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LOS NUEVOS RETOS EN EL ASESORAMIENTO EN NECESIDADES HÍDRICAS EN EXTREMADURA
Humanes Cecilia, Marina.1
Tapia Benito, Julián.2
1 y 2 Consejería de Medio Ambiente, Rural, Políticas Agrarias y Territorio. Junta de Extremadura. Avda Luis
Ramallo, s/n 06800 Mérida (Badajoz),
Resumen REDAREX Plus es una herramienta web muy potente, diseñada para optimizar la dotación de riego en parcela para cultivos herbáceos y leñosos en Extremadura, aunque también cuenta con diferentes servicios, de interés para la agricultura, derivados de la explotación de los datos de la red de estaciones agrometeorológicas del SIAR y Junta de Extremadura. El nuevo reto del asesoramiento al regante en nuestra región radica en el paso de la actual determinación de las necesidades hídricas de los cultivos en parcela al cálculo en grandes superficies de riego dentro del ámbito de sectores hidráulicos, comunidades de regantes o incluso zonas regables completas, mediante la utilización conjunta del Big Data, declaración de cultivos PAC y la teledetección.
1. REDAREX PLUS VERSIÓN 2: NUEVAS UTILIDADES.
Ya se encuentra disponible la versión 2 de Redarex plus. En línea con el avance de las nuevas tecnologías, se han desarrollado dos nuevas utilidades en la plataforma: una APP para smartphones y una programación de riego en parcela personalizada.
Figura 1. Página principal de Redarex plus versión 2.0
1.1 Redarex plus App.
Uno de los nuevos servicios de esta v.2 es la creación de una APP para smartphones Android, que puede descargarse desde la página principal del portal. A través de la misma el regante podrá realizar en el móvil las mismas consultas que en la web así como programar el riego de sus cultivos en el campo, incluso de manera offline, es decir, sin necesidad de estar conectado a internet. En el momento que haya conexión, se actualizarán en la cuenta del usuario todos los cambios realizados en su programación de riego desde el teléfono móvil.
Figura 2. Pantalla Agrometeorología en APP Figura 3. Pántalla Programación de riego en APP
1.2 Programación personalizada.
Con esta nueva modalidad el sistema calculará los valores óptimos de riego, para cada día del ciclo de cultivo, mediante la introducción del valor del coeficiente de cultivo, bien manualmente o derivados de los índices de vegetación obtenidos a través de imágenes multiespectrales.
Figura 4. Acceso a programación de riego personalizada
Entrando en la opción "Datos de recintos de riego" el usuario deberá dar de alta los recintos de su explotación, definir los cultivos y sistemas de riego así como elegir la opción de programación personalizada. Al aplicar obtendrá la tabla de programación de riego.
Figura 5. Tabla de programación de riego personalizada
En dicha tabla, ahora el CRDC y Kc son editables, mediante la opción de apertura y cierre de candado. De esta manera el usuario podrá regular el déficit o exceso de riego que desee aplicar, sobre el máximo que le indica el programa, en función del momento fenológico en el que se encuentre su cultivo así como indicar manualmente el valor de Kc de éste, en el caso de que lo conozca. Asimismo, pinchando sobre la fecha en la tabla de programación, se abrirá un pequeño visor/calculadora SIG que le permitirá cargar una imagen áerea multiespectral de la explotación (con bandas en el rojo e infrarrojo cercano).
Figura 6. Visor de imágenes multiespectrales para programación de riego personalizada
La imagen multiespectral podrá contener un patrón de reflectividad conocida o contener directamente los valores de reflectividad.Marcando el área de nuestra parcela, el sistema calculará los índices de vegetación (NDVI y SAVI) y el valor de Kc/Kcb correspondiente. Marcando sobre la línea y pulsando botón derecho del ratón se podrá añadir el valor obtenido a la tabla de programación de nuestro cultivo en la fecha de la imagen. A partir de la misma, el kc no se modificará hasta que el usuario no vuelva a introducir otra imagen o bien vuelva a editar con el candado y modifique manualmente el valor. El sistema evidenciará los cambios introducidos por el regante, tanto de CRDC como de Kc, mediante cambio de color a amarillo de las variables anteriores. Se estima que éste es un método mucho mas ajustado que la programación modelizada que se ofrece con la v.1, ya que esta tecnología permite reflejar el estado real de desarrollo de nuestros cultivos de regadío. Por otra parte, como quiera que en Extremadura las ayudas a la mejora de la eficiencia de riego en parcela están ligadas al uso de la programación de riego a través de Redarex plus, el beneficiario de las mismas podrá descargarse un archivo PDF de la programación de riego de sus parcelas objeto de subvención, para presentarla ante la administración gestora de este decreto de ayudas.
2. REDAREX PLUS VERSIÓN 3: UNA NUEVA PERSPECTIVA. REDAREX_plus sólo ha abordado hasta la fecha el problema del cálculo de necesidades hídricas en el primer escalón competencial, centrándonos en el agricultor, poniendo el foco en las necesidades y aplicación de agua a los cultivos a nivel de parcela. El sistema actualmente es incapaz de prestar servicio para el cálculo de las necesidades hídricas en grandes áreas. El trabajo que estamos desarrollando actualmente pretende ascender en dicha escala competencial, creando una herramienta útil a las comunidades de regantes que ayude a conocer y prever las necesidades hídricas, globales y durante la campaña de riego, del área regable que esté situada bajo su dominio hidráulico. El nuevo módulo, que hemos denominado REDAREX_plus_ViP, contiene los servicios generales de información agrometeorológica actuales de REDAREX_plus y tiene la capacidad de calcular necesidades hídricas netas y brutas para un gran número de recintos a un tiempo (hasta decenas de miles de recintos), un sector de riego completo e incluso para la totalidad de una comunidad de regantes o zona regable. Este nuevo enfoque espacial, "a Vista de Pájaro", es el que cambia totalmente el concepto del actual módulo "Programación de riegos", adicionando al portal el que pasará a ser "Necesidades hídricas de zonas regables". A continuación se muestra el diseño que tendrá la página de bienvenida de la v.3 de Redarex plus ViP. Se incluyen 2 nuevos servicios: Embalses de riego y Necesidades hídricas en ZZRR.
Figura 7. Página principal de Redarex plus ViP (v.3)
2.1 Embalses de riego. Esta nueva funcionalidad ofrecerá información del estado de la reserva hídráulica de los embalses de riego de las cuencas del Tajo y del Guadiana, tanto de los gestionados por las correspondientes confederaciones hidrográficas (tomadas de los SAIH de éstas) como por el Servicio de Regadíos y Coordinación de Desarrollo Rural de la Junta de Extremadura. El usuario podrá consultar la evolución de la reserva hidráulica semanal y mensual por año hidrológico, actualizado a tiempo real, con información de volumen y porcentaje embalsado respecto a capacidad máxima. La información se mostrará de manera gráfica y tabular. El conocimiento de las reservas de agua disponible en los abastecimientos contribuirá a mejorar la planificación y gestión de las campañas de riego a las CCRR. Por otra parte, disponer de esta información conjuntamente con las necesidades hídricas facilitará a los usuarios el manejo de la misma, lo que evitará tener que recurrir a la visita de portales externos.
Figura 8. Situación hidráulica de embalse de riego
2.2 Necesidades hídricas en zonas regables. En Extremadura hay una gran variabilidad entre comunidades de regantes en cuanto a superficie regable, número agricultores adscritos y nivel de tecnificación, pero todas ellas requieren unos sistemas ágiles de gestión de sus necesidades hídricas, adaptados a los retos de una agricultura sostenible en un escenario de cambio climático. La estimación de los recursos hídricos necesarios para el riego de los cultivos es importante abordarla desde la escala competencial de las CCRR. Estas deben debe prever las necesidades hídricas del área de riego que le compete con el objetivo de optimizar el uso de su red de riego y prestar servicio a todos los comuneros. El problema que se plantea es cómo abordar, con la metodología FAO 56, el cálculo para superficies de riego tan extensas, que abarcan muchas tipologías de CCRR con gran variabilidad de cultivos, ciclos y sistemas de riego así como poder realizar una monitorización de éstos durante las campañas de riego, casi a "tiempo real" para poder elaborar una herramienta útil a los colectivos de riego en la gestión del uso del agua. En este sentido la solución que proponemos se basa en la utilización conjunta de tres aspectos primordiales: la información procedente de la declaración de cultivos PAC que realizan cada año los agricultores a la Administración, el uso de la teledetección y la tecnología Big Data, que permitirá la automatización y procesado de una gran cantidad de información a la vez, en aras de ofrecer un servicio útil y eficiente. Todo ello constituye el pilar sobre el que se construye la potente versión 3 de Redarex plus ViP. Se han diseñado dos modelos de cálculo de necesidades hídricas: el modelizado y el de teledetección, siendo ambos complementarios, si bien tienen características de manejo bien diferentes por parte de los usuarios. Se incluye también la información de necesidades por campaña y zona regable, a modo de resumen.
Figura 9. Contenido del módulo de Necesidades hídricas en ZZRR.
2.2.1 Necesidades hídricas modelizado. Este módulo permitirá consultar la declaración de cultivos de la campaña actual en cada zona regable agrupada por sectores de riego. Indicará los cultivos y la superficie de los mismos que hay en cada recinto sigpac para ese año. A partir de esta información el usuario podrá confeccionar los "cultivos tipo" de su zona, con mayor o menor precisión, en función del conocimiento que tenga de la misma. El "cultivo tipo" o cultivo patrón está definido por una especie con un ciclo determinado y una arquitectura y sistema de riego concretos. Para un mismo cultivo, melocotonero, por ejemplo, existirán tantos cultivos tipo como ciclos, fracciones de cobertura vegetativa y sistemas de riego se den en la zona. La idea es que desde una misma página puedan darse de alta todos los cultivos tipo, con su superficie, comprendidos dentro de cada uno de los sectores de riego de una comunidad de regantes (sectores de riego o unidades hidráulicas, entendiendo por tal aquella porción de la superficie agrícola que se riega desde un mismo canal secundario o acequia).
Figura 10. Confección de cultivos tipo en ZZRR.
A continuación el sistema calculará automáticamente las necesidades hídricas netas y brutas del total de la comunidad de regantes y por sectores de riego. La metodología empleada en el cálculo es la de FAO 56. El coeficiente de cultivo se calcula por el método bifactorial, realizando alguna simplificación en la determinación de la componente evaporativa. El sistema asociará al cálculo automáticamente la ETo y las variables de la estación agrometeorológica que le corresponda. Los usuarios podrán explotar los datos y resultados obtenidos de la siguiente manera: - Obtener el total de las necesidades netas y brutas, acumuladas en la campaña de riego, por sectores y en el total de la zona regable. - Visualizar la evolución semanal y mensual de las necesidades en campaña por sector . - Generación de gráficas individuales o comparativas de necesidades entre diferentes sectores, a nivel semanal o mensual. - Realizar análisis de la campaña de riego mediante la obtención de los siguientes indicadores: - Indice de regadío (IR): Relación entre la superficie regada y la total regable. Se calcula como cociente entre superficie declarada y la total de los recintos SIGPAC dentro del sector. - Suministro relativo de agua (SRA): Muestra la relación entre el agua que entra en el sistema (precipitación y riego de las parcelas) y el agua requerida (ETc). - Suministro relativo de riego (SRR): Relaciona el volumen de agua distribuido para riego a los usuarios para la campaña agrícola con el volumen de agua de riego necesario por el cultivo a los largo de su ciclo de vida y nos informa sobre la calidad del riego aplicado al relacionar la cantidad de agua demandada por los agricultores con las necesidades netas de agua. El valor óptimo del indicador estará en torno a la unidad, lo que significa que se satisfacen las necesidades hídricas no cubiertas con el agua de lluvia. Un valor por debajo de la unidad marcará un déficit de riego. (Volumen servido a las parcelas/NN) - Suministro relativo de agua por precipitaciones (SRP): Peff/ETc. Solo tiene en cuenta el agua de lluvia. Permite conocer en qué cuantía se satisfacen las necesidades hídricas del cultivo de forma natural. - Eficiencia en parcela= NN / Sumatorio volúmenes aportados a las parcelas. - Eficiencia en distribución = consumo en parcela / agua suministrada al sector - Eficiencia global= NN / Volumen servido al sector Esta información se generará a partir de los resultados del cálculo de las necesidades hídricas y de los volúmenes servidos en cabecera de sector, acumulados en campaña de riego y el sumatorio de los volúmenes servidos al conjunto de las parcelas de riego. Estos dos últimos datos deberán ser introducidos en el sistema por los usuarios.
2.2.2 Necesidades hídricas por teledetección. La resolución espacial y temporal de las imágenes satelitales LANDSAT 8 y SENTINEL 2 así como su gratuidad, unido al potencial que tiene esta tecnología para realizar seguimiento de cultivos a través de los índices de vegetación, hace que sea un perfecto método alternativo para la estimación de las necesidades hídricas de grandes zonas.
Figura 11. Imagen RGB Sentinel 2.
El fundamento se basa en la utilización de las bandas del rojo e infrarrojo cercano de las imágenes satelitales para obtener índices de vegetación (NDVI y SAVI), de los que puedan derivarse coeficientes de cultivo. Con ello obtenemos una estimación más real de Kc que con el método modelizado y se precisa menos información previa para realizar los cálculos ya que no es necesario cumplimentar los campos de fecha de siembra, longitud de ciclo, marcos de cultivo, diámetro de copa......). La resolución temporal conjunta de ambas plataformas (5-10 días, en función de las zonas) unido a la actualización diaria de la información agrometeorológica permitirá realizar un seguimiento de la evolución de las necesidades hídricas de los cultivos en grandes áreas de riego. El procedimiento de cálculo se inicia con la carga automática en el sistema de las imágenes satelitales obtenidas y procesadas, es decir, con los índices de vegetación calculados y con una máscara de nubes y sombras generada. A continuación se cruza la información ráster agregada con los vectoriales de las áreas de riego a estudiar a diferentes escalas de detalle (recinto, parcela, polígono, sector de riego, etc). Una de las mayores ventajas y de la singularidad de esta herramienta es que se dispondrá, automáticamente, de la declaración gráfica de cultivos PAC, procedente de la propia Consejería de Agricultura para cada campaña en curso, lo que permitirá conocer el cultivo y la superficie que hay en cada recinto Sigpac. La cobertura gráfica de recintos incluirá únicamente las superficies objeto de cultivo, con lo que ganará precisión al quedar excluídas del cálculo las superficies improductivas de las áreas de estudio.
Figura 12. Detalle distribución de cultivos en un sector de riego.
Una vez realizado el cruce se realizarán interpolaciones entre imágenes consecutivas para la obtención de los índices de vegetación diarios. En el caso de la campaña en curso se realizará, tras la obtención de una imagen, una proyección de NDVI a una semana vista a partir de la pendiente de ésta imagen y la anterior. Esta proyección se corregirá una vez se obtenga la siguiente imagen futura, lo que obligará a corregir todos los cálculos subsiguientes. A continuación se calculan los coeficientes de cultivo para cada recinto declarado. La metodología seguida es la dual de FAO 56, con determinadas singularidades y simplificaciones: El Kcb se obtendrá a partir de funciones lineales, en función del tipo de cultivo presente en la declaración PAC. Dichas funciones relacionan los valores mínimos y máximos de NDVI o SAVI con los umbrales de FAO para ese cultivo. Posteriormente, y como hasta ahora, los valores de Kcb serán corregidos en función de las condiciones atmosféricas de velocidad de viento y humedad relativa. Por otro lado, la componente evaporativa Ks, que depende de Kcb, porcentaje de suelo mojado y tipo de suelo, se calculará de forma simplificada a partir d ela metodología propuesta por Wright (1981).. Se realizará modelización independiente para cultivos como el arroz, por tener un sistema de cultivo y riego muy particular. Asimismo se determinarán valores umbral inferior de los índices de vegetación en cada cultivo para establecer la interrupción del cálculo por finalización de ciclo. Una vez obtenidos los coeficientes de cultivo diarios procedentes de las imágenes satelitales y teniendo en cuenta los valores de ET0 y precipitación efectiva de las estaciones agrometeorológicas SIAR- Junta de Extremadura asociadas al área de riego de estudio, se calcularán las necesidades netas totales (NN en m3) para el conjunto de recintos incluidos en el vectorial de riego incorporado al sistema. Esta información podrá ser agregada a diferentes escalas superficiales, llegando incluso a nivel de zona regable completa.
Con la información de la eficiencia de riego, según el sistema de riego empleado en cada cultivo declarado, el sistema también podrá determinar las necesidades brutas para cada recinto de riego y por extensión las de toda el área regable. Este nuevo módulo contendrá un visor SIG en el que se podrá visualizar determinada cartografía interesante para el regadío (hidrografía, suelos, modelo digital de terreno, etc) y permitirá explotar los resultados obtenidos en los cálculos de diversas maneras: - Posibilidad de visualizar sobre la cartografía de recintos el valor del índice de vegetación, coeficiente de cultivo, necesidades netas o brutas a lo largo de la campaña (firma espectral del cultivo en la campaña). - Visualización de las variables anteriores agrupadas en una escala superior como sector de riego, comunidad de regantes o zona regable. -Presentación de los resultados anteriores filtrando por cultivo. - Exportación de los resultados anteriores a un formato estándar para que las CCRR puedan incorporarlos a sus correspondientes sistemas de gestión. 2.2.3 Resumen de necesidades por campaña. El cálculo de necesidades hídricas mediante meteo-teledetección está establecido como herramienta para las comunidades de regantes, tanto para el cálculo en campañas en curso como estudios plurianuales de campañas pasadas. No obstante, se estima de interés publicar un resumen general de cada campaña para todos los usuarios dados de alta en la web. La información a mostrar estará estructurada por Cuenca hidrográfica (Guadiana y Tajo), por Zona regable, sectores de riego y campaña. Los resultados a mostrar serán: Necesidades de riego netas en Hm3 Superficie regable Superficie regada Indice de regadío (cociente entre S. regada y S. regable) Composición de cultivos por sector y superficie en ha.
Figura 13. Distribución, superficie y necesidades de sectores en una zona regable.
3- Bibliografía Allen RG, Pereira LS, D. R, M. S, 1998. Crop Evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. Nº 56 edn., Rome, Italy. Allen RG, Pereira LS. 2009. Estimating crop coefficients from fraction of ground cover and height. Irrig. Sci. 28:17–34. Bausch, W.C., Neale, C.M.U. (1987). Crop coefficients derived from reflected canopy radiation: a concept. Transactions of the ASAE 30, 703-709. González Piqueras, J., Rubio E., Calera A. Cuesta A, Moratalla A., Gilabert M.A. (2005). Seguimiento de la evapotranspiración mediante los coeficientes de cultivo desde Teledetección. Aplicación a Maíz y Trigo. XI Congreso Nacional de Teledetección, 21-23 septiembre 2005. Puerto de la Cruz. Tenerife. Huete, A.R. (1988). A soil-adjusted vegetation index (SAVI), Remote Ssing of Environment 25, 53-70. Seevers P.M., Otmann R.W. (1994). Evapotranspiration estimation using a normalized difference vegetation index transformation of satellite data. Hydrological Sciences_Journal des Sciences Hydrologiques, 39,4. Agosto 1994. 333-335. Wright, J.L. (1981). Crops coefficients for estimates of daily crop evapotranspiration. Irrig. Scheduling for Water and Energy Conservation in the 80´s. american Society of Agricultural Engineers, Dec. 18-26. Wright, J.L., (1982). New evapotranspiration crop coefficients. J. Irrig. Drain. Div. ASCE 108 (1), 57–74.
