eficiencia del Sistema de Riego Parcelario es del orden del 45,25 %.

Complementariamente podría manifestarse que en el afán de minimizar el uso de agua de riego, en el año 2006, como un caso muy específico se ejecutó la “Determinación del consumo hídrico del cultivo de alcachofa en el valle Virú”. La aplicación de las recomendaciones del estudio aún no se realizan, al hacerlo se estaría ahorrando aproximadamente un volumen mínimo de 2,500 m3/ha respecto a lo asignado por la ATDRMVCH en de 14,000 m3/ha y de un mínimo de 4,000.m3/ha, respecto a la práctica actual de riego de parte de los usuarios….y

En el año 2005, bajo la misma modalidad de trabajo interinstitucional, se ejecutó el estudio “Determinación de la Eficiencia de la Operación y Distribución del agua de riego en los valles Chao, Virú y Moche”. La aplicación de las recomendaciones del estudio esta significando el valle Virú, un ahorro de agua de 500 lit/seg, volumen que puede ser incrementado con mejoras en los cauces y una mayor supervisión.

Actualmente en las áreas de mejoramiento del valle Virú y Chao y Moche, se viene trabajando en el mejoramiento de riego parcelario, aplicando métodos modernos de riego: distribución por mangas y tubos rectos y reconversión del riego de gravedad a sistema de riego a goteo, se esta avanzando en la medida que el agricultor acepte el cambio y cuente con el recurso económico para los materiales.

2.0          OBJETIVO

Cuantificar el nivel de eficiencia en la aplicación del agua de riego a nivel de parcela en el área de mejoramiento del valle de Virú.

3.0          FINANCIAMIENTO Y SUPERVISIÓN

La ATDR M-V-CH

Retribuyó económicamente la participación de un (01) Ingeniero Agrónomo.

P.E. CHAVIMOCHIC

Retribución económica de (02) Ingeniero especialistas y 04 personal auxiliar, mas apoyo logístico y servicio de laboratorio..

SUPERVISIÓN

Realizada por parte de la ATDRMVCH, la Sub-Adm. Dist. de Riego Virú y por parte del P.E. CHAVIMOCHIC, La División de Medio Ambiente, GDA Y MA.

4.0          PROTOCOLO DE EJECUCIÓN DE LA  ACTIVIDAD

1)     Coordinaciones con los responsables de la asistencia técnicos en las diferentes Comisiones de Regantes del valle Virú, encargados de la programación de la distribución del riego, para conocer la hora y el día de riego de las parcelas, seleccionadas (riego en el día)

2)     Medición de lecturas de mira “L1” y “L2”  en el AFORADOR “E” de entrada a la parcela  y de las lecturas “L1” y “L2” del AFORADOR “S” a la salida dela parcela, tiempos flujo en cada caso, lo cual permite definir las cargas hidráulicas “Ha” y “Hb” en cada uno de los AFORADORES SIN CUELLO, portátiles utilizados.

3)     Medición de Contenidos de humedad del suelo “w” al tercer día de un riego “n” y luego inmediatamente antes del riego “n+1”, esto es determinar  “w1” y “w2”.

4)     Determinación del consumo hídrico del cultivo en la parcela en evaluación, bien por cambio de humedad o por el método de la Evapotranspiración Potencial y el Kc.

5)     La eficiencia de aplicación estará definida por la relación entre el consumo real del cultivo y el volumen de agua aplicado al suelo para, atender dicho requerimiento.

Las etapas del estudio para la Determinación de la Eficiencia del Sistema de Riego Parcelario, a detalle son las siguientes: 

ETAPA DE CAMPO    

Esta etapa estaba conformada por dos componentes: Ejecución de Aforos y Toma de Muestras de Humedad.

a)            Ejecución de aforos

Realizados mediante dos (2) medidores portátiles construidos a base de aluminio con capacidad para medir hasta 250 l/s. El medidor por su naturaleza de diseño tiene dos puntos de control de la carga de agua, el “Ha” y el “Hb”, ubicados aguas arriba y aguas abajo del estrangulamiento del medidor, respectivamente.

El AFORADOR “E” mide el volumen de agua que se entrega a la parcela y El AFORADOR “S” mide el volumen que sale de la parcela (S) (cuando hay vertientes o desagüe, lo cual por lo general siempre ocurren). En ciertas ocasiones se miden las fugas que se producen en la captación y en otras se estiman en base a la experiencia del personal; si se tratan de volúmenes importantes hay que aforar con el medidor de salida (S) durante un tiempo prudencial para definir aproximadamente de que volumen se trata y luego el medidor es llevado para el aforo de salida de parcela.

El diagrama siguiente permite visualizar la ubicación de los aforadores en campo y los volúmenes que se determinarán en cada punto.

 

 

Las lecturas en los aforadores se toman periódicamente y cuando se aprecian variaciones en las señales instaladas en las paredes del cauce, aguas arriba del medidor. Por facilidad de visualización de las lecturas se ha medido desde la superficie del medidor hacia el pelo de agua en las pozas de control de carga hidráulica, las lecturas L1 y L2, y ellas permiten encontrar “Ha” y “Hb”, restando de 0.45 m. que es la altura la cara lateral del medidor.

La verificación del estado de flujo es muy importante y se controla también periódicamente. Para que el flujo sea Libre en cualquier medidor de longitud “L”, debe cumplirse que:

(hb/ha) < St, donde “St” es la Sumergencia transitoria del medidor.

Los medidores utilizados en el estudio están definidos como, de W =0.30 m. por L= 0.90 m y según la grafica Nº 01 le corresponde  St =  0.65.

b)         Evaluación del área de riego

Mientras se esta tomando las lecturas en los aforadores, parte del personal se dedica a realizar la medición del área de riego para conocer cuantas “hectáreas” (A) se esta irrigando en ese momento. La toma de datos se realiza con wincha de topografía o mediante un GPS (el área se encuentra en gabinete). Así mismo se realiza una evaluación del estado fenológico del cultivo y se trata de averiguar con el usuario las frecuencias de riego y otros datos a conocer.

c)         muestreo de suelos

El objetivo es determinar: Textura, Densidad Aparente y Contenido de Humedad 

La evaluación de la Eficiencia de Riego, se realiza entre dos riegos consecutivos. Al tercer (3) día despues del primer riego o riego “n” se toma la primera muestra de suelo, para determinar textura y Contenido de Humedad “w1”. Unos días después y previos al siguiente riego o riego “n+1”, se toma una nueva muestra para determinar el contenido de humedad denominada “w2” y la Densidad Aparente (Dap), utilizamos vasos muestreadores de peso y volumen conocido

ETAPA DE LABORATORIO.

Se determinó los contenidos de humedad y Densidad Aparente, raramente para conocer la textura; se utilizó una estufa y una balanza de precisión, vasos muestreadores de peso (Wv) y volumen (Vv) conocidos a precisión. Los pasos seguidos fueron:

a)         Contenido de Humedad (w)

1.-        Se pesa la muestra húmeda generalmente inalterada) con todo vaso…………….(Wt)

2.-        Se pesan los impropios: tapa del vaso y cintas adhesivas …………………………… (Wi).

3.-        Colocación de la muestra  en la estufa por 24 hrs. A 108 º C.

4.-        Finalmente, se pesa nuevamente el vaso conteniendo el suelo seco …………….(Wss).         

                w = (Wt – (Wi + Wss)) / (Wss – Wv)                                                   Decimal

b)         Densidad Aparente (Dap)

   Dap  =   (Wss – Wv) /  Vv                                                                     grs / cm3

ETAPA DE GABINETE

a)         Programación semanal

  • Elaboración de programas de trabajo semanal, recopilando información de las programaciones de riego ejecutadas semanalmente mediante la aplicación del Programa de Distribución del Agua de Riego IDIS (generalmente se trabajaba en las Comisiones de Regantes Santa Elena o Huancaco). En otras ocasiones se coordinaba con los Ingenieros responsables de la Asistencia Técnica en dicho programa o con los Sectoristas de Riego de las Comisiones de Regantes, para ubicar las parcelas seleccionadas para las evaluaciones de aplicación del agua de riego.

  • Se tenía que conocer la hora de inicio y la hora que culminaba el riego, debido a la jornada de trabajo del personal asignado al estudio, como de la dificultad de realizar los trabajos en horas de la noche. Igualmente se coordinaba con el usuario para la obtención de los contenidos de humedad w1  y  w2.
  • Con los roles de riego de la semana siguiente a las mediciones del riego “n”, se obtenía la información de cierra del circuito de una prueba. En esta Etapa se obtiene la frecuencia “F” de riego (tiempo existente entre un riego y otro) y entre las fechas de muestreo de  w1  y  w2, se  determina el periodo de Evaluación “P”

 b)         procesamiento de la información

 Cargas hidráulicas en los aforadores.        

Ha        =         0.45 -  L1        (m)

Hb       =          0.45 –  L2        (m)

L1 y L2  (m) lecturas desde la superficie del medidor (de altura 0.45 m). hasta el pelo de agua en cada poza de control del medidor Ha y Hb, respectivamente

Caudales        

El Medidor de caudales es un tipo “Aforador Sin Cuello”, diseñado por el Departamento de Ingeniería Agrícola e Irrigaciones de la Universidad del Estado de UTA.

FLUJO LIBRE:

Se tiene que cumplir la relación (Hb/Ha) menor de 0.65, el caudal esta dado por:

Q = C* (Ha) n         (m3/ seg)         

Siendo  “C” el Coeficiente de Flujo Libre determinado por:

C= K * (W) 1.025     

“W “ es el ancho de la garganta y en nuestro caso es W   =   0.30 m,  y “K” el coeficiente de la longitud del aforador, a Flujo libre.

“n” y “K” se determina del grafico adjunto para un medidor de L  = 0.90 m de longitud.

“n”     =    1.85    y         “K”    =   3.90

C  =  3.9 * (0.30) 1.025      =  1.13530851

Por lo tanto:

                 Q  =  1.13530851 (Ha) 1.85                       (m3/seg) 

PARA EL CASO DEL MEDIDOR UTILIZADO EN EL ESTUDIO:  0. 30  *   0. 90
K  =  3.9

 

PARA EL CASO DEL MEDIDOR UTILIZADO EN EL ESTUDIO:  0. 30  *   0. 90
n  =  1.85

 

FLUJO SUMERGIDO

    Q  =   Cs * (Ha – Hb) n  / (cologaritmo S) ns                                          (m3/seg) 

Donde  S es el indicador de sumersión del medidor  =  (Ha/Hb)     y,

   Cs  =   Ks  *  (W) 1.025    =   Ks  *  (0.30) 1.025 

Ks  y  “ns”  se determinan del grafico adjunto y son iguales a :

Ks  =  2.15       y       ns    =     1.46

   Cs  =  2.15 * (0.30) 1.025     =      0.6258752

Además:

Cologaritmo  S   =     (-1) Logaritmo S   =  (-1) * Log de S, en base 10

Haciendo un arreglo para facilitar los cálculos en excel, usando el termino “U”:   

  U  =  (-1)  *  (log ((hb/ha);10))

Por lo tanto:

   Q  =    0.6258752   * (Ha – Hb) 1.85  / U 1.46          (m3/seg)

3)         Calculo de  Volúmenes de agua.       

            Vi  =  Q * T   

GRAFICA Nº 04: COEFICIENTE DE FLUJO “ns”   VS   LONGITUD “L”

 

PARA EL CASO DEL MEDIDOR UTILIZADO EN EL ESTUDIO: 0.30  *   0.90
ns  =  1.46

 

 GRAFICA Nº 05: COEFICIENTE DE LONGITUD “Ks”   VS   LONGITUD “L”

 

PARA EL CASO DEL MEDIDOR UTILIZADO EN EL ESTUDIO: 0. 30  *   0. 90
Ks  =  2.15

El volumen parcial “Vi” queda determinado por:

Vi  =  0.5 * 60 * (Qi + Qi+1) * (Ti+1  -  Ti)                                                                      m3

El volumen total medido en cada aforo queda determinado por:

V  =   ∑ Vi                     m3

c)         Cálculo de eficiencias

Se conoce el Tiempo de Riego (Tr), el Periodo de Receso del agua de cola o desagüe (Ts), se midió periódicamente el Caudal de entrega de agua a la parcela (Qe), el Caudal que se perdió en la operación de la toma de derivación a la parcela (Qop) y el Caudal del Salida de la parcela (Qs) de darse el caso. Además de han determinado los contenidos de humedad  después del riego “n” (ω1) y el Contenido de humedad inmediatamente antes del riego “n+1” (ω2), esto es en un periodo de Observación “P” y finalmente se ha Determinado a partir de los roles de riego cual es la frecuencia de riego “F”. Con toda esta información se inicia el cálculo de las eficiencias, mediante el protocolo siguiente:

1)         Los “Qe” parciales * los “Tr” parciales = Volúmenes parciales (Vie) de agua entregada para el Riego. El Volumen total esta dado por “Ve”.

           Ve  =  ∑ (Vie)           m3

            Teóricamente en una alta eficiencia de Distribución a nivel del sistema principal, el “Ve” debería ser igual el Volumen de Agua Adquirido “Vad”. El “Ve” total es     igual a la sumatoria de los volúmenes parciales entregados y aforados.

2)         El “Qop” por el “Tr” nos proporciona el Volumen de agua perdido en la Operación           “Vop”, el total esta dado por:

            Vop  =  ∑ (Viop)                             m3

3)         El “Qs” por el “Ts” nos proporciona el Volumen de Agua que es evacuado del       predio como excedente “Vs” (m3), el toral esta dado por:

            Vs =  ∑ (Vis)                       (m3)

4)         El Volumen Usado en el Riego “Vr” queda determinado por:

            Vr  =  Ve   -    Vop                          (m3)

5)         El Volumen Aplicado en el Riego “Vap” queda determinado por la relación:

            Vap  =  Vr   -    Vs    =           Ve – (Vop + Vs)          (m3).

6)         La frecuencia de riego (F): tiempo transcurrido entre los riegos consecutivos “n” y             “n+1”

            F  =  T(n+1)  -  T(n)           (días, horas y minutos)

7)         El periodo de riego (P): tiempo transcurrido entre el primer y segundo muestreo de             humedad.

                        P    =   T (ω2)  -   T (ω1)      (días, horas y minutos)

            En este tiempo se produce el consumo hídrico del cultivo traducido en Cambio de             Humedad (∆ω):

            ∆ω  =  (ω1 – ω2)

8)         Se determinó en campo el área irrigada “A” (ha), la Densidad Aparente       “Dap” gr/cm 3 y Profundidad radicular “H” (cm) para el periodo fonológico del cultivo.

9)         El Consumo Hídrico del Cultivo o USO CONSUNTIVO “Ucd”, para un estado      fenológico del cultivo esta dado por: 

                        (Vuc) = 100 * (∆ω * Dap * H)*(F/P)*A              m3

10)       Cuando los resultados de “∆ω” son controvertidos o muy dudosos el “Vuc”, se      determina mediante la relación siguiente:

            (Vuc)   =  10* Etc*A = 10*Eto*Kc*A*F           m3

            Donde “Eto” es la Evapotranspiración potencial (mm) promedio en el periodo “P” y “Kc” el Coeficiente del Cultivo (La Eto lo proporciona la estación meteorológica del PECH en el Campamento San José, determinados con el Método de Penman Modificado).

 

CUADRO Nº   01    :  COEFICIENTES DE CULTIVO Kc 
         
CULTIVO  FASES DEL CULTIVO 
INICIAL  DESARROLLO    MEDIADOS  FINAL 
MAIZ AMARILLO DURO  0,40 0,73 1,05 0,60
ESPÁRRAGO 0,30 0,63 0,95 0,25
VID 0,50 0,68 0,85 0,45
ALCACHOFA 0,70 1,00 1,30 1,15
CAÑA DE AZUCAR 0,80 1,00 1,20 1,00
PEPINO 0,50 0,75 1,00 0,80
AJI PÁPRIKA 0,50 0,78 1,05 0,90
MAIZ CHALA 0,40 0,70 1,00 0,50

 

11)       Generalmente “Vap” es mayor (Vuc),  (Vap > Vuc), y ocasionalmente (Vap <        Vuc). De darse el primer caso, significa que parte del volumen aplicado se pierde       por infiltración profunda (Vi); de darse el segundo caso, significa que el agua    aplicada no es suficiente para atender el requerimiento del cultivo en consecuencia   en un riego deficitario y “Vi” sale negativo. 

            Vi =  :  Vap  -  Vuc                     (m3)

12)       Con la finalidad de identificar en que momento del riego se produce mayor pérdida de agua y además en cierta manera  deslindar responsabilidades, en el presente           estudio se esta considerando las siguientes Eficiencias:

 I-                   Eficiencia en la Entrega: 

                         Ee   =  (Ve*100 / Vad)                     (%)

 II-                Eficiencia de Operación: 

                     Eop  =  (1  -  (Vop / Ve) * 100          (%)

             III       Eficiencia de Distribución Dentro de la Parcela     

                         Ed       =  (1 -  (Vs / Vr)) * 100            (%)

             IV-      Eficiciencia de Aplicación    

                         Eap      =   Vuc * 100 / Vap             (%)

             V-        Eficiencia del Sistema de Riego Parcelario:                       

                         Esp = (1 – ((Vop + Vi + Vs) / (Ve))*100     (%)

   La Eficiencia de Aplicación esta determinada para un estado fenológico determinado del cultivo.

La información de campo se adjunta en el Anexo Adjunto, el resumen de las mediciones de campo se da en el Cuadro Nº 02. El Cuadro Nº 03 muestra el resumen de las Eficiencias según el orden de ejecución y el Cuadro Nº 04 proporciona las Eficiencias por cultivos y periodos vegetativos.

5.0       CONCLUSIONES

Se lograron 25 pruebas válidas, de las cuales después de los cálculos correspondientes se tienen siguientes resultados:

5.1       Eficiencia de Entrega de Agua a la Parcela

  • (14/25) casos indican que el agua entregada a la parcela es menor que el volumen adquirido por el usuario. En promedio se tiene un 76.95 %.
  •  (10/25) casos indican que la entrega de agua es mayor al adquirido, estando en promedio en 114.74 %.
  • (1/25) de los casos mencionados la entrega del agua fue en 100 %,  esto es el 4 %.

5.2       Eficiencia de operación

            En la captación del agua para la parcela generalmente se producen algunas pérdidas, debido al mal estado de las compuertas, si es que existen, pues mayormente son rústicas. Al respecto  se tiene:

  • (7/21) casos han mostrado una eficiencia de operación al 100 %.

 En promedio se tiene una Eficiencia  del  95,60 %.

5.3       Eficiencia de Distribución

            Esta definida por las pérdidas que ocurre por escorrentía superficial, es decir, agua            que sale de la parcela y que se atribuye a un inadecuado diseño de parcela (longitud y pendiente) o por la utilización de un excesivo volumen unitario de riego (caudal por surco). Se ha encontrado una Eficiencia de Distribución en Parcela de:

  • (2/25) casos han mostrado una Eficiencia de Operación del 100 %.
  •  En promedio se tiene una eficiencia de Distribución del 81,42 %

 5.4       Eficiencia de Aplicación

             Definida en los puntos 10) y 11).

            1):       (Vuc) = 100 * (∆ω * Dap * H)*(F/P)*A     m3                          ó

            2):       (Vuc)   =  10* Etc*A = 10*Eto*Kc*A*F    m3

            Los resultados obtenidos son variados:

  • La eficiencia de aplicación esta variando desde el 23.74 %  hasta el 100%.
  •  (4/25) casos superan el 100%.

 Esto significa que en dichas parcelas el riego fue insuficiente, el agua pasó por el surco pero no estuvo el tiempo suficiente para la infiltración de la lámina de riego. Esto se debe a que pasa mucho caudal por surco y en consecuencia el tiempo de avance es mayor al necesario y el agua pasa sin profundizar lo suficiente.

  • En promedio (20/25) evaluaciones deducen un promedio de Eficiencia de Aplicación del 62.27 %, evaluadas en parcelas con riego tradicional a gravedad no mejorado.

  •  En promedio (5/25) corresponden a parcelas con riego por gravedad mejorado (mangas y tubos rectos) y su Eficiencia de Aplicación promedio es 73.4 %.

 5.5       Eficiencia total del Sistema de Riego Parcelario

            Definido por la Diferencia entre el volumen entregado – perdidas (operación +      distribución + Infiltración profunda).

            No considerando las cinco parcelas en las que el riego es “Deficitario”, las 20    parcelas restantes proporcionan en promedio, una Eficiencia del Sistema de Riego Parcelario de 45,25 %.

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