manual de riego

Manual prcticopara el diseo de sistemasde minirriego

Programa Especial para la Seguridad Alimentaria (PESA)

Julin Carrazn AlocnIngeniero Agrnomo

Organizacin de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentacin (FAO)Viale delle Terme di Caracalla, 00100 Roma, Italia

SERIE: Tecnologas

Tecnologas y metodologas validadas para mejorar la seguridad alimentariaen las zonas de actuacin del Programa PESA en Honduras

Manual prctico para el diseo de sistemas de minirriego

Todos los derechos reservados. Se autoriza la reproduccin y difusin de materialcontenido en este producto para nes educativos u otros nes no comerciales sinprevia autorizacin escrita de los titulares de los derechos de autor, siempre que seespecique claramente la fuente.

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FAO 2007

Autor:Julin Carrazn AlocnIngeniero AgrnomoProfesional Asociado PESA-Honduras

Revisin tcnica:German Flores

Apoyo en revisin y edicin final:Andrs Conrado Gmez

Fotografa: PESA Honduras

Diseo grco: Comunica

Edicin: octubre de 2007

Impresin: Impresiones Industriales

Tiraje: 500 ejemplares

Impreso y editado en Honduras

Mayor informacin: Telfonos 232-3180 / 235-3331www.pesacentroamerica.org

Contenido

Presentacin ....................................... 9

Introduccin .......................................11

Mdulo 1. Particularidadesde los sistemas de minirriego............. 15

1.1 Apropiamiento por partede los productores ............................... 15

1.2 Tamao ........................................ 15

1.3 Tecnologa y costo ......................... 16

1.4 Diseo participativo........................ 16

1.5 Localizacin .................................. 16

Mdulo 2. Factores de xitode los proyectos de minirriego............ 19

2.1 Visin integral y sistmica............... 19

2.2 Disponibilidad y propiedadde la tierra .......................................... 20

2.3 Disponibilidad y propiedaddel agua ............................................. 20

2.4 La participacin de los productoreses esencial.......................................... 21

2.5 Disponibilidad de mano de obra ...... 22

2.6 Disponibilidad de insumos agrcolasaparte de los del riego.......................... 22

2.7 Acceso a los mercadosy planicacin de la produccin............. 22

2.8 Acceso al capital ........................... 23

2.9 Servicio de extensin agrcola ......... 24

2.10 Manejo integrado de suelo,agua y cultivo ...................................... 24

2.11 Panormica general de laestrategia a seguir ............................... 25

2.12 Espiral descendente en elfuncionamiento de los sistemasde riego .............................................. 26

Mdulo 3. Recurso agua .....................29

3.1 Concepto de caudal ....................... 29

3.2 Tipos de fuentes ............................ 30

3.3 Aforos........................................... 31

3.4 Calidad del agua............................ 39

Mdulo 4. Propiedades fsicasdel suelo ............................................51

4.1 Composicin del suelo.................... 51

4.2 Textura ......................................... 52

4.3 Densidad aparente......................... 54

4.4 Contenido de agua en el suelo ........ 54

4.5 Inltracin..................................... 60

Mdulo 5. Clima ................................ 65

5.1 Fuentes potenciales de datos.......... 65

5.2 Precipitacin ................................. 66

5.3 Evapotranspiracin......................... 70

Mdulo 6. Estudio topogrco.............79

6.1 Procedimiento ............................... 79

6.2 Clculos........................................ 80

6.3 Dibujo de planos............................ 83

Mdulo 7. Predimensionamiento ........ 89

7.1 Estimacin de rea regable ............. 89

7.2 Caudal continuo mnimo que necesitamos para regar una determinada rea ................................ 90

Mdulo 8. Eleccin del sistema de riego ............................................ 93

Mdulo 9. Proceso general de diseo ...........................................97

Mdulo 10. Diseo agronmico.........101

10.1 Clculo de las necesidades netas de riego mximas ..................... 101

10.2 Clculo de los parmetros de riego ............................................ 104

Mdulo 11. Conceptos bsicos de hidrulica ....................................119

11.1 Ecuacin de continuidad............. 119

11.2 Hidrosttica............................... 119

11.3 Hidrodinmica ........................... 122

11.4 Estimacin de las prdidas de carga ........................................... 125

11.5 Golpe de ariete.......................... 129

Mdulo 12. Diseo hidrulico............141

12.1 Unidades de medida .................. 141

12.2 Procedimiento ........................... 141

Referencias y bibliografa..................161

ndice de anexos

Anexo A. Nomenclatura ...................... 165

Anexo B. Conversin de unidades ...... 168

Anexo C. Materiales de PVC y PE......... 169

Anexo D. Utilizacin del nivel Abney ..... 173

Anexo E. Ensayo de aspersores ........... 179

Anexo F. Clculo de la precipitacin conable........................................... 181

Anexo G. Tolerancia relativa de los cultivos agrcolas a la salinidad .. 183

Anexo H. Ensayos de suelo ................. 186

Anexo I. Cdigo Visual Basicpara el clculo de las prdidas de carga mediante la ecuacin universal de Darcy-Weisbach ............................ 195

Anexo J. Lista de estaciones climticas con datos disponibles en Hargreaves (1980) y en la base de datos FAO/CLIMWAT .................................... 196

Anexo K. Fases y coecientes de cultivo ......................................... 200

Anexo L. Prdidas de carga singulares ... 207

Anexo M. Reguladores de presin........ 211

Anexo N. Herramientas para el clculo hidrulico.......................................... 215

Anexo O. Mapas de precipitacin y temperatura media anual de Honduras ..................................... 217

ndice de tablas

Tabla 1. Coecientes de descarga paravertederos triangulares. ........................ 34

Tabla 2. Ejemplo de clculo de caudalmediante molinete. .............................. 38

Tabla 3. Iones ms comunes en el aguapara riego y pesos equivalentes............. 39

Tabla 4. Grado de restriccin para lautilizacin del agua en funcin de lasalinidad. ............................................ 41

Tabla 5. Toxicidad por ionesespeccos..........................................43

Tabla 6. Riesgo de obstruccionesen riego localizado. ..............................43

Tabla 7. Problemas varios con la calidaddel agua. ............................................ 44

Tabla 8. Parmetros normalmenterequeridos en anlisis de aguapara riego. .......................................... 45

Tabla 9. Ejemplo de resultados delaboratorio. ......................................... 46

Tabla 10. Resumen de las propiedadesfsicas de los suelos. ............................ 58

Tabla 11. Profundidad radicularefectiva de los cultivos ms comunes. ... 59

Tabla 12. Ejemplo de serie de datosde precipitacin................................... 68

Tabla 13. Estimacin de valores del ndicede precipitacin (Ip) para diferentesprobabilidades. .................................... 69

Tabla 14. Valores de KC para nesde diseo............................................ 74

Tabla 15. Formato de toma de datostopogrcos ........................................ 80

Tabla 16. Procesamiento manualde datos topogrcos........................... 81

Tabla 17. Equivalencias entre distanciasreales y en el plano a diferentesescalas...............................................84

Tabla 18. Valores de ET0 calculadosde acuerdo a cada zona climtica.......... 89

Tabla 19. Ventajas e inconvenientesde los principales sistemas de riego....... 93

Tabla 20. Datos climticosde la estacin de Santa Brbara. ........ 101

Tabla 21. Datos de los cultivosdel proyecto. ..................................... 102

Tabla 22. Clculo de necesidadesnetas para cultivos anuales................. 104

Tabla 23. Eciencia de aplicacin. ....... 106

Tabla 24. Valores del factorde reduccin por la pendiente............. 106

Tabla 25. Clculo de dcitsde caudal en los aspersores. .............. 112

Tabla 26. Relacin entre SDRy timbraje.......................................... 121

Tabla 27. Valores del coecientede rugosidad k................................... 127

Tabla 28. Valores del factor Cde la ecuacin de Hazen-Williams........ 128

Tabla 29. Rangos de velocidaden tuberas y mangueras. ................... 150

Tabla 30. Tabla de seleccinde dimetros vlidos. ......................... 151

ndice de guras

Figura 1. Variables que interaccionanpara determinar el potencial productivode un cultivo ....................................... 19

Figura 2. Estrategia de manejo de aguaen zonas de ladera .............................. 25

Figura 3. Causas y efectos de la espiraldescendente de funcionamiento de lossistemas de riego ................................ 26

Figura 4. Caudal por una tuberacircular ............................................... 29

Figura 5. Clculo del volumenaproximado de un estanque.................. 31

Figura 6. Clculo del volumende un balde......................................... 32

Figura 7. Vertedero de pared delgada..... 32

Figura 8. Colocacin de la reglagraduada ............................................ 33

Figura 9. Vertedero triangular ................ 34

Figura 10. Vertederos rectangulares ...... 35

Figura 11. Vertedero de Cipolletti .......... 35

Figura 12. Medicin de caudalcon otador......................................... 36

Figura 13. Lugares donde tirar elotador y medicin de profundidades..... 36

Figura 14. Medicin con molinete.......... 37

Figura 15. Clculo del caudal de una corriente a partir de las medidasde un molinete .................................... 38

Figura 16. Efectos combinadosde la salinidad y la RAS en la inltracindel agua ............................................. 42

Figura 17. Composicin del suelo .......... 51

Figura 18. Diagrama esquemticodel suelo............................................. 52

Figura 19. Dimetro de las partculasdel suelo segn la clasicacin USDA .... 52

Figura 20. Tringulo de texturassegn clasicacin USDA...................... 53

Figura 21. Contenido de aguadel suelo expresado en altura de lminade agua .............................................. 55

Figura 22. Estados de humedaddel suelo............................................. 56

Figura 23. Smil entre el sueloy un barril de agua............................... 57

Figura 24. Relacin general entre texturay caractersticas de agua en el suelo ..... 58

Figura 25. Dcit permisiblede manejo .......................................... 60

Figura 26. Curvas de inltracin ............ 61

Figura 27. Equivalencia entre volumende precipitacin y altura de lminade agua ..............................................66

Figura 28. Cambio en los coecientesde cultivo (KC) a lo largo de lasdiferentes fases................................... 73

Figura 29. Cambio en los coecientesde cultivo (KC) de un pasto.................... 75

Figura 30: Nivel de mano Abney,brjula de espejo y cinta mtrica ........... 79

Figura 31. Distancias en topografa ....... 82

Figura 32. Planos altimtricoy planimtrico...................................... 85

Figura 33. Proceso general de diseodel sistema de riego............................. 98

Figura 50. Necesidades de ajustede las CRP ........................................ 147

Figura 51. Reajuste de las CRP ........... 148

Figura 52. Resolucin del problemade puntos en U mediante el cambiode timbraje de las tuberas.................. 148

Figura 53. Lnea piezomtricamnima ............................................. 150

Figura 54. Dibujo de las lneasde gradiente hidrulico en la plantilla ... 153

Figura 55. Inicio del trazado de la lneapiezomtrica...................................... 154

Figura 56. Acomodo de la lneapiezomtrica a la necesidad de presindinmica de la toma .......................... 155

Figura 57. Trazado denitivo de la lneapiezomtrica...................................... 155

Figura 58. Determinacin analticadel punto de cambio de dimetro ........ 156

Figura 59. Exceso de presindinmica........................................... 157

Figura 60. Ejemplo de planoaltimtrico nal.................................. 159

Figura 34. Ejemplo de clculode necesidades netas de riego............ 103

Figura 35. Datos tcnicos de tres tiposde aspersor de una conocida marca .... 114

Figura 36. Ecuacin de continuidad..... 119

Figura 37. Sistema en equilibrioesttico ............................................ 120

Figura 38. Niveles estticosen una red a presin.......................... 121

Figura 39. Sistema en equilibriodinmico........................................... 122

Figura 40. Casos particularesde la lnea piezomtrica...................... 123

Figura 41. Rugosidad interna de lastuberas y mangueras......................... 124

Figura 42. Conceptos de hidrostticae hidrodinmica................................. 125

Figura 43. Sobrepresin por golpede ariete con cierre lento.................... 131

Figura 44. Sobrepresin por golpede ariete con cierre rpido.................. 132

Figura 45. Determinacin grcade presiones mxima y mnima ........... 133

Figura 46. Ejemplo de clculo de lasobrepresin por golpe de ariete ......... 137

Figura 47. Situacin de necesidadesde presin dinmica en el perlaltimtrico......................................... 144

Figura 48. Colocacin preliminarde CRP ............................................. 145

Figura 49. Colocacin de CRPen sistemas con ramales.................... 146

Compton L. PaulRepresentante de la FAOHonduras

German FloresCoordinador Tcnico NacionalPESA Honduras

9

Presentacin

Las comunidades asistidas por el Programa Es-pecial para la Seguridad Alimentaria (PESA) secaracterizan por encontrarse en zonas secas deladera con precipitaciones muy errticas, raznpor la cual sus sistemas de cultivos estn ex-puestos a sufrir prdidas en la produccin debido a factores como los largos periodos de escasezde lluvias durante el invierno. Ante esta proble-mtica, se buscan opciones tecnolgicas que ayuden a los productores a enfrentar estascondiciones climticas; as, una de las respues-tas al problema es el minirriego, el cual se puede emplear como recurso complementarioo para producciones bajo regado en la pocade verano.

En tal sentido, el PESA, consciente de la impor-tancia de abordar el minirriego con un enfoqueintegral ya que se debe visualizar como unfactor de produccin ms dentro del conjunto defactores que interaccionan para definir un mayorpotencial productivo para el cultivo, ha venido ocupndose del fortalecimiento de los recursoshumanos y del desarrollo de las capacidadesproductivas de las familias y de las organizacio-nes que les prestan servicios de asistencia tc-nica, con el propsito fundamental de que mejo-ren sus estrategias en el manejo integral de losrecursos naturales y en la infraestructura de pro-duccin que les permitirn la disponibilidad pre-sente y futura del agua y, por ende, de la trans-formacin de sus sistemas de produccin.

As, PESA tiene la aspiracin de que esteManual prctico para el diseo de sistemas de minirriego se constituya en una herramientaque contribuya a la implementacin de siste-

mas de minirriego como una alternativa que favorezca y oriente la utilizacin eficiente y res-ponsable del recurso agua. De este modo, este Manual est dirigido a extensionistas, insti-tuciones aliadas y organizaciones no guberna-mentales facilitadoras de servicios de asistencia tcnica y asesora que puedan usarlo como re-ferencia o material de consulta en sus activi-dades de capacitacin a grupos organizados de productores rurales, o bien, a otros potenciales usuarios para que mejoren sus sistemas de pro-duccin recurriendo al minirriego.

Para lograr este objetivo pedaggico del Ma- nual, el contenido est desarrollado en 12 mdulos secuenciales con criterios didcticosque faciliten las consultas y la comprensin delos procedimientos metodolgicos aplicados encada etapa del proyecto o sistema de mini-rriego. Adems, este documento se acompaa de un CD que contiene algunos instrumentos de clculo para el diseo de los sistemas, as como las principales referencias bibliogrficas que amplan la informacin esbozada en los diferentes mdulos y que favorecern la toma de decisiones con mayores criterios tcnicos prcticos que guen el manejo eficiente del re-curso hdrico.

Finalmente, PESA desea dejar plasmado suinters por seguir fortaleciendo los conocimien-tos y experiencias contenidas en esta publi-cacin, con la certeza de que coadyuvan a la re-duccin de la inseguridad alimentaria en las co-munidades rurales y as estas pueden avanzarhacia su desarrollo productivo sostenible.


11

Introduccin

El mdulo 7 detalla brevemente el procesode predimensionamiento que puede llevar-se a cabo en el momento de identicar unaoportunidad de construccin de un sistemade riego, con el n de estimar los caudalesnecesarios para regar una determinada su-percie, o la supercie susceptible de serregada con un caudal dado.

En el mdulo 8 se presenta una panormicamuy breve sobre los principales sistemas deriego y los factores que deben considerarsea la hora de decidirse por alguno de ellos.Quien desee informacin ampliada sobreeste asunto puede consultar Burt (2000).

En el mdulo 9 se presenta el esquema dediseo de sistemas de riego, el cual se de-sarrolla posteriormente en los mdulos 10(diseo agronmico) y 12 (diseo hidruli-co). A este ltimo antecede un mdulo deintroduccin sobre conceptos bsicos dehidrulica que todo tcnico debe manejaradecuadamente si quiere afrontar con xitoel diseo de sistemas de minirriego.

Por ltimo, acompaa a este manual un CDque contiene la mayora de referencias men-cionadas en el documento, as como algunasherramientas informticas para automatizarvarios de los procedimientos explicados enel texto.

Este manual tiene como objetivo proporcionarlas herramientas bsicas para que tcnicosde nivel medio puedan encarar con xito eldiseo de sistemas de minirriego. No preten-de ser un manual terico sobre agronomae hidrulica, sino un documento eminente-mente prctico sobre diseo agronmico ehidrulico de minirriegos, enfocado principal-mente al riego por gravedad y aspersin enparcelas de pequea supercie. El diseo deriego localizado, especialmente en parcelascon pendiente, es hidrulicamente muchoms complicado y no ser cubierto en estemanual. Tampoco se contemplan aspectosde optimizacin econmica e hidrulica dadoque estos son ms necesarios en riegos paragrandes supercies.

Los mdulos 1 y 2 estn dedicados respec-tivamente a las particularidades de los mi-nirriegos y a los factores de xito de estetipo de proyectos. Para aquellos que deseenprofundizar en estos ltimos aspectos se re-comienda consultar alguna de la bibliografarecomendada, en particular Cornish (2001),Vieira (2004), Chancellor (1997), y Field(1998).

En los mdulos 3, 4, 5 y 6 se desarrolla unaintroduccin terica a los datos de partidanecesarios para el diseo de sistemas deriego, en concreto el agua, el suelo, el climay los estudios topogrcos necesarios.


Particularidades de los sistemas de minirriego

1

14 Manual bsico de diseo de sistemas de minirriego

15

1. Particularidades de lossistemas de minirriego1

1 Adaptado de Chancellor (1997) y Vieira (2004).

de las cuales suponen clarsimas ventajas(apropiacin, participacin), y otras que sonevidentemente obstculos para su xito (con-ictos, aislamiento).

Existe la tendencia a utilizar el tamao delregado como nico criterio para denir unsistema de minirriego. No obstante, conside-ramos que existen otra serie de caracters-ticas que denen a estos sistemas, algunas

1.1 Apropiamiento por partede los productoresEl riego es una actividad cooperativa queimplica a diferentes personas y que por tantoes fuente potencial de conictos.

Los sistemas pequeos de riego o minirrie-gos provocan potencialmente un apropia-miento del mismo ms fcil por parte desus miembros, dado que en una mayora decasos son estos sistemas demandas de laspropias comunidades y no ideas propias deltcnico de desarrollo de turno. Bajo talescircunstancias, la cooperacin entre los pro-ductores tender a ser la adecuada.

No obstante, las disputas entre productorespueden llegar a afectar de manera impor-tante la correcta operacin del sistema dadoque, al contrario que en el caso de grandessistemas de riego, no existe una institucin oinstancia encargada de la gestin del sistemay capaz de mediar para reducir los conictos.Si los grupos de regantes son dbiles, el fun-cionamiento del sistema se ver seriamenteafectado.

1.2 TamaoPese a que el tamao no sea el nico criterioa considerar para denir un minirriego, s escierto que estos sistemas suelen atender aagricultores individuales o pequeos gruposde regantes, con reas de riego por productorraramente superiores a la media hectrea.

Estas reas de riego suelen estar situadasen pequeas vegas a las orillas de ros oquebradas, o en las zonas menos inclinadasde las laderas.


16 Manual prctico para el diseo de sistemas de minirriego

1.3 Tecnologa y costoLa energa utilizada para el riego suele ser lagravedad, y los equipos y materiales utiliza-dos son, por lo general, materiales adapta-dos como tubos de polietileno (poliductos),mangueras perforadas artesanalmente paragoteo, aspersores de jardinera, etc.

Se suponen de bajo costo o, por lo menos,de menor costo que el mismo tipo de sistemadiseado y montado con equipos y materialestcnicamente ms sosticados.

1.4 Diseo participativoEn el caso de los minirriegos, su pequeotamao y el corto nmero de productoresparticipantes brinda a los diseadores delsistema una excelente oportunidad para al-canzar un ptimo conocimiento del conjuntodel proyecto, as como para llegar a acuerdosde manera participativa sobre aspectos dediseo y operacin.

No obstante, las personas encargadas dedisear los minirriegos suelen carecer de lanecesaria experiencia dado que aquellos msexpertos son atrados por la mayor remunera-cin econmica y el mayor prestigio profesio-nal que brindan los sistemas grandes.

1.5 LocalizacinLos minirriegos habitualmente se localizanen zonas remotas y lejos de los centros depoblacin importantes. Por un lado esto pue-de ayudar a conseguir ese apropiamiento delque hablbamos ms arriba, y a que el siste-ma sea ms sostenible. Pero frecuentemen-te esto tambin supone un gran nmero dedesventajas:

Los bienes y servicios, en especial los in-sumos agrcolas, sern ms difciles deconseguir y ms caros.

1.

La lejana y la inexistencia de medios ade-cuados de transporte limitar las oportu-nidades de mercado y la calidad del pro-ducto comercializado.

La capacitacin y asistencia tcnica porparte de instituciones acompaantes paratodo lo relacionado con la produccin agr-cola y la operacin y mantenimiento (OyM)del sistema ser menos frecuente.

2.

3.

17Manual bsico de diseo de sistemas de minirriego

Factores de xito de los proyectos

de minirriego

2

19

2. Factores de xito de losproyectos de minirriego2

2 Adaptado de Perry (1997), Cornish (2001) y Vieira (2004).

ciones para que el desarrollo de los proyectosde minirriego tenga xito.

Aparte de la transferencia de tecnologa deriego adecuada y de que el diseo sea el co-rrecto, deben cumplirse una serie de condi-

2.1 Visin integral y sistmicaEs fundamental que el riego sea tomadocomo un medio o herramienta para lograrpotenciar la capacidad productiva del sis-tema de produccin y no como un n en smismo. Tal y como muestra la Figura 1, el

Proceso productivo

Pr cticasde manejo

Asistencia tcnica

DecisinQu producir?

Semilla

Agua

Nu tricin

Transporte

Cosecha

Controlde plagas

Mercado

Variablesagroecolgicas

Ri ego

Figura 1 Variables que interaccionan para determinar el potencial productivo de un cultivo.

Fuen

te: Vi

eira

(2004).

riego debe ser enfocado como un factor deproduccin ms dentro del conjunto, dondeotros factores tambin importantes se in-teraccionan para denir un mayor potencialproductivo para el cultivo bajo riego.



As comprendido, el riego debe estar asocia-do a otros factores de produccin, tales comosemillas de buena calidad, sanidad, nutricin,tcnicas de manejo del cultivo, cosecha, co-mercializacin, etc., para formar un conjuntoindivisible que puede llevar un sistema deproduccin a tener mayor sostenibilidad, loque implica mayor productividad y mayor ren-tabilidad, ms estabilidad y elasticidad, msseguridad alimentaria y equidad.

Si esta visin integral no se considera, otrosfactores pasan a ser el cuello de botellapara el potencial productivo y las ventajas

del riego quedan por debajo de lo esperadoo ni siquiera se maniestan. Como el riegorepresenta un aumento en los costos de pro-duccin, no alcanzar la productividad poten-cial del sistema bajo riego puede signicarla diferencia entre xito y fracaso nancierodel proyecto.

Quin pagar la reposicin de equipos ymateriales, combustible para bombeo, fer-tilizantes adicionales, mano de obra u otroscostos, si el riego no proporciona un aumentoreal de rendimientos debido a que han sidomal controladas las malezas o plagas?

2.2 Disponibilidad y propiedad de la tierraUn proyecto de minirriego slo se justicasi existe un fuerte potencial para incremen-tar la produccin y/o los ingresos. La tie-rra debe existir en la suciente cantidad ycon las adecuadas propiedades fsicas. Encuanto a este ltimo aspecto, debe prestar-se especial atencin en el caso de suelosarenosos o arcillosos.

Asimismo, y antes de realizar la topografa,debe aclararse convenientemente el dere-

cho de los productores sobre la tierra, suexplotacin, y sobre los derechos de pasopara la conduccin y los diferentes ramales.Son mltiples los ejemplos de sistemas deminirriego fracasados por no aclarar conve-nientemente este aspecto, o por promesasde compartir el sistema por parte de los pro-pietarios del terreno, las cuales se olvidan delcompromiso tomado tan pronto el sistemaempieza a operar.

2.3 Disponibilidad y propiedad del aguaObviamente el agua es un factor de capitalimportancia a la hora de lograr el xito en laimplementacin de minirriegos. Varios sonlos aspectos que deben considerarse y queexplicaremos de manera ms detallada a lolargo del documento:

Tipo de fuente de agua: pozo, naciente,ro, etc.

Cantidad de agua, en concreto la canti-dad conable con la que se puede contardurante el ciclo de produccin. En la zonade trpico seco este dato ser el caudalexistente en abril; en otras zonas del pas,deber determinarse con la ayuda de lospobladores el mes del ao donde los cau-dales de las fuentes son mnimos.

21

Calidad del agua, la cual est determinadapor la cantidad y el tipo de sales disueltasen la misma. Este factor inuye particular-mente en la eleccin de la tecnologa deriego y en la seleccin de los cultivos. De-beremos por lo tanto realizar previamentelos anlisis correspondientes en la FHIAo laboratorios semejantes cercanos a lazona del proyecto.

De manera semejante a lo que comentba-mos en el caso del factor tierra, la propie-dad de la fuente, pozo o rebalse de sistemade agua potable, o la legislacin existentea la hora de extraer agua de un ro o que-brada (licencias emitidas por la DireccinGeneral de Recursos Hdricos), son aspec-tos a aclarar desde el mismo principio delproceso de diseo del proyecto.

2.4 La participacin de los productoreses esencialTan importante como el agua y la tierra es laparticipacin activa del productor o produc-tores en la planicacin y establecimiento deldiseo del riego, y su disposicin a tomar laresponsabilidad para su OyM.

Si se establece un sistema de riego sin laparticipacin de los productores, estos lovern como perteneciente a la instituciny esperarn que esta se haga responsa-ble en el futuro de su mantenimiento yreparaciones.

Es necesario averiguar si desean y son capa-ces de implicarse activamente en el sistemade riego propuesto. Las siguientes preguntaspueden servir como gua:

Quieren y necesitan realmente los pro-ductores el sistema de riego? O es ideade un tcnico como consecuencia de laexistencia de un recurso (la disponibilidadde agua) desaprovechado?

Entienden los benecios reales (no utpi-cos) que ofrece? Saben de todo el traba-jo adicional, de todos los inconvenientes,y de todos los costos extra que el sistemava a suponer?

Estn dispuestos los productores a traba-jar como grupo en la operacin (no siem-pre es posible el riego a la demanda ypuedan ser necesarios los turnos) y man-tenimiento del sistema?

Estn dispuestos y son capaces de con-tribuir al costo de operacin, mantenimien-to y amortizacin?

La participacin de los productores es parti-cularmente esencial en:

La seleccin de las parcelas donde se vaa desarrollar el riego.

El tipo de tecnologa de riego que mejor seadapta a las necesidades y capacidadesde los futuros regantes.



2.5 Disponibilidad de mano de obraLa agricultura bajo riego, especialmente enel caso de cultivos hortcolas, incrementanotablemente las necesidades de mano deobra, tanto por la complicacin aadida deestos cultivos como por la operacin del sis-tema de riego en s.

Debe ponerse especial atencin a la inter-accin entre la operacin del sistema, los patrones migratorios temporales de la pobla-

cin, y las cargas adicionales de trabajo quepueden suponer para las mujeres.

Por ltimo, los proyectos que requieren delabor humana para el bombeo de agua, conla nalidad exclusiva de riego, deben ser eva-luados muy cuidadosamente antes de serimplementados. Estos proyectos suelen teneruna vida muy corta y no ser exitosos.

2.6 Disponibilidad de insumos agrcolasaparte de los del riegoComo decamos arriba, la ejecucin de unsistema de riego slo se justica si se vana dar mejoras importantes en la producciny en los ingresos. Pero especialmente enel caso de cultivos hortcolas, tales incre-mentos slo sern posibles si una serie de

insumos tales como fertilizantes y pesticidas(orgnicos o no!) se encuentran disponibles.Esta disponibilidad estar determinada fun-damentalmente por la cercana de las co-munidades a los centros urbanos donde seadquieren dichos insumos.

2.7 Acceso a los mercados y planicacinde la produccinExcepto en el caso de sistemas de riegopensados como proteccin contra la sequa(riegos complementarios de cancula), enlos cuales se intenta asegurar la produccinde granos bsicos para el autoconsumo, oaquellos destinados a la venta de pasto en elmbito local, tanto la existencia de mercadoscomo de adecuadas vas de comunicacines fundamental para asegurar la viabilidadde los riegos a largo plazo.

Frecuentemente se dan casos de sistemasde minirriego diseados sin elaborar ni si-quiera un simple presupuesto de nca, ni

qu decir de un detallado estudio nanciero.La lejana a los mercados inuir decidida-mente en los costos de transporte y produc-cin, y en la calidad del producto a ofertar.El tamao y estacionalidad de los mercadoshar necesario en algunos casos planicarcuidadosamente la produccin con el n deconcentrar la oferta en determinados meses,o de distribuirla con el n de no saturar elmercado. Lamentablemente, la falta de in-formacin de mercados tan habitual en laszonas rurales de Honduras, no es de ningnauxilio.

23

Una buena estrategia para zonas de produc-cin alejadas del mercado o con acceso di-fcil, incluye:

Productos con buen mercado, pero pocoperecederos y resistentes al transporteo que pueden ser fcilmente transfor-mados en la comunidad, antes de sercomercializados;

Productos poco voluminosos;

Productos con gran valor por unidad depeso o volumen transportado;

Productos que puedan ser producidos ycomercializados en cantidades que justi-que el costo de transaccin;

Productos cuya produccin presenta ven-tajas comparativas, por cuestiones clim-ticas, edafolgicas, hbitat, aislamientode plagas, etc.

Por ltimo, cabe destacar que los proyectosde minirriego cuyo objetivo es el autoconsu-mo exclusivo dejan muchas dudas en cuantoa sus posibilidades de sostenibilidad o cre-cimiento. Si el agua se destina solamenteal riego del huerto familiar o de los cultivostradicionales de autoconsumo, como estosno generan ingresos, difcilmente se darn lascondiciones nancieras internas para man-tenimiento y reposicin del sistema, cuando

a)

b)

c)

d)

e)

los equipos y materiales de riego alcancenel nal de su vida til. Los grupos sern de-pendientes de un ente externo que los apoyenancieramente.

Los proyectos de riego orientados al auto-consumo parecen tener ms perspectivasde xito cuando se dan algunas de las con-diciones descritas a continuacin:

Estn asociados a otros objetivos en lanca u hogar, tales como suministro deagua para el hogar, crianza de animales,lavado de caf, etc.;

Cuando se destina una parcela mnima dela produccin al mercado, para generar unvolumen de ingreso capaz de garantizarla operacin, mantenimiento, renovacin,modernizacin o aumento del sistema;

Cuando el riego permite reducir reas desiembra de maz o frijol para que la familiase dedique a una actividad ms rentable,ya sea agrcola o no agrcola;

Cuando los equipos y materiales son muysencillos y baratos y los cultivos seleccio-nados permiten el reaprovechamiento desemillas, son rsticos en cuanto a plagas yenfermedades, presentan produccin du-rante largos perodos, y no necesitan deresiembra, entre otros aspectos.

a)

b)

c)

d)

2.8 Acceso al capitalDependiendo de los cultivos que se esta-blezcan y de las supercies bajo riego, assern las cantidades necesarias de capitalcirculante para encarar la produccin. Estasnecesidades, si son altas, harn imprescin-dible la existencia de instancias nancieras,

formales o informales, en las comunidadesdonde se encuentren los sistemas.

Debemos tener en cuenta que el crdito esuna necesidad de todo tipo de agricultores,es ms, normalmente a mayor nivel de inver-sin mayor ser la necesidad de crdito.



2.9 Servicio de extensin agrcolaLa experiencia previa de los productores tan-to en la operacin de los sistemas de riegocomo en el trabajo con cultivos bajo riego de-terminar enormemente las necesidades decapacitacin. Nuevamente son numerososlos casos donde se han construido peque-os sistemas de riego para productores quedurante toda su vida slo haban cultivadogranos bsicos bajo lluvia, a los cuales no seles ha dotado de un acompaamiento ade-cuado, y que ha trado como consecuencia

el abandono de los sistemas o la operacinde estos muy por debajo de su potencial. Enconcreto el servicio de extensin agrcola dela institucin que est apoyando la instala-cin del minirriego deber asegurar la capa-citacin en tres aspectos fundamentales:

Cultivos bajo riego.

Comercializacin y agroprocesamiento.

Operacin y mantenimiento del sistemade riego.

2.10 Manejo integrado de suelo, agua y cultivo Tan importante como aportar agua de riegoa los cultivos es prestar atencin al manejode la humedad y a la conservacin del aguaen el suelo. Nunca debe instalarse minirrie-gos a productores que no estn previamentedesarrollando tcnicas adecuadas de con-servacin de suelo y agua, tales como lasvalidadas y detalladas en FAO (2005). Apartede la ineciencia del riego por el mayor volu-men de agua que ser necesario aportar, lasostenibilidad del sistema se ver compro-metida si la deforestacin y la quema provo-can una gradual disminucin de los caudalesde las fuentes.

Adems, todo proyecto de minirriego debeestar insertado dentro de un plan de mane-jo integral de la microcuenca o subcuenca,como forma de:

Asegurar a largo plazo la cantidad y calidadde agua necesaria para su continuidad.

Garantizar mayor equidad en la distribu-cin del agua entre los diferentes usos yevitar conictos.

Permitir establecer estrategias y metas decrecimiento de uso, sin que se agote elrecurso hdrico.

Como hemos visto, entre los factores comen-tados no se ha hecho ninguna referencia ni ala topografa, ni al diseo hidrulico, ni a nin-gn aspecto tecnolgico. Podramos utilizareste smil de computacin como resumen:el riego es ms cuestin de software (gente,costumbres, experiencia previa de los pro-ductores, mercado, etc.), que de hardware(la topografa, los tubos, los aspersores, elsistema en s).

Manual prctico para diseo de sistemas de minirriego 25

2.11 Panormica generalde la estrategia a seguir

En denitiva, debemos ir de lo difcil a lo fcil,y en lo que se reere a proyectos de riego, latopografa y el diseo hidrulico y agronmicoes lo fcil y lo que debe dejarse para el nal.Se trata en ltimo caso no de desarrollar sis-temas de riego porque s, sino de desarrollarsistemas sostenibles de riego.

Figura 2 Estrategia de manejo de aguaen zonas de ladera.

Construccin

Levantamientotopogrfico

Estudioy diseo

Organizacincomunal

O y M delos sistemas

de riego

Almacenarhumedad en

el suelo

Manejo de lamicrocuenca

Fuen

te: Fl

ores

(1

99

9).


2.12 Espiral descendente en el funcionamientode los sistemas de riegoComo colofn a esta seccin de factores dexito, mostramos en la Figura 3 un diagramaque muestra la tpica evolucin de un siste-

Figura 3 Causas y efectos de la espiral descendente de funcionamiento de los sistemasde riego.

Pobrefuncionamiento

del sistema

Descontentode los productores

Se reducela cooperacin,pobre O y M

Se reduce el reabajo riego se reduce

el rendimientodel sistema

Causas primarias

Fuente: Chancellor (1997)

Pobre suministro de agua Errores o limitaciones de diseo Limitaciones agrcolas o

socioeconmicas Deterioro de la infraestructura Degradacin del suelo

Disminucin de rendimientos Bajos ingresos

La infraestructura no operacorrectamente

Los productores abandonan elriego

Disputas por el reparto del aguay los turnos de riego

Conflictos entre productorese instituciones

Daos a la infraestructurade riego

ma de minirriego en el cual no se ha consi-derado convenientemente alguno o algunosde los factores detallados ms arriba.


3

Recurso agua

29

3.1 Concepto de caudalSe dene el caudal Q como el volumen deagua (V, medido en litros o m3) que pasapor una seccin transversal conocida de unro, corriente o tubera en un tiempo deter-minado t:

(3.1)

El caudal se expresar por lo tanto en litrospor segundo (L/s) o metros cbicos por se-gundo (m3/s).

Existe otra expresin para el caudal. Supon-gamos que estamos midiendo el caudal quepasa por una tubera. El volumen de agua quepasar en un determinado tiempo tendr laforma de un cilindro, de seccin igual a la dela tubera (S, medida en m2), y de longitud d(medida en m):

Sustituyendo esta ecuacin en la anterior,nos quedar:

Pero aun podemos hacer una sustitucinms. Esta ecuacin contiene la distanciarecorrida por el agua en un tiempo determi-nado, lo cual no es otra cosa que la veloci-dad a la cual circula el agua, de modo quepodemos escribir:

Q = S U (3.2)

donde U es la velocidad media del agua 3

expresada en m/s.

Esta introduccin terica que para algunospuede parecer superua es necesaria conel n de eliminar uno de los errores mscomunes que se dan en el campo como elde medir los caudales en pulgadas. Es muycomn escuchar expresiones como el na-ciente es de dos pulgadas que, pudiendoser disculpables en el caso de productoressin conocimientos bsicos de hidrulica, soninadmisibles en el caso de tcnicos e inge-nieros. En efecto, como vemos en la lti-ma ecuacin, el caudal es el producto dela seccin de la tubera por la velocidad ala que circula el agua, de modo que hablarun caudal de dos pulgadas ser inexactodado que no sabemos a qu velocidad cir-cula el agua:

3 En hidrulica se suele representar a la velocidad con la letra U con el n de no confundirla con el volumen.

3. Recurso agua

tV

Q

El volumen de agua ser por lo tanto equiva-lente al volumen del cilindro:

V = S d

tdS

tV

Q=

Figura 4 Caudal por una tubera circular.

d

Q

S



3.2 Tipos de fuentesa) QuebradasCon el n de evaluar la validez de la quebradacon nes de riego, es necesario asegurarsede que uye todo el ao (es una quebradapermanente), y de cunto es el ujo aproxi-mado al nal del verano. La primera preguntapodr ser contestada por la gente del lugar,mientras que para contestar la segunda sernecesario efectuar un aforo.

No puede extraerse todo el ujo de una que-brada para riego, dado que es necesario per-mitir un cauce mnimo biolgico (el que per-mite la existencia de la fauna y ora aguasabajo), y la cantidad de agua que se estextrayendo aguas abajo para riego o aguadomiciliar.

Con nes de predimensionamiento puedeestimarse que una bomba de cinco caballos(5 hp = 3.7 kW) extrae un mnimo de 30 L/s,mientras que una de 50 hp (37 kW) extraer300 L/s.

La manera de estimar cunta supercie puederegarse con un determinado caudal, o el cau-dal que es necesario extraer para regar unasupercie dada se explica en el mdulo 7.

b) Nacientes, manantiales, ojos de aguao chagitesAl igual que con las quebradas o ros, sernecesario aforarlos al nal del verano con eln de conocer el ujo mnimo conable.

c) Pozos Superciales

Ejemplo:

Supongamos un naciente que arroja un caudal de dos pulgadas. Una tubera con undimetro de dos pulgadas tendr una seccin que estar dada por la frmula:

S = / D (3.3) 4

donde / es el nmero Pi (equivalente a 3.1416) y D es el dimetro interior de la tuberaen m2. Expresando el dimetro de la tubera en m (2 25.4 = 50.8 mm = 0.0508m), y sustituyendo en la frmula:

S = 3.1416 0.0508 = 0.0020 m24

Si pudiramos medir la velocidad a la que sale el agua del naciente y esta fuera 1 m/s,el caudal que tendramos sera:

Q = S U = 0.0020 m2 1 m/s = 0.0020 m3/s = 2 L/s

Si por el contrario la velocidad fuera de 5 m/s, el caudal resultante sera:

Q = S U = 0.0020 m2 5 m/s = 0.01 m3/s = 10 L/s

Vemos as como un mismo naciente de dos pulgadas arroja caudales muy diferentessegn la velocidad a la que est saliendo el agua, y concluimos por tanto la necesidadde expresar el caudal en unidades adecuadas.

31

Un buen pozo supercial debera ser relati-vamente profundo (dos metros al menos ala base del pozo), con al menos 1.5 metrosde altura de agua. Debemos informarnoscon la gente del lugar de la variabilidad delpozo a lo largo del ao.

ProfundosDebemos tener en cuenta que no es posi-ble utilizar bombas centrfugas por debajode siete metros.

d) Reservorios o estanques naturalesEs importante tener en cuenta siempre lasprdidas debidas a la evaporacin que se danen el caso de los estanques.

Puede estimarse de manera aproximada elagua almacenada en pequeos estanquescon la siguiente frmula (conocida como lafrmula del sexto):

(3.4)

Donde V es el volumen de agua almacenadaen metros cbicos, L la longitud de la lneade agua a lo largo del dique en metros, D laprofundidad del agua justo detrs del diqueen metros, y T la distancia entre el dique y lacola del estanque tambin en metros.

6DTL

V==

3.3 Aforos

3.3.1 Para nacientes ypequeas quebradasMtodo volumtricoSe rene todo el caudal del naciente o que-brada y con la ayuda de un trozo de tubo de

PVC y un cronmetro se mide el tiempo ne-cesario para llenar un balde de volumen co-nocido (ya est calibrado en galones o litros).Para evitar errores es conveniente repetir lamedida cinco veces y calcular el promedio de

Figura 5 Clculo del volumen aproximado de un estanque.

Fuen

te: Co

rnis

h (2

001).

L

T

D



los tiempo medidos. Posteriormente se cal-cula el caudal con la frmula ya conocida:

donde Q es el caudal medido en L/s, V elvolumen del balde medido en litros, y t eltiempo transcurrido en segundos.

En caso de que no conozcamos el volumendel balde, este puede calcularse a partir dela siguiente frmula:

t

VQ

donde V es el volumen en litros, / es el n-mero Pi, D y d son los dimetros de cadaextremo del balde, en cm, y h es la alturadel balde, tambin en cm.

Vertederos de pared delgadaEl vertedero es un dispositivo hidrulico cons-truido de metal o madera, de espesor e (verFigura 7), que colocado transversalmente a ladireccin de la quebrada o canal, da lugar auna obstruccin o estancamiento del lquidodetrs de l para seguidamente verterse porla escotadura o vrtice del vertedero. En elmomento en que el lquido se vierte sobre lacresta del vertedero, se produce una curva-tura en las lneas de corriente de tal maneraque la altura h que traa el lquido sobre lacresta antes de llegar al vertedero (la cual seconoce como carga del vertedero o carga deagua), se reduce a una altura hC (conocidacomo carga sobre la cresta o manto) en elmismo momento de pasar sobre este.

Figura 6 Clculo del volumen de un balde.

D

h

d

V = / x h ( D + d )8000

Figura 7 Vertedero de pared delgada.

Reglagraduada

h

e 0.5 h

z > 2 hc

hc > 5 cmCresta

5 h

33

Para poder considerar el vertedero como depared delgada, el espesor del mismo debeser menor que la mitad de la carga de agua (e< 0.5 h). En caso contrario no podremosutilizar las ecuaciones de clculo de caudalque se detallan en la pgina anterior.

El procedimiento que se sigue para calcular elcaudal es medir con una regla la profundidadde la corriente a una cierta distancia antesdel vertedero, es decir, averiguar Z + h. Enel lugar del vertedero mediremos Z, es decir,la distancia comprendida entre la cresta y elfondo del canal o quebrada. Una vez cono-cida Z, averiguaremos la carga del vertedero,h, por diferencia.

A la hora de colocar y emplear un vertederoen la corriente de agua deberemos considerarlas siguientes normas (ver Figuras 7 y 8):

El vertedero debe estar ubicado en untramo bastante recto de al menos unalongitud equivalente a 20 veces h (20 h), evitando la presencia de turbulenciasaguas arriba.

La cresta del vertedero debe ser bien lisa yestar nivelada. El vertedero debe colocarseperpendicular a la corriente de agua y ver-tical, sin ninguna inclinacin hacia aguasarriba o aguas abajo.

La regla graduada que colocaremos paramedir h debe estar a una distancia aguasarriba del vertedero equivalente a cincoveces h (5 h).

La distancia de los bordes de la escota-dura a la orilla y al fondo de la quebradao canal debe ser al menos el doble que lacarga de agua sobre la cresta (2 hC).

La longitud de la escotadura en vertederotrapeciales y rectangulares debe ser al me-nos tres veces mayor que la carga sobrela cresta (L > 3 hC).

La carga sobre la cresta debe ser mayorde 5 cm (hC > 5 cm).

Figura 8 Colocacin de la regla graduada.

Fuen

te: ad

apta

do d

e Ca

sano

va (

2003).

Regla graduada

Vertedero

Flujo

2 hc L>3 hc



Vertedero triangular o en V:

Estos vertederos son los ms precisos paracaudales inferiores a 20 L/s. Para el clculodel caudal se utiliza la frmula:

(3.5)

donde la carga de agua h est expresada enmetros, e es el ngulo que forma la esco-tadura, Q en m3/s y Cd es un coeciente dedescarga que toma los siguientes valores enfuncin de h y e:

Vertedero rectangular:Existen dos tipos de vertederos rectangula-res segn ocupen slo una parte del cau-ce (vertedero rectangular con contraccin,ver Figura 10a), o el total del mismo (verte-dero rectangular sin contraccin, ver Figura10b). Las ecuaciones para la estimacin decaudales en este tipo de vertederos son lassiguientes:

Vertedero rectangular con contraccin:Q = 1.83 L h1.5 (3.7)

Vertedero rectangular sin contraccin:Q = 3.3 L h1.5 (3.8)

Donde todas las dimensiones son yaconocidas.

Coecientes de descarga paravertederos triangulares.

Tabla 1

e h Cd

Entre 20 y 90 Entre 0.15y 0.30 m 0.586

> 90 > 0.30 m 0.581

En el caso particular en que h sea menorde 0.30 m y e igual a 90, la frmula tomala forma:

Q = 1.38 h2.5 (3.6)

Estando igualmente expresados Q en m3/sy h en m.

Vertedero trapecial de Cipolletti:El vertedero de Cipolletti es el ms habitualde entre los trapeciales dado que su particu-lar diseo (la inclinacin de sus lados es 1:4)permite simplicar enormemente la frmulade clculo del caudal:

Q = 1.86 L h1.5 (3.9)

donde Q est expresado en m3/s y L y h enmetros.

Figura 9 Vertedero triangular

he

Fuen

te: H

udso

n (1

997).

Q = 2.36 Cd tg e h2.52

35

fuera muy inferior al caudal de la corriente deagua, medir con exactitud este ltimo datoestara de ms.

Una vez dicho esto, detallamos los dos mto-dos ms habituales para medir caudales decorrientes de agua de un tamao tal que eluso del mtodo volumtrico o de cualquiertipo de vertedero es imposible.

Con otadorEste es un mtodo muy inexacto, pero essimple y nos proporciona al menos un ordende magnitud del caudal. Consiste en medirel tiempo que tarda un otador (un corcho,un trozo de madera, o cualquier otro mate-rial que ote) en recorrer una determinadadistancia L.

En su forma ms sencilla, el procedimientoque debe seguirse es el siguiente:

Se selecciona un tramo de la quebradao ro que sea recta y de seccin ms omenos uniforme.

Se sitan dos marcas a una distancia Lde entre 20 y 50 metros en funcin deltamao del ro (a mayor tamao, mayordistancia).

3.3.2 Para quebradas de mayortamao y rosAntes de acometer la medida del caudal deuna quebrada o ro de tamao apreciable,debemos considerar si efectivamente ne-cesitamos el dato. Como se explicar en elmdulo 7, muchas veces el limitante de unsistema de riego ser el rea regable y no elcaudal. En otras palabras, tendremos un rearegable a la par de una corriente de agua ylo que realmente necesitaremos saber es elcaudal mnimo que tendr que llevarse a laparcela para regarla. Si este caudal mnimo

Figura 10 Vertederos rectangulares

h

L

h

L

a) b)

Figura 11 Vertederos Cipolletti

h1

4

L



Se tira el otador a una distancia antes dela primera marca igual a la mitad de L (esdecir, si las marcas estn separadas porejemplo 50 m, tiraremos el otador 25 mantes de la primera marca).

Con la ayuda de un cronmetro, medimosel tiempo (en s) que transcurre en recorrerla distancia entre ambas marcas.

Repetimos la medicin tirando el otadorotras cuatro veces en diferentes lugares alo ancho del ro (ver Figura 13).

Calculamos el promedio de los tiemposmedidos:

(3.10)

Entonces, la velocidad supercial se cal-cular mediante la ecuacin:

(3.11)

Figura 13 Lugar donde tirar el flotador y medicin de profundidades.

P1 P2 P3 P4 Pn

a

5ttttt

t 54321++++

=

tL

(m/s)Us =

Figura 12 Medicin de caudal con flotador.

Fuen

te: ad

apta

do d

e Ca

sano

va (

2003).

L

Sealadoresde distancia

Flujo

Flotador

Quebrada

Lecho

37

Normalmente la velocidad promedio consi-derando toda la seccin de una quebradao canal es inferior a la supercial. Debe-remos, por lo tanto, aplicar un factor decorreccin para estimar aquella a partirde esta:

U (m/s) = 0.80 US (3.12)

Medimos la profundidad (en m) de la que-brada en diferentes puntos separados pre-feriblemente un metro entre ellos (medi-ciones p1, p2, pn). Igualmente mediremosla anchura total de la quebrada (a, tambinen m).

Calculamos la profundidad promedio de laquebrada, y a partir de esta la seccin dela misma mediante las frmulas:

(3.13)

Por ltimo calcularemos el caudal dela quebrada mediante la frmula yaconocida:

Q (m/s) = S U

Con molineteEste mtodo de medicin es el ms exactopara quebradas y ros donde el uso de ver-tederos no sea posible. No obstante, dare-mos una explicacin muy breve dada la pocaprobabilidad de que vayamos a disponer dedichos dispositivos.

Un molinete es un aparato que mide la velo-cidad de la corriente. Consta de una turbinaque combina su movimiento giratorio con unindicador-registrador. La velocidad de rota-cin es proporcional a la velocidad de la co-rriente. Se cuenta el nmero de revolucionesen un tiempo dado, ya sea con un contadordigital o como golpes odos en los auricularesque lleva el operador.

pa)(mSn

p...ppp 2n21 =

+++=

Figura 14 Medicin con molinete.

Fuen

te: H

udso

n (1

997).



Un molinete mide la velocidad en un ni-co punto y para calcular la corriente totalhacen falta varias mediciones. El procedi-miento consiste en medir y en trazar sobrepapel cuadriculado la seccin transversal dela corriente e imaginar que se divide en fran-jas de igual ancho como se muestra en laFigura 15.

Si la profundidad media de la franja es menoro igual a 0.75 m, la velocidad media se cal-cula a partir de la media de las velocidades

medidas a 0.2 y 0.8 de la profundidad en esafranja. Para aguas poco profundas (profundi-dad inferior a 0.75 m) se efecta una nicalectura a 0.6 de la profundidad. Esta veloci-dad de cada franja, multiplicada por la super-cie de la franja, da el caudal de la franja y elcaudal total es la suma de las franjas.

La Tabla 2 muestra cmo se efectuaran los clculos con respecto a los datos indi-cados en la Figura 15.

SeccinVelocidad media con el molinete

(m/s) Profundidad(m)

Ancho(m)

rea(m2)

Caudal(m/s)

0,2D 0,8D Media

1 - - 0,5 1,3 2,0 2,6 1,30

2 0,8 0,6 0,7 1,7 1,0 1,7 1,19

3 0,9 0,6 0,75 2,0 1,0 2,0 1,50

4 1,1 0,7 0,9 2,2 1,0 2,2 1,98

5 1,0 0,6 0,8 1,8 1,0 1,8 1,44

6 0,9 0,6 0,75 1,4 1,0 1,4 1,05

7 - - 0,55 0,7 2,0 1,4 0,77

TOTAL 9,23

Ejemplo de clculo de caudal mediante molinete.Tabla 2

Figura 15 Clculo del caudal de una corriente a partir de las medidas de un molinete.

Prof

undi

dad

(m)

0 1

1

+0.5 +0.55+0.8

+0.5

+0.9

+0.6

+1.1

+0.7

+1.0

+0.6

+0.9

+0.6

Seccin

Escala horizontal (m)

2 3 4 5 6 7

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

2 3 4 5 6 7 8 9

Fuen

te: H

udso

n (1

997).

39

3.4 Calidad del aguaEl conocimiento de la calidad del agua deriego es fundamental para la eleccin delmtodo de riego, su manejo y el cultivo a im-plantar. Vendr determinada por las sales quese encuentran en ella, y depender de la na-turaleza de stas y de sus concentraciones.

Los principales problemas relacionados conel uso de aguas salinas para riego son:

Salinizacin del suelo: las sales en elagua o en el suelo reducen la disponibili-dad de agua para el cultivo, provocan unestado de marchitamiento, y afectan portanto a los rendimientos.

Problemas de inltracin del agua enel suelo: un contenido relativamente altode sodio o relativamente bajo de calcioen el agua o el suelo reduce la tasa a lacual el agua de riego se inltra, hasta elextremo de no poder abastecer al cultivode manera adecuada.

Toxicidad: algunas sales cuando se acu-mulan en cantidad suciente resultan txi-cas para los cultivos, u ocasionan desequi-librios en la absorcin de los nutrientes.

Otros problemas: particularmente obs-trucciones en los emisores de riego y co-rrosin de las conducciones, pero tam-bin exceso de nutrientes que reducen elrendimiento o la calidad, y depsitos desales en frutas u hojas que afectan al va-lor comercial.

Mediante un anlisis able del agua de riegose pueden determinar las estrategias de riegoque deben llevarse a cabo, segn la salinidaddel agua y la tolerancia de los cultivos a estasalinidad.

1.

2.

3.

4.

3.4.1 Introduccin terica sobresales y unidadesEl agua de riego contiene determinadas salesque se aaden a las ya existentes en el sue-lo. Las sales que nos interesan son aquellasque, adems de ser solubles, se descompo-nen en iones. Los iones son tomos o gruposde tomos con una carga elctrica. Existendos tipos de iones, los cationes (con cargaelctrica positiva) y los aniones (con carganegativa). Los iones ms comunes que seencuentran en el agua para riego son:

Iones ms comunes en el aguapara riego y pesos equivalentes.

Tabla 3

Cationes Aniones

Nombre ysmbolo Peq

Nombre ysmbolo Peq

Calcio (Ca2+) 20.0 Cloruro (Cl) 35.5

Sodio (Na+) 23.0 Sulfato (SO42) 48.0

Magnesio(Mg2+) 12.2

Bicarbonato(CO3H)

61.0

Potasio (K+) 39.1 Carbonato(CO32)30.0

Boro (B3+) 3.5 Nitrato (NO3) 62.0

Hierro (Fe2+) 27.9

Los anlisis de aguas proporcionan el con-tenido o concentracin de cada in en lasmuestras de agua que llevamos a analizar.Pero un obstculo para la correcta interpre-tacin de los anlisis de agua es que los la-boratorios frecuentemente proporcionan lasmedidas en diferentes unidades.



La concentracin de iones puede reportarse,)mpp(nllimropsetrapnesisilnasolne

gramos por litro (g/L), miligramos por litro(mg/L), o miliequivalentes por litro (meq/L).

La relacin entre las tres primeras es sencilladado que:

1 ppm = 1 mg/L = 0.001 g/L

No obstante, con los meq/L la cosa se com-plica. Los meq/L se determinan dividiendo lasppm (o mg/L) entre el peso equivalente (Peq)del in correspondiente (ver Tabla 3):

(3.14)

nato sdico y el cloruro magnsico, depen-diendo, claro est, de su concentracinen el agua.

La clase de suelo: los suelos arenosospresentan menos peligros que los arci-llosos, dado que el agua lava mejor lassales acumuladas. Los suelos que contie-nen yeso (sulfato clcico) aguantan msla salinidad, ya que el yeso hace pasar aformas solubles al sodio.

El clima: un clima hmedo, con frecuenteslluvias, ayuda a lavar las sales, mientrasque uno seco hace que estas suban a lasupercie por capilaridad, creando la tpicacostra salina e impermeabilizando la capade suelo que est debajo de ella.

Los cultivos: la tolerancia a la salinidadvara de un cultivo a otro, y vara tambinsegn el estado del cultivo, siendo gene-ralmente menor durante la germinacin yel estado de plntula, y mayor conformela planta crece y madura.

La salinidad del agua de riego se puede de-terminar por dos procedimientos, ambos enlaboratorio:

Medida del contenido en sales (SD, s-lidos disueltos): Se evapora en una estufauna muestra de agua y se pesa el residuoslido. Se suele expresar en mg/L o enmeq/L.

Medida de la conductividad elctricam(CE) a una temperatura del agua de25 C.

Cuando la CE est comprendida entre 1 y 5dS/m, ambos parmetros, SD y CE, estnaproximadamente relacionados mediante lafrmula:

SD (mg/L) 5 640 CE (dS/m) (3.15)

a)

b)

Ejemplo:

Cuntos meq/L son 120 ppm de Ca2+?

meq/L620

ppm120

Una manera alternativa de medir el conte-nido de sales en una muestra de agua esmediante la conductividad elctrica (CE).A mayor cantidad de sales en el agua, me-jor conducir esta la electricidad. La CE seexpresa en milimhos por centmetro (mmho/cm), micromhos por centmetro (+mho/cm) oen deciSiemens por metro (dS/m). La relacinentre estas unidades es:

1 mmho/cm = 1,000 +mho/cm = 1 dS/m

3.4.2 SalinidadEl problema de salinidad en el agua tendre-mos que considerarlo en funcin de cuatrofactores:

El tipo de sal: las sales ms peligrosasen los suelos son el sulfato magnsico, elsulfato sdico, el cloruro sdico, el carbo-

eqPppm

meq/L

Manual prctico para el diseo de sistemas de minirriego 41

Existen varios criterios que establecen siel agua puede usarse para el riego segnla cantidad de sales disueltas en ella. Ayersy Westcot (1985) indica el riesgo de producir- se problemas de salinidad segn los siguien-tes lmites en contenido de sales:

con una inltracin baja suelen producirsecuando el sodio se incorpora al suelo y de-teriora su estructura; los agregados del suelose dispersan en partculas pequeas que ta-pan o sellan los poros y evitan que el aguapueda circular e inltrarse con facilidad. Elefecto contrario lo producen el calcio y elmagnesio, por lo que para evaluar realmenteel problema que puede generar un exceso desodio hay que saber tambin la cantidad decalcio y magnesio que hay en el suelo.

Por eso, para evaluar los problemas de in-ltracin se ha establecido el ndice RAS(relacin de absorcin de sodio), que vienedenido por la siguiente frmula:

(3.16)

donde Na+, Ca2+ y Mg2+ representan res-pectivamente las concentraciones de los io-nes de sodio, calcio y magnesio medidos enmeq/L. A partir de la RAS y la CE, podemosestimar con la ayuda de la Figura 164 la po-tencial reduccin de la inltracin.

A menudo, la adicin de yeso al suelo mejorala inltracin del mismo.

Es importante notar que aqu el problema dela salinidad puede ser el contrario. Si nos -jamos en la gura, vemos como el agua muypoco salina (con CE inferior a 0.5 dS/m y es-pecialmente con valores inferiores a 0.2 dS/m)es corrosiva y tiende a lavar el suelo supercialde minerales y sales solubles, especialmentecalcio, perjudicando la estructura del suelo.Sin sales y sin calcio, el suelo se disgrega y laspartculas resultantes rellenan los pequeosporos del suelo y sellan la supercie, con loque la tasa de inltracin se ve afectada.

4 Actualmente no se recomienda la utilizacin de las Normas Riverside que tanta popularidad tuvieron en elpasado.

2MgCa

NaRAS

22 ++

+

+=

Grado de restriccin para lautilizacin del agua en funcinde la salinidad.

Tabla 4

Parmetro Ninguna De ligera amoderada Severa

CE (dS/m)

SD (mg/L)

< 0.7

< 450

0.7 3.0

450 2,000

> 3.0

> 2,000

Fuente: Ayers y Westcot (1985).

Como puede observarse, si los SD son ma-yores de 2 g/L, o la CE mayor de 3 dS/m, losproblemas de salinidad pueden ser muy gra-ves a menos que se establezcan una serie detratamientos tales como frecuentes lavadosde sales, o que se cambie a cultivos que re-sistan mejor las condiciones de salinidad. Noobstante, y dados los niveles de precipitacinque existen en Honduras, la acumulacin desales en el suelo raramente constituir unproblema. Solamente en el caso de riego eninvernadero, se deber obligatoriamente con-siderar una fraccin de lavado para disminuirla salinidad de sales. En el Anexo G se indicanlas tolerancias a la salinidad de los cultivosms habituales.

3.4.3 Problemas de inltracinCuando la velocidad de inltracin es muybaja, puede ocurrir que el agua inltrada nobaste para cubrir las necesidades del cultivo.Los problemas ms frecuentes relacionados


Valores muy bajos de salinidad (CE < 0.2dS/m) provocan casi invariablemente proble-mas de inltracin, independientemente dela RAS.

3.4.4 ToxicidadLa presencia de determinadas sales en elsuelo, incluso a bajas concentraciones, pue-de provocar efectos txicos en las plantas. Latoxicidad ocurre normalmente cuando ciertosiones son absorbidos por la planta junto conel agua del suelo, se mueven por la mismamediante el proceso de transpiracin, y seacumulan en las hojas en concentracionesque causan los daos en las plantas.

El sodio, el boro y el cloruro son los que, engeneral, ocasionan ms problemas para loscultivos, aunque no todos los cultivos sonsensibles a estos iones:

Un exceso de sodio produce sequedad oquemaduras en los bordes exteriores delas hojas.

El exceso de cloruro suele manifestarsecon quemaduras en la punta de las hojasy avanzar por los bordes.

El boro es un elemento esencial para lasplantas. No obstante, cuando se encuen-tra presente en cantidades excesivas esextremadamente txico, incluso a con-centraciones tan bajas como 0.6 mg/L.Los sntomas de toxicidad por boro suelenmanifestarse por un amarillamiento de la

aveuqsaugitnasmsajohsaledatnupdesplazndose hasta el centro de las hojasentre los nervios y sequedad en algunasotras zonas de la planta. En regiones ri-das, se considera al boro como el elemen-to ms daino en el agua de riego.

En la Tabla 5 aparecen las restricciones gene-rales para el uso del agua de riego en funcinde la concentracin de estos tres iones y delsistema de riego utilizado. No obstante, esnecesario hacer algunos puntualizaciones:

Para riego por supercie o goteo:

La absorcin de los iones se realiza atravs de las races, de modo que slodeberemos atender a los valores de ab-sorcin radicular de la Tabla 5.

La mayora de frutales y rboles sonsensibles al sodio y el cloruro, de modoque deben utilizarse los valores de la Ta-bla 5. En Ayers y Westcot (1985) apa-recen valores ms especcos de tole-rancia al cloruro en ciertos frutales.

La mayora de cultivos anuales no sonsensibles a estos dos iones, de modoque es suciente con utilizar los valoresde salinidad de la Tabla 4.

Figura 16 Efectos combinados de lasalinidad y la infiltracin del agua.

Salinidad del agua de riego (dS / m)

1

Sin reduccin

Reduccin severa

RAS

Reduccinde ligera

a moderada

0

5

10

15

20

25

30

2 3 5 6 7Fu

ente

: Ay

ers

y W

estc

ot (

1985).


En cuanto a la tolerancia al boro, enAyers y Westcot (1985) se pueden con-sultar valores ms especcos para cultivos agrcolas.

Cuando el riego es por aspersin, y a ba-jas humedades relativas (< 30%), los cul-tivos sensibles pueden absorber tambinel sodio y el cloruro a travs de las hojas,y deberemos prestar atencin a todos losvalores contenidos en la Tabla 5, tanto losde absorcin radicular como los de absor-

In ParmetroGrado de restriccin

Ninguno De ligero a moderado Severo

Sodio (Na+):Absorcin radicularAbsorcin foliar

RASmeq/L

< 3< 3

3 9> 3

> 9

Cloruro (Cl)Absorcin radicularAbsorcin foliar

meq/Lmeq/L

< 4< 3

4 10> 3

> 10

Boro (B)Absorcin radicular meq/L < 0.7 0.7 3.0 > 3.0


Toxicidad por iones especcos.Tabla 5

cin foliar. Tambin en Ayers y Westco t(1985) existe una tabla donde se detalla-ms especcamente la sensibilidad deciertos cultivos a los daos foliares.

Para solventar los problemas de toxicidadse recurre a tratamientos similares a los in-dicados para la salinidad: lavado de sales,enmiendas de calcio si la toxicidad es debidaal sodio, o utilizar cultivos ms tolerantes. Laexplicacin detallada de estas medidas que-da fuera del mbito de este manual.

Riesgo de obstrucciones en riego localizado.Tabla 6

Problema potencialRiesgo de obstrucciones

Ninguno Moderado Grave

Fsicos:Slidos en suspensin (mg/L) < 50 50 100 > 100

Qumicos:Slidos disueltos (mg/L)pHManganeso (mg/L)Hierro (mg/L)Acido sulfhdrico (mg/L)

< 500< 7

< 0.1< 0.1< 0.5

500 20007 8

0.1 1.50.1 1.50.5 2

> 2000> 8

> 1.5> 1.5> 2

Biolgicos:Poblaciones bacterianas (max n/mL) < 10,000 10,000 50,000 > 50,000



3.4.5 Otros problemasRiesgos de obstrucciones en riegolocalizadoLos slidos en suspensin, las sustanciasdisueltas o los microorganismos contenidosen el agua de riego pueden producir obstruc-ciones en los emisores de riego localizado. Enla Tabla 6 se recoge el riesgo de obstruccin en funcin de diversas concentraciones.

Exceso de nitrgenoCiertos cultivos como la remolacha azucare-ra y gran parte de los frutales son afectadospor un exceso de nitrgeno, afectando losrendimientos y un retraso en la madurez dela fruta.

Existen varias maneras de reportar el nitrge-no ya que este se combina en varios comple-jos orgnicos e inorgnicos, pero lo habituales reportarlo en forma de nitrato (NO3). Losvalores gua aparecen en la Tabla 7.

Soluciones a este problema pueden ser elutilizar suministros alternativos de agua conmenor contenido en nitrgeno en los ltimosestados del cultivo (cuando el exceso de ni-trgeno es ms perjudicial), plantar cultivosmenos sensibles, y reducir el aporte de fer-tilizantes nitrogenados.

pH anormalEl pH es un indicador de la acidez o basicidaddel agua, pero es raramente un problemaen s mismo. El principal uso del pH en unanlisis de agua de riego es detectar un aguaanormal. Un valor anormal nos indica la nece-sidad de llevar a cabo un anlisis completo.

Reduccin de la calidad comercialCuando se utiliza el riego por aspersin, la pre-sencia de calcio (Ca2+), bicarbonato (CO3H) ysulfato (SO42) constituye un continuo proble-ma de formacin de depsitos blancos sobrefrutas y hojas que reducen el valor comercialde la produccin. Cuando la humedad relativaes inferior al 30%, la tasa de evaporacin esmuy elevada y las gotas que quedan sobrehojas y frutas despus de regar se evaporanrpidamente. Los iones mencionados se com-binan entonces formando precipitados de cal(CaCO3) y yeso (CaSO4).

Problemas varios con la calidad del agua.Tabla 7

Problema potencial ParmetroGrado de restriccin

Ninguno De ligero amoderado Severo

Nitratos (NO3) mg/L < 5 5 30 > 30

Bicarbonatos (CO3H): meq/L < 1.5 1.5 8.5 > 8.5

Acidez / basicidad pH Rango normal: 6.5 8.4


Las soluciones disponibles son variadas, des-de la adicin de cidos al agua (lo cual escomplejo y peligroso), hasta la variacin de laoperacin del sistema de riego, como puedeser el regar en la noche, reducir el intervaloentre riegos, o cambiar la aspersin por otromtodo de riego.

45

3.4.6 Anlisis de aguaLa evaluacin de la calidad del agua iniciacon un anlisis de agua en el que debe de-terminarse como mnimo los parmetros queaparecen en la Tabla 8. Tambin en esta tablaaparece para cada parmetro el rango devalores ms habituales.

Los anlisis requieren tomar una muestrarepresentativa del agua a analizar, para ellose seguirn las siguientes normas:

El recipiente debe ser de vidrio o plsticode aproximadamente un litro de capaci-dad, se debe lavar varias veces el envasecon la propia agua de riego.

La muestra debe ser tomada momentosantes de ser llevada al laboratorio, ya quelos resultados sern tanto mejores cuantomenor sea el intervalo de tiempo transcu-rrido entre la recogida de la muestra y elanlisis.

En pozos, debe tomarse la muestra des-pus de algn tiempo de su puesta enmarcha, normalmente media hora essuciente.

En ros y embalses se recogen varias to-mas en diferentes puntos representati-vos y se mezclan en una sola muestra.No deben tomarse en zonas estancadas,sino en lugares donde el agua est enmovimiento.

La muestra debe tomarse a una profundi-dad intermedia entre la supercie del aguay el fondo.

Deben mantenerse en una nevera a unatemperatura de unos 5 C

Hay que cerrar el envase y etiquetarlo.Junto a la muestra debe acompaarse uninforme indicando dnde ha sido tomada,para qu tipo de cultivo va a ser utilizada,caractersticas del suelo y cualquier otrainformacin que pueda ser importantepara determinar la calidad del agua.

Parmetros normalmenterequeridos en anlisis de aguapara riego.

Tabla 8

Determinacin Unidad demedidaValores

normales

Contenido en sales:CESD

dS/m

mg/L

0 3

0 2000

Sodicidad:RAS 0 15

Cationes y aniones:Ca2+

Mg2+

Na+

CO3H

SO42

Cl

meq/Lmeq/Lmeq/Lmeq/Lmeq/Lmeq/L

0 200 5

0 400 100 200 - 30

Varios:BoropH

mg/L

0 26.0 8.5

Fuente: USDA (1997).

Realicemos para terminar y como ejemplola interpretacin de un anlisis de agua c-ticio, con el n de obtener una panormicaglobal de todo el proceso. Supongamos quehemos recibido los resultados de laboratoriocontenidos en la Tabla 9.



Para evaluar estos resultados llevaremos acabo los siguientes pasos:

Aunque en este caso no es necesario, dehabernos suministrado las concentracio-nes de los iones slo en mg/L, deberamospasar todos los datos a meq/L utilizandolos pesos equivalentes de la Tabla 3. Estono ser necesario con el boro por ser esteun elemento y no un in.

Siempre es necesario ver primeramentesi el anlisis es correcto. Para ello debencumplirse dos sencillas relaciones:

Suma de cationes (meq/L)5 Suma de aniones (meq/L)5 10 CE (dS/m) (3.17)

En el ejemplo la suma de cationes es:20.8 + 0.5 + 8.0 + 5.0 = 34.3

Mientras que la de aniones es:12.1 + 11.5 + 7.9 + 2.9 = 34.4

1.

2.

Efectivamente, la igualdad se cumple. Porotra parte, la CE es 3.6 dS/m, que multi-plicada por 10, da un valor de 36 aproxi-madamente igual a 34.3. Como ambasrelaciones se cumplen, podemos concluirque el anlisis se ha realizado satisfacto-riamente por parte del laboratorio, y pode-mos continuar con su interpretacin.

Remitido por: Agencia San LucasLocalidad: MandastaAnlisis requerido: iones y boroComentarios: cultivos planicados: hortalizas y rboles frutales

sistema de riego previsto: aspersin

Fecha: 11-9-05Fuente de agua: pozo

RESULTADOS DE LABORATOR IO Fecha: 19-9-05

CE: 3.6 dS/m pH: 7.1

Aniones mg/L meq/L Cationes mg/L meq/L

CloruroSulfatoCarbonatoBicarbonatoNitrato

552

429

480180

12.111.5

7.92.9

SodioPotasioCalcio

MagnesioBoro (B)

48019160601.5

20.80.58.05.0

Ejemplo de resultados de laboratorio (tomado de Phocaides, 2000).Tabla 9

Pasamos ahora a estudiar la salinidad. Ve-mos como el valor de la CE corresponde,segn la Tabla 4, a una restriccin severapara la utilizacin de esta agua, lo cualhace necesario una fraccin de lavado.Pero como decamos anteriormente, estano suele ser necesaria en climas tropicalescomo el de Honduras dada las altas pre-cipitaciones que se dan en invierno y quelavan las sales que pudieran haberse acu-mulado durante la temporada de riegos.

3.

47

En cuanto a los problemas de inltracin,debemos inicialmente calcular la RAS:

Con este valor que hemos calculado, y conel de la CE, nos situamos en la Figura 16,donde podemos comprobar que no existeningn riesgo de disminucin de la tasade inltracin.

En cuanto a la toxicidad por sodio, cloru-ros o boro, deberemos prestar atencina todos los valores de la Tabla 5 por serriego por aspersin el que se va a instalar.Podemos ver como el peligro de toxicidadpor sodio es muy severo pues la concen-tracin existente en el agua (20.8 meq/L)es muy superior a los valores contenidosen la Tabla 5 para riesgo severo. Debere-mos tomar medidas como las apuntadasal nal de la seccin 3.4.4.

4.

5.

Vemos como tambin la concentracin enboro constituye un problema moderadoa partir de los valores contenidos en laTabla 5.

Por ltimo deberemos estudiar aquellosotros problemas potenciales que se expli-caban en la seccin 3.4.5:

Por ser riego por aspersin, no tiene obje-to evaluar el riesgo de obstrucciones.

El nivel de nitratos est por debajo delos contenidos en la Tabla 7.

Por ltimo, vemos como la concentra-cin de bicarbonatos es muy alta, locual va a suponer un problema para lacalidad comercial de la produccin alser el riego por aspersin.

6.

8.16

25.08.0

20.8RAS =

+=



4

Propiedades fsicas del suelo

Manual prctico para el diseo de sistemas de minirriego 51

4. Propiedades fsicas del suelo

4.1 Composicin del sueloSi desmenuzamos un trozo de suelo secocon la mano, veremos que est compuestode partculas de diferentes tamaos. La ma-yora de estas partculas tienen su origen enla degradacin de las rocas, y se llaman par-tculas minerales. Algunas partculas se origi-nan a partir de restos de plantas y animales(hojas podridas, trozos de hueso, etc.), sonlas llamadas partculas orgnicas o materiaorgnica. Aunque tanto las partculas mine-rales como las orgnicas parecen tocarseentre s, en realidad dejan espacios entreellas. Estos espacios son llamados poros.Cuando el suelo est seco, los poros estnprincipalmente ocupados por aire o vaporde agua. Por el contrario, tras una lluvia oun riego intenso, estos poros se llenarn deagua.

Los componentes del suelo se pueden re-presentar tambin esquemticamente, tal ycomo muestra la Figura 18, donde:

Vg y Pg son respectivamente el volumen y elpeso de gas (aire y vapor de agua).

Va y Pa son el volumen y el peso de agua.

Vs y Ps son el volumen y el peso de las part-culas slidas (minerales y orgnicas).

Vp y Pp son el volumen y el peso ocupadospor los poros. A su vez, Vp = Vg + Va, yPp = Pg + Pa.

Vt y Pt son el volumen y el peso total, consi-derando las fases slida, lquida y gaseosa.

Agua

Raz

Aire o vapor de agua

Partcula de suelo(mineral u orgnica)

Figura 17 Composicin del suelo.

Fuen

te: B

rouw

er e

t al.

(1985).


4.2 TexturaLas partculas minerales del suelo puedenclasicarse de acuerdo a su tamao segnla tabla de la Figura 195:

5 En este documento se sigue la clasicacin USDA por ser la ms utilizada en Honduras.

La proporcin en que las partculas de are-na, limo y arcilla se encuentran en el suelodenen la textura del mismo, la cual se de-

Figura 18 Diagrama esquemtico del suelo.

Vg Pg

Pa

Ps

Va

Vp

Vs

Vt Pt

Agua

Ga s (aire y vapor)

Su elo

Figura 19 Dimetro de las partculas del suelo segn la clasificacin USDA.

Partculas de suelo

Gr avas y piedras

Arena

Limo

Arcilla

Dimetro (mm)

> 2.0

0.05 - 2.0

0.002 - 0.05

< 0.002

Arcilla

0.1 mm

Arena

Limo

Fuen

te: H

illel

(1980).


termina segn el tringulo textural (Figura20). Las partculas mayores de 2 mm no sontomadas en cuenta para la determinacin dela textura.

En funcin de su textura, los suelos se divi-den en los siguientes tipos bsicos:

Los suelos arenosos (tambin llamadosligeros o de textura gruesa) carecen depropiedades coloidales y de reservas denutrientes, presentan mala estructura,

buena aireacin, muy alta permeabilidady nula retencin de agua.

Los suelos arcillosos (tambin llamadospesados o de textura na) son muy acti-vos desde el punto de vista qumico, ad-sorben iones y molculas, son muy ricosen nutrientes, retienen mucha agua, bienestructurados, pero son impermeables.

Los suelos limosos no tienen estructura,sin propiedades coloidales, son impermea-bles y con mala aireacin.

Figura 20 Tringulo de texturas segn clasificacin USDA.

Arcilla100%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Limo100%

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0102030405060708090Arena100%

Arena en porcentaje

Limo en porcentaje

Arci

lla e

n po

rcen

taje

Arcillosa

Franca

Limosa

Francoarcilloarenosa

Francoarcillo-limosa

Francoarcillosa

FrancolimosaFrancoarenosa

Arcilloarenosa

Arcillolimosa

Arenosa

Arenosofranca


Los suelos francos (suelos medios) con-tienen una mezcla de arena, limo y arcillaen tales proporciones que exhiben las pro-piedades de las tres fracciones de modoequilibrado (son las propiedades las queestn equilibradas, no las proporciones,ya que de hecho los suelos francos suelentener en torno a un 20% de arcilla, un 40%de arena, y un 40% de limo).

La determinacin de la textura de un suelo serealiza mediante un anlisis de granulometraen laboratorio. No obstante, puede obtener-se una aproximacin satisfactoria mediantecualquiera de los dos mtodos que se deta-llan en el Anexo H.

4.3 Densidad aparenteLa densidad aparente (tambin llamada pesoespecco aparente) es una medida de la po-rosidad de un suelo. Se determina dividiendoel peso de suelo seco entre el volumen total,de modo que un mayor valor de densidadaparente signicar menor porosidad. Se re-presenta como da y se mide en gramos porcentmetro cbico (g/cm3) o en toneladas pormetro cbico (t/m3)6. Utilizando la nomencla-tura de la Figura 18:

(4.1)

La densidad aparente es importante porquedetermina la compactacin y la facilidad decirculacin de agua y aire. A efectos de rie-go conocer su valor es esencial porque

6 1 t/m3 = 1 g/cm3.

t

sa V

Pd

caracteriza la capacidad de almacenaje deagua en el suelo.

Es necesario saber que su valor no es inmu-table sino que vara segn los cambios quese produzcan en el suelo respecto al volu-men de poros. Por ejemplo, la compactacinpor la labranza, o la disminucin de materiaorgnica disminuyen el volumen de poros eincrementan la densidad aparente.

En la Tabla 10 se muestran valores medios yrangos de variacin para diferentes texturasdel suelo, los cuales constituyen una aproxi-macin suciente a efectos de diseo. Noobstante, si se deseara calcular el valor real,en USDA (1999) se detallan dos procedi-mientos simplicados para hacerlo.

4.4 Contenido de agua en el sueloEl contenido de agua en el suelo puede ex-presarse de tres maneras diferentes:

a) En altura de lmina de aguaEl agua contenida en un volumen de sue-lo (el volumen total, el de las partculas delsuelo ms el de los poros) tambin puede

expresarse en altura de lmina de agua. Su-pongamos una porcin de suelo de 1 m2 desupercie y 1 m de profundidad (un volumende 1 m3). Si sacsemos el agua contenidaen ese metro cbico de suelo y lo acumul-semos sobre la misma supercie, alcanzara


una altura h, como muestra la Figura 21. Siesta altura h fuera de por ejemplo 150 mm,podramos expresar el contenido en hume-dad de este suelo como 150 mm en 1 m deprofundidad de suelo, o ms abreviadamente150 mm/m.

c) Humedad gravimtrica (eg)Por ltimo, podemos expresar la humedaddel suelo como el peso de agua en relacincon el peso de las partculas slidas:

(4.3)

Siguiendo con el ejemplo, el peso de aguacontenida en el suelo sera:

Pa = Va dagua = 0.150 m3 1 kg/L = 150 L 1 kg/L = 150 kg

donde dagua es la densidad del agua que comosabemos es 1 kg/L = 1 g/cm3.

Por otra parte, de la expresin de la da pode-mos conocer el peso de las partculas slidasa partir del volumen total del suelo. Supo-niendo que el suelo del ejemplo tuviera unada igual a 1.5 t/m3:

Ps = da Vt = 1.5 t/m3 1 m3

= 1.5 t = 1,500 kg

Por tanto, la humedad gravimtrica ser:

La humedad gravimtrica es la manera msestandarizada de expresar el contenido deagua en el suelo, ya que su valor es indepen-diente de la estructura de este. No obstante,consideramos necesario conocer las tres ma-neras de expresar el contenido en humedaddado que todas aparecen habitualmente enla literatura existente.

Las relaciones entre las tres medidas son:

ev (%) = eg (%) da (g/cm3) (4.4)

mm/m = 10 ev (%) (4.5)

mm/m = 10 eg (%) da (g/cm3) (4.6)

b) Humedad volumtrica (ev)Podemos expresar el contenido de agua en elsuelo relacionando el volumen de agua conel volumen total de suelo:

(4.2)

En el ejemplo de arriba, 1 m3 de suelo (1 m2

de supercie por 1 m de profundidad), con-tiene 0.150 m3 de agua (150 mm de alturade lmina de agua = 0.150 m por 1 m2 desupercie). Podemos entonces expresar lahumedad volumtrica como:

Figura 21 Contenido de agua del sueloexpresado en altura de lminade agua.

agua

suelo

h=150mm

1 m2

1 m

Fuen

te: B

rouw

er e

t al.

(1985).

ev =Va 100

Vt

ev =0.150 m de agua 100 = 15%

1 m3 de suelo

eg =Pa 100

Ps

eg =150 kg de agua 100 = 10%

1,500 kg de partculas


Podemos comprobar con los datos del ejem-plo como en efecto:

15% (ev) = 10% (eg) 1.5 g/cm3

150 mm/m = 10 15% (ev)

150 mm/m = 10 10% (ev) 1.5 g/cm3

4.4.1 Niveles de humedaddel sueloEn funcin de la proporcin de agua en losporos del suelo, y su disponibilidad para lasplantas, se denen los siguientes niveles dehumedad:

Saturacin: tras una lluvia o un riego to-dos los poros se llenan de agua (ver Figu-ra 22a). El contenido de humedad es elmximo posible en ese suelo. La mayo-ra de cultivos no pueden sobrevivir msde entre dos y cinco das en condicionesde saturacin, siendo el arroz la principalexcepcin.

Una vez que la lluvia o el riego han ter-minado, parte del agua presente en losporos se empezar a mover hacia abajopor gravedad. Este proceso se denominadrenaje o percolacin, y suele durar entre

unas pocas horas en el caso de los suelosarenosos, y dos o tres das en el caso delos arcillosos.

Capacidad de campo (CC): es el mximonivel de humedad que el suelo puede rete-ner, es decir, el

manual de riego

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