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Artículo: COMEII-15060

I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015

Reunión Anual de Riego y Drenaje

Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre

HERRAMIENTAS PARA LA ASISTENCIA TÉCNICA EN RIEGO POR

GRAVEDAD

Francisco Raúl Hernández Saucedo1; Luis Rendón Pimentel2; Francisco García Herrera1;

Samuel Pérez Nieto1.

1 Universidad Autónoma Chapingo. Departamento de Irrigación. 2 Comisión Nacional del Agua. Subdirección General de Infraestructura Hidroagrícola. Gerencia de Distritos

de Riego.

Resumen

Para el proceso de asistencia técnica en riego por gravedad en México, previsto en la

Componente RIGRAT del Programa de Rehabilitación y Modernización de DR, incluido

en los apoyos que la CONAGUA otorga a las ACU y SRL, se han definido y desarrollado

una serie de herramientas en apoyo al trabajo que realizan los responsables técnicos

contratados por estas Organizaciones de Usuarios. La diversidad de herramientas pueden

catalogarse en metodológicas (previstas en el esquema operativo del RIGRAT), físicas

(equipos de medición, cálculo y comunicación) y computacionales (aplicaciones

informáticas). En este trabajo se describen y alinean, mostrando que su uso concatenado,

puede dar resultados eficaces y eficientes, facilitando el trabajo y dejando al responsable

técnico más oportunidad para el análisis, toma de decisiones e interacción con los

responsables de la aplicación del riego y los beneficiarios. Las herramientas descritas,

especialmente las computacionales, se han estado afinando y mejorando a medida que los

responsables técnicos las usan en su trabajo, concluyendo sobre su gran utilidad en los

procesos de asistencia técnica, particularmente en la generación, aplicación y evaluación

de la receta de riego, por lo que se recomienda continuar con su uso y mejoramiento para

potenciar su efectividad.

Palabras clave: RIGRAT, Diseño, Evaluación, Modelos de infiltración.

I Congreso Nacional COMEII 2015, Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre

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Introducción

La asistencia técnica en riego en México, particularmente en el riego por gravedad, ha

tenido especial atención en la presente Administración Federal, contribuyendo a la línea

de acción “Promover la tecnificación del riego y optimizar el uso del agua”, alineado con

la estrategia 4 “Impulsar el aprovechamiento sustentable de los recursos naturales del

país”, objetivo 10 “Construir un sector agropecuario y pesquero productivo que

garantice la seguridad alimentaria del país” y la meta 4 “México próspero”, establecidas

en el Plan Nacional de Desarrollo 2013-2018.

Este proyecto se inició con una gran expectativa, considerando que en el ámbito de los

Distritos de Riego, la asistencia técnica en el riego por gravedad a nivel parcelario,

permaneció sin atención significativa desde 1976 (fecha en que se dio por terminado el

Plan de Mejoramiento Parcelario, conocido como PLAMEPA y que estuvo en operación

durante 9 años).

El actor principal en el proyecto RIGRAT, es el Responsable Técnico (RT), a quien se le ha

dotado de herramientas metodológicas y computacionales durante la etapa de

capacitación. En una segunda etapa, se le ha estado proveyendo de herramientas físicas

(equipo topográfico, dispositivos aforadores, medidores de humedad del suelo, entre

otros), completando con ello lo necesario para realizar su trabajo.

Existen objetivos generales, específicos y metas a alcanzar con el RIGRAT, entre los que

destaca aumentar la eficiencia de aplicación del riego a nivel parcela, para rescatar

importantes volúmenes que se desperdician, mediante el trazo, diseño, aplicación,

evaluación y seguimiento del riego, lo cual refleja la gran importancia de este proyecto.

En lo que respecta a la importancia de este trabajo, enmarcado en el proyecto RIGRAT,

radica en que pretende afinar las herramientas metodológicas y computacionales,

contribuyendo con ello a alcanzar de manera eficaz y eficiente las metas y objetivos del

programa.

Materiales y Métodos

Los materiales utilizados en este trabajo son algunas de las herramientas metodológicas e

informáticas con que se ha dotado a los responsables técnicos, durante la etapa de

capacitación: proceso de obtención de la receta de riego, EVAGRAV (programa de

cómputo para la evaluación del riego por gravedad), desarrollado por académicos de la

UACh y adaptado para su uso en el proyecto; RIGRAV (diseño del riego por gravedad),

modelo de simulación adaptado y mejorado por los autores para su uso en el proyecto y

SINIVET 5.0 Plus, sistema informático para el proyecto de nivelación de tierras agrícolas.

También se considera en el trabajo el uso de equipo topográfico, de medición del caudal y

de medición de la humedad del suelo.


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El método consiste en describir y analizar las herramientas, considerando la experiencia

generada en su utilización en el proyecto RIGRAT, para identificar aspectos a corregir o

mejorar.

Análisis y discusión de resultados

Herramientas metodológicas. En este apartado se describen los métodos y/o

procedimientos que se definieron y alinearon con motivo del diseño del esquema

operativo que se formuló para generar la receta de riego para una extensión territorial

homogénea constituida por un grupo de parcelas, a partir del estudio de una parcela

representativa, los cuales se han ido precisando, adecuando y complementando, en

función de las condiciones de cada Distrito de Riego o Región, así como de la información

disponible.

El esquema metodológico recomendado, parte de una evaluación de campo de un riego,

en las condiciones en las que el regador efectúa su trabajo normalmente (figura 1).

Figura 1. Esquema metodológico para obtener la receta de riego.

Esta forma de iniciar el proceso, coincide con lo recomendado por técnicos del US-Arid

Land Agricultural Research Center y ha probado ser una magnífica forma de interactuar

con el regador y conocer sus prácticas de trabajo, pero sobre todo conocer de viva voz la

importancia que le da a su trabajo y entender su forma de actuar. Paralelamente, se harán

las observaciones, mediciones y registros pertinentes para evaluar el riego efectuado.

De esta forma, al término de estos trabajos, además de contar con una calificación objetiva,

basada en los parámetros clásicos de desempeño del riego (eficiencia de aplicación,

eficiencia del requerimiento y coeficiente de uniformidad de Christiansen), se tendrán

también los elementos para una primera estimación de los parámetros físicos de la

ecuación de infiltración de Green y Ampt, ampliamente recomendada en los modelos

matemáticos de simulación que se han desarrollado con el fin de apoyar al proceso de


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diseño, mediante el enfoque de generar una receta de riego que maximice la eficiencia de

aplicación, manteniendo niveles altos de eficiencia del requerimiento y de la uniformidad

de la aplicación de riego.

Herramientas físicas (equipo). Los diferentes aspectos considerados en el proceso de

asistencia técnica (diseño y evaluación del riego, programación del riego en tiempo real,

entrega y cobro del agua por volumen a los usuarios y proyectos ejecutivos de nivelación

de terrenos), demandan la caracterización geométrica del predio, de las características

físicas del suelo, contenido de humedad al momento del riego, variables climáticas,

medición del agua y levantamientos topográficos. Todo ello requiere equipo especializado

como equipo topográfico, instrumentos de muestreo y análisis de suelos, medidores de

humedad del suelo, de caudal de agua y estaciones meteorológicas automáticas, entre

otros, cuya disponibilidad es indispensable para el cumplimiento de los objetivos de la

asistencia técnica en el riego por gravedad.

Herramientas computacionales. Para apoyar y potenciar los resultados en las diversas

actividades involucradas en la asistencia técnica en el riego por gravedad, se han

desarrollado, adaptado y/o mejorado varias herramientas informáticas. Éstas, se han

generado en el ámbito académico de la Universidad Autónoma Chapingo y del Colegio de

Postgraduados, así como de instituciones afines como el Instituto Mexicano de Tecnología

del Agua, y en los últimos dos años se han adaptado, mejorado y alineado para auxiliar a

los técnicos que se dedican a la asistencia técnica del riego por gravedad en los distritos de

riego de México.

EVAGRAV Ver. 2.0. Este programa de cómputo desarrollado por académicos del

Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo, es una versión

mejorada de EVAGRAV 1.0 (Hernández, 1998). El programa permite evaluar la eficiencia

y efectividad de eventos específicos de riego, para las principales modalidades del riego

por gravedad (melgas y surcos), de cuyos resultados se pueden sugerir medidas para el

mejoramiento del riego.

El programa está diseñado para alimentarlo con datos de campo, tales como la geometría

de la melga o surco, el caudal, tiempo de riego aplicado, lámina de riego que se pretende

aplicar (lámina de riego de diseño), así como los tiempos de avance y recesión

monitoreados en puntos equidistantes a lo largo de la melga o surco. Esta aplicación

informática también requiere de alimentarla de una función de infiltración acumulada tipo

Kostiakov, la cual puede ser obtenida previo al riego mediante una prueba de infiltración

con cilindros infiltrómetros, o mejor aún, deducida de los datos de avance mediante el

método de los dos puntos (Walker, 1989), en cuyo caso se requiere medir e ingresar el

tirante de flujo en la cabecera de melga y el área hidráulica en la cabecera del surco.

La lámina de riego de diseño, debe calcularse a partir del contenido de humedad

volumétrico del suelo antes del riego, el contenido de humedad volumétrico a saturación y


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la profundidad del suelo a humedecer. La información de campo se complementa

levantando un perfil longitudinal de la melga o surco, mediante un nivel topográfico, que

ayudará a entender mejor el comportamiento de los procesos de avance y recesión. Es

importante enfatizar que el programa EVAGRAV 2.0 se diseñó como una herramienta de

análisis de datos reales para la evaluación en campo y no como una herramienta de

simulación (modelo). En la imagen de la figura 2 se muestra la información de la

evaluación del primer riego de auxilio en alfalfa sembrada en melgas, con una pendiente

de 0.02 % y extremo final cerrado, en el Módulo 16 del DR 014 Río Colorado en una

parcela con suelo de la serie Gila Fase Ligera, de textura franco arcillosa, cuyas

características físicas se muestran en el cuadro 1. La lámina de riego de diseño, para

humedecer 1.00 m de este suelo, considerando un consumo antes del riego de 65 % de la

humedad aprovechable y un 25 % de lámina de sobre riego para mantener un balance

salino favorable fue de 10.5 cm.

Figura 2. Ingreso de datos de campo de la melga evaluada.

Cuadro 1. Características físicas del suelo de la melga evaluada.

Profundidad

cm

Arena

%

Limo

%

Arcilla

%Textura CC % PMP % HA %

Da

g/cm3

0 - 35 31.28 51.00 17.72 Migajón limoso 23.94 13.08 10.86 1.35

35 - 45 39.28 54.00 8.72 Migajón limoso 18.44 10.23 8.22 1.35

45 - 53 35.28 34.64 30.08 Migajón arcilloso 28.58 15.73 12.85 1.20

53 - 75 33.28 51.64 15.08 Migajón limoso 22.83 12.25 10.58 1.25

75 - 100 44.28 48.64 7.08 Franco 17.34 9.63 7.71 1.30

100 - 120 35.28 46.64 18.08 Franco 23.44 12.50 10.94 1.30

120 - 130 33.28 36.64 30.08 Migajón arcilloso 28.90 15.79 13.11 1.20

130 - 140 37.28 50.64 12.08 Migajón limoso 20.59 11.34 9.25 1.35

140 - 160 37.28 55.64 7.08 Migajón limoso 18.57 10.32 8.25 1.35

160 - 168 32.28 48.64 19.08 Franco 24.68 13.69 10.99 1.30

168 - 200 50.54 43.28 6.64 Migajón arenoso fino 17.10 9.43 7.67 1.50

Suelo Serie GILA fase Ligera


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Una utilidad adicional de EVAGRAV 2.0 es que permite calibrar la función de infiltración,

tomando en cuenta que en nuestro país, el riego por gravedad se practica con la condición

de frontera inferior cerrada, es decir, sin permitir pérdidas por coleo. El proceso de

calibración consiste en modificar por prueba y error el parámetro k de la función z = kta, de

tal forma que los coleos sean nulos, lo cual corrige limitaciones del propio método de los

dos puntos e incorpora el comportamiento de la infiltración en periodos de tiempo

posteriores al avance, ya que en este proceso correctivo interviene el tiempo de

oportunidad y por tanto el proceso de recesión. En la figura 3 se muestra una imagen con

los resultados de la evaluación, con los parámetros de la función de infiltración de

Kostiakov antes y después de la calibración del parámetro k. La figura 4 muestra el

diagrama de distribución de agua correspondiente.

Figura 3. Imagen de los resultados de antes y después de la calibración del parámetro k.

Figura 4. Diagrama de distribución de agua resultado de la evaluación.

Recientemente, se le incorporó al EVAGRAV, en su versión 2.1, la capacidad de obtener

los parámetros de la función de infiltración acumulada de Green y Ampt (G&A). Este

proceso se realiza en dos etapas: en la primera, a partir de las función de infiltración de

Kostiakov calibrada (KC), se genera una gráfica en el rango de interés, la cual se sobrepone

a las gráficas de infiltración de G&A elaboradas con los parámetros sugeridas en la

literatura (Rendón et. al., 2012) para las clases texturales comunes. Una vez elegida la

gráfica de G&A que mejor se ajusta a la gráfica de KC (figura 5), se procede a afinar la


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calibración (también gráficamente), modificando el parámetro Ks (conductividad

hidráulica a saturación) y/o hf (succión en el frente de humedecimiento), hasta lograr el

mejor ajuste entre ambas gráficas, a criterio del responsable técnico (figura 6).

Figura 5. Primer paso de la obtención de parámetros de infiltración de Green y Ampt.

Figura 6. Ajuste final de parámetros de infiltración de Green y Ampt.

Una evaluación del riego planeada y ejecutada exitosamente permite sugerir medidas

inmediatas para su mejoramiento (en caso necesario) y al mismo tiempo provee los

parámetros de la función de G&A calibrados, con lo cual puede alimentarse a un modelo

de simulación como al RIGRAV 3.0, para realizar un diseño y obtener una receta de riego.

La evaluación de campo también da oportunidad de observar diversos aspectos y algunos

problemas que suelen presentarse en los riegos cotidianos, como por ejemplo la forma de

entregar el agua a los surcos o melgas (rompiendo la regadera, usando sifones o tubería

multicompuerta), si se presenta ruptura y traspaso de agua entre surcos o si el avance


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ocurre con frente uniforme o irregular, debido a problemas de microrelieve adverso o

alguna otra situación.

RIGRAV Ver. 3.0. Los antecedentes de este programa se remontan al año de 1989, con el

nombre de RIMEL (riego por melgas), resultado de una tesis de maestría dirigida por el

Dr. Luis Rendón Pimentel en el Colegio de Postgraduados. En el periodo de 1990 a 1994

fue validado en parcelas demostrativas de riego por gravedad en el Distrito de Riego 085,

la Begoña, Guanajuato, mediante el trabajo de campo de técnicos del Colegio de

Postgraduados y del Instituto Mexicano de Tecnología del Agua; en ambos casos

supervisados por Rendón Pimentel.

En 1995 en la Coordinación de Tecnología de Riego y Drenaje del IMTA, se le realizaron al

RIMEL algunas adecuaciones para extender su aplicación al diseño del riego por surcos; es

en esta etapa cuando se le denomina RIGRAV y se le actualiza la parte gráfica. De 1997 a

2001 personal técnico de la Coordinación de Tecnología de Riego y Drenaje del IMTA

mejoraron paulatinamente este programa, hasta su versión 2.1. La versión actual,

RIEGRAV 3.0 es producto de la revisión y actualización de la versión 2.1, realizada por

académicos del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo, para

su uso en la implementación del Proyecto RIGRAT 2013-2018.

El programa permite realizar diseños de riego por melgas y surcos, con pendiente y

extremo final cerrado. El programa se basa en el modelo hidrológico, acoplado con el

modelo de infiltración de Green y Ampt, lo que le confiere capacidad para simular

diferentes condiciones de humedad inicial. RIGRAV 3.0 fue escrito y compilada en

Lenguaje Delphi 7.0, y puede correr en plataforma Windows XP, Windows Vista,

Windows 7 y Windows 8.

En la presente versión, se mejoró el cálculo del Coeficiente de Uniformidad de

Christiansen (CUc), para tomar en cuenta que las láminas resultantes de la simulación, no

son igualmente representativas. Lo anterior, en razón de que el modelo resuelve el avance

y la infiltración, mediante pasos de tiempo constantes, dando lugar a incrementos de

distancia monotónicamente decrecientes, por lo que en situaciones extremas el valor de

CUc resultaba con valores muy bajos y en ocasiones con valores negativos.

Por otra parte se incrementó el límite superior del rango de entrada del coeficiente de

rugosidad de Manning (hasta n=0.25), para considerar la resistencia al flujo en condiciones

avanzadas de desarrollo de cultivos de cobertura total (típicamente en melgas) y se le

incluyó la posibilidad de seleccionar un valor de coeficiente de rugosidad de Manning de

una pequeña base de datos recomendados por el SCS del USDA (actualmente NRCS).

También se incrementó el límite superior del rango de entrada del contenido de humedad

de saturación (Ɵs), hasta un valor de 0.65, para considerar suelos muy porosos.

Finalmente, se mejoró ligeramente la interface gráfica.


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En la medida que se alimente al programa con parámetros medidos o calibrados de la

función de infiltración de Green y Ampt, un valor representativo de coeficiente de

rugosidad de Manning, la longitud de melga o surco y un valor medido no nulo de la

pendiente de la melga o surco en la dirección del riego, RIGRAV 3.0 arrojará diseños

razonables, que conduzcan a definir una receta de riego, como se ilustra en la figura 7, en

la que se han usado los datos resultantes de la evaluación de riego en melgas referida en

párrafos anteriores.

Figura 7. Resultado del diseño con RIGRAV 3.0.

La introducción de parámetros de Green y Ampt, obtenidos a partir de una función de

infiltración de Kostiakov calibrada con datos de avance y recesión, es una opción ahora

disponible, con el programa EVAGRAV 2.0, como se explicó en la descripción de esta

aplicación. Sin embargo, se está implementando un proceso complementario que se

agregará a RIGRAV 3.0, para que previo a la modelación, verifique y en su caso afine el

proceso de calibración de parámetros de la función de infiltración de Green y Ampt,

comparando los procesos simulados y medidos de avance y recesión.

El diagrama de láminas infiltradas correspondiente al diseño se muestra en la figura 8. En

ella se observa el agua perdida por percolación profunda. La figura sugiere que puede

rescatarse más agua con el proceso de diseño, sin embargo, el programa no es capaz de

incrementar más la eficiencia de aplicación (Ea). La manera en que pudiera incrementarse

la Ea es disminuyendo el tiempo de riego, pero este modo de operación del programa, así

como la capacidad de modelar melgas o surcos a nivel, está en proceso de desarrollo.


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Figura 8. Diagrama de distribución de agua resultante del diseño con RIGRAV 3.0.

SINIVET 5.0 Plus. El programa SINIVET Plus, surge como una adaptación de las

versiones más recientes de SINIVET, que fue evolucionando en el ámbito académico de la

Universidad Autónoma Chapingo y del Colegio de Posgraduados. La primera versión se

desarrolló hace poco más de 22 años, en el siglo pasado. A través del tiempo, se fue

mejorando y adaptado al desarrollo de la tecnología computacional. Cada versión, cubrió

algún objetivo específico y se desarrolló según el sistema operativo en uso.

Desde su versión inicial, SINIVET 1.0, calcula las pendientes del plano proyecto a partir de

cotas topográficas capturadas mediante una cuadrícula rectangular, utilizando el método

general de mínimos cuadrados (regresión lineal múltiple con dos variables

independientes). Además, se podía aplicar en terrenos de cualquier forma geométrica y

obtener datos de construcción, volúmenes de corte y el costo del movimiento de tierras.

SINIVET Plus (versión 5.0), incluye ahora la opción de procesar un levantamiento

realizado con estación total (mediante radiaciones), en el que los puntos levantados no

tienen que ser en cuadrícula, y a partir de ellos crea una cuadrícula de tamaño definido

por el usuario. El cálculo del plano proyecto se realiza con las cotas topográficas tomadas

en campo; y se hace necesario crear una cuadrícula homogénea debido a que para el

cálculo de volúmenes de cortes y rellenos se usa el método en los cuatro puntos del USDA,

que solicita datos de construcción en los cuatro vértices de un cuadro representativo.

Esta herramienta computacional ha venido a incrementar la productividad de los

responsables técnicos del RIGRAT, en los proyectos de ejecutivos de nivelación de tierras,

empleando la opción de cálculo con datos topográficos provenientes de levantamientos

con estación total, mediante radiaciones a puntos del terreno, sin que estos correspondan a

una cuadrícula.


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Conclusiones

Las herramientas descritas y analizadas, especialmente las computacionales, se han estado

afinando y mejorando a medida que los responsables técnicos las utilizan, contribuyendo a

incrementar la efectividad y eficiencia del trabajo en el RIGRAT, por lo que se concluye

sobre su gran utilidad en los procesos de asistencia técnica, particularmente en la

generación, aplicación y evaluación de la receta de riego y se recomienda continuar con su

uso y mejoramiento para potenciar su utilidad.

Referencias Bibliográficas

Hernández S. F. R. 1998. Evaluación y mejoramiento del riego por gravedad (EVAGRAV

1.0). Memorias del VIII Congreso Nacional de la Asociación Nacional de Especialistas en

Irrigación, A. C., celebrado del 2 al 4 de septiembre de 1998 en Cd. Lerdo, Durango.

Rendón, P. L; Saucedo, R. H. y Fuentes, R. C. 2012. Diseño del riego por gravedad. En:

Riego por gravedad. Editado por Carlos Fuentes y Luis Rendón. Universidad

Autónoma de Querétaro. Querétaro, Qro. México.

Walker, W. R. 1989. Guidelines for designing and evaluating Surface irrigation systems.

Boletín 45 FAO. Roma, Italia. pp: 74-76.

i congreso nacional comeii 2015 reunión anual de...

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