Necesidades de Agua de Riego.doc

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CALCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL

La metodologa empleada en este libro para el clculo de la ETP, comprende los siguientes aspectos:

1. Las generalidades

2. La realizacin de una demostracin con todo el procedimiento de clculo correspondiente.

Para este clculo vamos a emplear dos mtodos para poder tener una apreciacin bastante real de la evapo transpiracin en todos los sectores del proyecto que se encuentran en lugares bastante similares; por lo que se considera un solo clculo y se aplicar para los cuatro proyectos.

CALCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL PARA LA ZONA DE YARUQUIES SEGN EL METODO DE HOLDRIDGE

Este mtodo considera el factor biotemperatura, que se define como el mbito de temperaturas dentro de las que ocurre el crecimiento vegetativo; est entre 0 C como mnimo y 20 C como mximo.

Este autor plantea la siguiente frmula:

ETP= biot * 58.93, donde:ETP= evapo transpiracin potencial anual mm

biot = biotemperatura anual.

ETP = 58.93 ( biot1 + biot2 + biot3 .+ biot12) / 12

O lo que es lo mismo:

ETP = 58.93 (biot1/12 + biot2/12 + biot3/12 ..+ biot12/12)

Para obtener los valores diarios de la biotemperatura, de acuerdo con su definicin se establece el promedio de las observaciones comunes de temperaturas, tomando en cuenta solo aquellas temperaturas que se encuentran en el rango de 0 C a 30 C, considerando siempre el nmero total de observaciones.

Entonces tenemos:

Enerobiot = biot promedio / 31

biot = 437.10 / 31

biot = 14.10 C

Febrero

biot = biot promedio / 28

biot = 386.40 / 28

biot = 13.80 C

Marzo


biot = 427.80 / 31

biot = 13.80 C

Abril


biot = 411.00 / 30

biot = 13.70 C

Mayo


biot = 412.30 / 31

biot = 13.30 C

Junio


biot = 378.00 / 30

biot = 12.60 C

Julio


biot = 372.10 / 31

biot = 12.00 C

Agosto


biot = 437.10 / 31

biot = 12.50 C

Septiembre


biot = 396.00 / 30

biot = 13.20 C

Octubre


biot = 430.90 / 31

biot = 13.90 C

Noviembre

biot = biot promedio / 30biot = 420.00 / 30biot = 14.00 C

Diciembre


biot = 440.20 / 31

biot = 14.20 C

MESES BIOTEMPERATURASETP S.A.J.ETP (mm)

Enero14.1069.2470.61

Febrero13.8067.7762.42

Marzo13.8067.7769.11

Abril13.7067.2866.39

Mayo13.3065.3166.60

Junio12.6061.8861.06

Julio12.0058.9360.09

Agosto12.5061.3962.60

Septiembre13.2064.8263.97

Octubre13.9068.2669.61

Noviembre14.0068.7567.85

Diciembre14.2069.7371.11

TOTAL13.43791.14791.42

CALCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL PARA LA ZONA DE YARUQUIES SEGN HOLDRIGEEste autor plantea la siguiente frmula:

ETP = 0.18 en la que:ETP= evapo transpiracin potencial mensual en mm

= suma mensual de las temperaturas medias diarias mayores a 10 C; que para la zona de RIOBAMBA es igual a la suma de temperaturas medias ya que prcticamente no se manifiestan das con temperaturas medias inferiores a 10 C

MESES ETP S.A.J.

Enero437.1078.68

Febrero389.8570.17

Marzo427.8077.00

Abril411.0073.98

Mayo412.3074.21

Junio378.0068.04

Julio372.0066.96

Agosto387.5069.75

Septiembre396.0071.28

Octubre430.9077.56

Noviembre420.0075.60

Diciembre440.2079.24

882.48

Necesidades de Agua de Riego.

La determinacin de las necesidades de agua de los cultivos es el paso previo para establecer los volmenes de agua que ser necesario aportar con el riego.

La cantidad de agua que las plantas transpiran es mucho mayor que la retienen (la que usan para crecimiento y fotosntesis). La transpiracin puede considerarse, por tanto, como el consumo de agua de la planta. Adems debemos de considerar que hay prdidas de agua por evaporacin del agua desde la superficie del suelo.

La cantidad de agua que suponen ambos procesos, transpiracin y evaporacin, suele considerarse de forma conjunta simplemente por que es muy difcil calcularla por separado. Por lo tanto se considera que las necesidades de agua de los cultivos estn representadas por la suma de la evaporacin directa desde el suelo ms la transpiracin de las plantas que es lo que comnmente se conoce como evapotranspiracin (ETP). La evapotranspiracin suele expresarse en mm de altura de agua evapotranspirada en cada da (mm/da) y es una cantidad que variar segn el clima y el cultivo. Aunque en realidad existe una interaccin entre ambos, puede admitirse la simplificacin de considerarlos por separado y por lo tanto la evapotranspiracin se calcula como:

EVAPOTRANSPIRACIN DE REFERENCIA.

Para poder calcular la evapotranspiracin (ETP) se parte de un sistema ideado para este fin, consistente en medir el consumo de agua de una parcela de unas medidas concretas sembrada de hierba, con una altura de unos 10-15 cm, sin falta de agua y en pleno crecimiento, donde se ha colocado un instrumento de medida. Al dato obtenido se le llama evapotranspiracin de referencia (ETPr). Como el cultivo es siempre el mismo, ser mayor o menor segn sean las condiciones del clima (radiacin solar, temperatura, humedad, viento, etc.) y del entorno (no es lo mismo calcular la ETPr dentro de un invernadero o en el exterior). El clculo emprico de la evapotranspiracin de referencia es difcil y para obtenerla normalmente recurrimos a las entidades pblicas, centros de investigacin, etc.

COEFICIENTE DE CULTIVO.

El coeficiente de cultivo (Kc) describe las variaciones de la cantidad de agua que las plantas extraen del suelo a medida que se van desarrollando, desde la siembra hasta la recoleccin.

En los cultivos anuales normalmente se diferencian 4 etapas o fases de cultivo:

INICIAL: Desde la siembra hasta un 10% de la cobertura del suelo aproximadamente.

DESARROLLO: Desde el 10% de cobertura y durante el crecimiento activo de la planta.

MEDIA: Entre floracin y fructificacin, correspondiente en la mayora de los casos al 70-80% de cobertura mxima de cada cultivo.

MADURACIN: Desde madurez hasta recoleccin.

Como se observa en la figura superior, Kc comienza siendo pequeo y aumenta a medida que la planta cubre mas el suelo. Los valores mximos de Kc se alcanzan en la floracin, se mantienen durante la fase media y finalmente decrece durante la fase de maduracin. Lo mejor es disponer de valores de Kc para cada cultivo obtenidos en la zona y para distintas fechas de siembras, pero en ausencia de esta informacin se pueden usar valores orientativos de Kc para varios cultivos herbceos y hortcolas como los siguientes, en los que se observa que an siendo diferentes para cada cultivo, presentan valores bastante prximos a ellos.

Para los cultivos leosos, permanentes, los coeficientes de cultivo suelen venir expresados por meses y usualmente en funcin del grado de cobertura del suelo (que indica el porcentaje de superficie de suelo que ocupa la masa arbrea).

En caso de que exista algn cultivo implantado entre las filas de los rboles, los coeficientes de cultivo aumentaran debido al consumo que tal cultivo implica. Ocurrira lo mismo si existieran malas hierbas.

Ejemplo: Si la ETPr en la provincia de Crdoba es de 5 mm/da en el mes de Mayo, se deseara saber cual es la ETP diaria del cultivo de maz situado en las proximidades de Crdoba, que se encuentra en fase media.

Utilizando las tablas se obtiene un Kc de 1,15 en la fase media. As pues la ETP diaria ser:

ETP=ETPr x Kc = 5 x 1,15 =5,75 mm/da

Estrategias de Riego

Las estrategias de riego se pueden entender como criterios para decidir el momento de efectuar un riego y la cantidad de agua a aplicar.

1. Un criterio general es aplicar las necesidades brutas de riego (Nb) cuando el Deficit de Agua en el Suelo (DAS) sea igual al Nivel de Agotamiento Permisible (NAP), teniendo en cuenta estrictamente el balance de agua (agua que se aporta al sistema suelo-planta menos agua que se extrae del sistema) es la estrategia mas recomendable, ya que as se evitan problemas de extraccin de agua y por tanto no habr repercusiones en la produccin final.

2. Si el valor comercial del cultivo es muy alto, nos aseguraremos de que las races de las plantas no tengan problemas en extraer el agua en ningn momento. Para ello aplicamos las necesidades brutas de riego antes de que el DAS alcance el NAP. As aumentamos el nmero de riegos, y dependiendo del mtodo de riego empleado, su coste.

3. En ocasiones es conveniente aplicar una cantidad de agua fija con los riegos, de manera que se aproveche al mximo el sistema de riego. Los sistemas de riego automatizados de riego por aspersin (por ejemplo el pivotante, mas conocido como "pivot") es un claro ejemplo de aplicacin de una cantidad fija, que depende de la velocidad a la que se desplace la maquina. En estos casos, el momento de realizar el riego es aquel en el que el Dficit de agua en suelo iguala a las necesidades netas, pero teniendo en cuenta que se aplicarn las necesidades netas.

4. En numerosos sistemas de riego (fundamentalmente en riego por superficie) existen restricciones para elegir el momento del riego ya que estn organizados por turnos en los que cada agricultor riega cuando le est permitido. En este caso puede ser que el Dficit del Agua en el suelo supere al nivel de agotamiento permisible. Lo mas usual es que el agricultor procure aplicar el agua correspondiente a las necesidades brutas, es decir cargar el suelo de agua en previsin de que el turno de agua se pueda retrasar.

En las estrategias anteriores aplicamos necesidades brutas. Aplicar cantidades mayores supone incrementar las prdidas por filtracin profunda o drenaje, mientras que aplicaciones inferiores disminuiran la evapotranspiracin que incidira negativamente en la produccin.

ESTIMACION DE LAS NECESIDADES DE RIEGO

El sistema formado por el suelo y el cultivo tiene unos aportes y unas salidas de agua. Sin tener en cuenta el riego, estas cantidades no son iguales, por lo que el contenido de humedad del suelo ir cambiando, quedando de manifiesto el papel del suelo como almacn de agua.

Las entradas de agua pueden ser debidas a la lluvia (LL) o al riego (R). Por su parte, las salidas de agua se debern a la evapotranspiracin (ETP), la escorrenta (S) y la filtracin profunda (Fp).

Se considera un sistema de riego bien diseado aquel cuya escorrenta y filtracin profunda es cero. De esta forma, la cantidad de agua que necesita el cultivo y se ha de aportar con el riego o "Necesidades netas de riego (Nm)" correspondern con la diferencia entre la cantidad de agua que el conjunto suelo-planta pierde (la evapotranspiracin) y el agua que se aporta de forma natural (la lluvia).

Esta cantidad de agua, expresada en altura de lmina de agua por metro cuadrado de superficie de suelo, se denomina lmina de agua requerida. Por ejemplo, una lmina de agua requerida de 50 milmetros de agua corresponder a:

50 milimetros = 0,05 metros

= 0,05 m3/m2 = 50 litros/m2

= 500.000 litrso/ha= 500 m3/ha.

Pero no todo el agua que aportamos al suelo es aprovechada por la planta (parte se pierde por escorrenta, filtracin profunda. Definimos la "Eficiencia de aplicacin del riego" al porcentaje de agua que aprovechan las races con respecto del total aplicada. Su valor es diferente para cada mtodo de riego, aspersin, superficie, riego localizado y dentro de cada uno de ellos distinto segn cada sistema. A titulo orientativo exponemos los siguientes valores:

En riego localizado los valores ms frecuentes se sitan prximos al 90%.

Por lo tanto conociendo la eficiencia de aplicacin se pueden determinar las necesidaes brutas (Nb), o sea, la cantidad real de agua que ha de aplicarse durante el riego para satisfacer las necesidades netas de riego. Se calculan utilizando una frmula muy simple:

A la lmina de agua que supone la cantidad de agua aportada con las necesidades de riego brutas se llama lmina aplicada.

CALENDARIOS MEDIOS DE RIEGO

Las estrategias de riego son unos criterios generales, que se concretan elaborando un calendario medio de riegos en le que se precisan el momento de riego y la cantidad de agua que se aplica en cada uno de ellos.

Contando con los datos del cultivo, el suelo y el clima, se puede establecer un calendario medio de riegos asumiendo el caso ms simple, en el que se supone que la lluvia es nula durante el ciclo del cultivo y que los valores de evapotranspiracin de referencia son los de la media de los ltimos aos. Necesitaremos por tanto contar con los siguientes datos:

Evapotranspiracin de referencia (ETP) de la zona.

Coeficiente de cultivo (Kc) del cultivo a regar en distintas fases del desarrollo de ste.

Profundidad radicular media en distintas fases del cultivo.

Intervalo de humedad disponible en el suelo.

Nivel de agotamiento permisible para el cultivo.

Datos diversos del sistema de riego como por ejemplo la eficiencia.

Deber elegirse una estrategia para determinar el criterio con el cual se calcular el momento de efectuar el riego. Usando parte de los datos anteriormente citados se calcular el dficit de agua en el suelo y el nivel de agotamiento permisible que indicar el momento de riego, mientras que la cantidad de agua a aplicar depender del criterio elegido, aunque lo mas frecuente es que se apliquen las necesidades brutas.

Ejemplo: Se desea elaborar un calendario medio de riegos para un cultivo de maz en una finca situada en el trmino Municipal de Crdoba con los siguientes datos:

Localidad: Maz

Fecha de siembra: 1 de Mayo.

Eficiencia de aplicacin del sistema de riego: 75%

Suelo: Franco con intervalo de humedad disponible de 150 milmetros por metro de profundidad.

Nivel de agotamiento permisible: 0,65

Profundidad media de las races: 0,5 m.

Se establece el criterio de regar cuando el dficit de agua en el suelo alcance el nivel de agotamiento permisible y aplicamos las necesidades brutas de riego.

El calendario final de riego es el siguiente:

Calendario Resultante (I)

A continuacin explicamos como se ha desarrollado.

1. El primer paso es calcular la evapotranspiracin diaria (en milmetros por da) usando la ETP y el coeficiente de cultivo Kc.

2. El dficit de agua en el suelo se calcula acumulando la evapotranspiracin que se produce cada da. Normalmente no se utilizan decimales y se indica el valor ms prximo en milmetros.

Para el da 4 de mayo se han acumulado 2,3 + 2,3 + 2,3 + 2,3 = 9,2 mm que redondeamos a 9 mm.

3. Calculamos para cada profundidad radicular, cual es la cantidad de agua en el suelo (en mm de altura) que supone el nivel de agotamiento permisible.

0,5 m (prof races) x 0,150 (IHD) x 0,65 (NAP) = 0,049m. = 49 mm

3. Ahora para cada da se comprueba si el dficit de agua en el suelo es mayor o menor que el nivel de agotamiento permisible. En el momento que se supere, ser el momento de regar. El da 10 de Mayo DAS = 23 mm Y NAP=49 mm, es decir DAPNAP (DAS= 72 mm y el NAP=68 mm) que nos ndica que debemos dar un riego con las necesidades brutas de riego.

Nb= Nn/Ea X 100 = 68/75 x 100= 91 milmetros

A partir del 20 de mayo el dficit vuelve a ser 0, Comenzamos a calcular el nuevo dficit segn la ETP que se produzca cada da. El proceso lo continuamos de la misma manera hasta el final de la campaa. Es decir

Calendario Resultante (I)

Calendario Resultante (II)

Calendario Resultante (III)

Calendario Resultante (IV)

Calendario Resultante (V)

Se denomina programacin en tiempo real al que utiliza datos en tiempo real, es decir medidos diariamente o en fechas cercanas al momento actual. Llamamos calendario medio al que se elabora teniendo en cuenta valores medios de varios aos.

En realidad es muy difcil encontrar valores de ETPr diarios, por lo que la programacin en tiempo real no suele utilizarse. A este respecto, los Servicios de Asesoramiento al Regante, como entidades de apoyo que prestan orientacin y recomendaciones en materia de riegos, son una ayuda valiosa para hacer un uso eficiente del agua.

En los climas mediterrneos las lluvias se producen en otoo, primavera y ocasionalmente tormentas de verano. En esta situacin se mantienen las fechas de riego obtenidas con un calendario medio de riego, y restamos el agua de lluvia que ha cado desde el ltimo riego a la cantidad de agua a aplicar al riego siguiente.

En estas zonas tambin es una opcin bastante recomendable no regar hasta alcanzar el contenido de humedad correspondiente al lmite superior (que es lo ms comn), sino dejar parte del almacenamiento del suelo sin rellenar para aprovechar el agua de lluvia durante los das posteriores al riego.

Evapotranspiracin

La evaporacin se produce por un proceso fsico, por el cual el agua en estado lquido pasa al estado de vapor a la temperatura normal o del medio ambiente, este proceso se realiza en una forma lenta. Por otro lado, pequeas porciones de agua son absorbidas por las races de las plantas y quedan en sus tejidos, el resto va hacia la atmsfera en forma de vapor, esta evaporacin biolgica se llama transpiracin. El trmino Evapotranspiracin agrupa los procesos de evaporacin y de transpiracin

Existen numerosos mtodos para estimar la evapotranspiracin; a base de frmulas empricas entre las cuales se tiene las siguientes: Thornthwaite, Penman, Blaney y Criddle, Christiansen Ypez, Turc, Penman modificado por la FAO. Para el presente estudio se utiliz el mtodo de Thorntwaite.

Mtodo de Thornthwaite

La frmula de Thornthwaite y Mather (1.955), consiste en calcular para cada mes la evapo transpiracin potencial y partir de la suma el valor anual. Se utiliza la temperatura media mensual y la latitud, que implcitamente introduce la duracin terica de la insolacin. El mtodo no toma en consideracin la humedad del aire.

Este mtodo, propone una relacin exponencial del tipo parablico entre la temperatura y el uso de agua:

U.C. = ( T/5 ) 1.686

donde:

T : es la Temperatura Media Mensual en grados centgrados.

U.C.: es el Uso Consuntivo del Agua.

Sin embargo, investigaciones posteriores demostraron que esta ecuacin slo daba valores aproximados en la regin de la Mesilla y el Delta de San Joaqun Sacramento (Estados Unidos de Amrica).

Estudios posteriores realizados por el mismo autor, desde el punto de vista de las relaciones entre el uso consuntivo y la insolacin, permitieron definir una expresin definida como "eficiencia de la temperatura" que est dada por la siguiente relacin:

i' = ( T/5 )1.514

Mientras que la evapotranspiracin por este mtodo viene dada por:

e = 1.6 ( 10 T / I )a

donde:

e = Evapotranspiracin

I = Suma de i' para todos los meses del ao

a = 0.000000675 I3 - 0.0000771 I2 + 0.01792 I + 0.49239

Para el clculo de la ETP se calculan las temperaturas medias mensuales (T), se determinan los valores de la eficiencia de la temperatura por medio de la frmula:

i = (T/5)1.514

En base a los valores calculados se determina la eficiencia anual de la temperatura; sumando los valores mensuales. Con las temperaturas medias mensuales y el valor de la eficiencia anual de la temperatura, se obtiene el valor del uso consuntivo en ese mes.

El Mapa de Isolneas de Evapotranspiracin Real, se construye a partir del Mapa de Isoyetas y del Mapa de Isotermas.

Existen tres ndices para determinar en que manera el riego ha sido realizado de forma correcta tanto para el aprovechamiento de agua por parte del cultivo como de ahorro de agua. Eficiencia de aplicacin (Ea), coeficiente de dficit (CD) y coeficiente de uniformidad del riego (CU).

Eficiencia de aplicacin (Ea):

Es la relacin entre el agua que realmente queda almacenada en la zona de races del cultivo (y por lo tanto puede ser aprovechada por ellas) y el agua total aplicada con el riego (Aplicada).

El coeficiente de dficit (CD):

ndica la relacin entre el agua que ha faltado para llenar por completo la zona de actividad de las races (no aportada) y la cantidad total de agua que hubiera sido necesaria para llenarla totalmente (necesaria). Refleja el porcentaje de volumen de suelo que debera recibir agua y no lo hace.

El coeficiente de uniformidad (CU):

ndica la uniformidad en la distribucin del agua aplicada con el riego en el suelo. Si la uniformidad es baja existir mayor riesgo de dficit de agua en algunas zonas y de filtracin profunda en otras.

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