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1 INTRODUCCIÓN.El agua se recicla constantemente como consecuencia de la evaporación, producida por la energía solar, que se precipita en forma de lluvias y alimenta el caudal de los ríos que retornan a los cuerpos donde se evaporó el agua inicialmente. De este ciclo constante, el agua destinada al consumo humano y las actividades agropecuarias básicamente procede de la lluvia.

El agua es el recurso más importante; ya que las plantas, los animales y el ser humano dependen de su existencia; pero las aguas dulces existentes, que pueden usarse de forma económicamente viable y sin generar grandes impactos negativos en el ambiente, son menores al 1% del agua total del planeta. Por otro lado, el crecimiento demográfico, el aumento de los regímenes de demanda y la contaminación del líquido han mermado el volumen per cápita disponible. Esta disminución de consumo de agua obliga a la sociedad, para la protección de los patrones de vida, aplicar criterios de conservación y de uso sustentable del agua.

La mayor parte del agua consumida por el hombre se destina a usos consuntivos, a la irrigación, al ganado y al uso doméstico. La agricultura emplea más del 70% del agua utilizada en el mundo. Esta baja eficiencia, convierte a la agricultura en el sector donde se pueden adoptar los mayores cambios tecnológicos que permitan compensar las mermas per cápita antes mencionadas.

2 OBJETIVOS.Investigar sobre la determinación de la demanda de agua para riegos.

Indicar los pasos a seguir en la determinación de la demanda de agua para riego.

3 DEMANDA DE AGUA3.1 DEFINICIÓN: Volumen de agua, en cantidad y calidad, que los usuarios necesitan para satisfacer un determinado objetivo de producción o consumo. Este volumen será función de factores como el precio de los servicios, el nivel de renta, el tipo de actividad, la tecnología u otros.

3.2 VARIABLES PARA LA DETERMINACION DE LA D EMANDA DE AGUA

Cédula de cultivos.

Evaporación - evapotranspiración

Kc de los cultivos Precipitación efectiva Eficiencia de riego Horas de riego

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Área sembrada por cultivo

3.2.1 Cedula de cultivo s.pLa cédula de cultivo, en un área de riego, incluye las consideraciones siguientes:

- Especies y períodos de sus cultivos.

- Áreas de cobertura de estas especies.

- Número de campañas agrícolas al año.

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

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

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

• Media: Entre floración y fructificación, correspondiente en la mayoría de los casos al 70-80% de cobertura máxima de cada cultivo.

• Maduración: Desde madurez hasta la cosecha o recolección

• Coeficiente de Cultivo Kc.- Indica el grado de desarrollo o cobertura del suelo por parte del cultivo cuyo consumo de agua se requiere evaluar, estos coeficientes pueden estimarse utilizando el método recomendado por la FAO.

Para definir teóricamente una cédula de cultivo, “adecuada”, puede considerarse los criterios que a continuación indican, sin embargo éstos son relativos:

3.2.1.1 CRITERIOS TÉCNICOS PARA ELEGIR CÉDULA DE CULTIVO:• Clima y aptitud de los suelos.

• Nivel de la demanda de agua de los cultivos.

• Rentabilidad de los cultivos.

• Comportamiento del mercado para la adquisición de insumos y para la venta de la producción.

• Tenencia de la tierra.

• Vías de comunicación.

• Disponibilidad de servicios para la producción y comercialización.

Para elegir una cédula de cultivo con riego, deberá antes que nada tener en cuenta la cédula actual, las opiniones de los campesinos y poder observar cédulas de cultivo de proyectos de riego próximos, para poder apreciar límites de posibles cambios.

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En general es poco probable, que ocurra cambios radicales, sobre todo en lo referente a las especies.

Un aspecto de fácil aceptación por parte de los campesinos es adelantar épocas de siembra, de las mismas especies para obtener mejores precios.

La cédula de cultivo, deberá prepararse, en base a la lógica de explotación de la finca familiar y no necesariamente a la aptitud de los suelos y otros factores. En este sentido deberá analizarse también el sistema de distribución de agua entre los usuarios. Por ejemplo, si una comunidad decide repartir el caudal disponible insuficiente para toda la comunidad, en parte proporcional entre todos sus componentes y que esta cantidad satisface el riego de solo una fracción de la propiedad, deberá averiguarse, cuál será la prioridad de riego, puede ser para hortalizas, pastos, papa, etc. En relación a los otros cultivos tradicionales que no se regarán.

En el riego, de comunidades campesinas, no es posible un optimización teórica de la cédula de cultivo en base sólo de parámetros hídricos (los cultivos que optimizan la disponibilidad de agua) o económicos (la combinación de cultivos más rentables).

Ejemplo :

CULTIVOS AREA POR CAMPAÑA (ha) PROMEDIO

% 75% pers

%

2004/2005

2005/2006

2006/2007

2007/2008

Arroz 3898.88 4235.17 3763.71 4093.58 3997.84 93.23

3865.09

93.5

Algodón 189.51 67.17 223.38 264.7 186.19 3.84 158.93 3.85

Caña de azúcar

60.18 60.18 60.18 60.18 60.18 1.24 60.18 1.46

Maíz Amarillo

16.81 76.46 61.3 25.4 44.9925 0.93 23.25 0.56

Pastos 24.66 28.26 17.21 56.46 31.6475 0.65 22.80 0.55

Menestras 3.4 4.31 1 12.33 5.26 0.11 2.80 0.07

TOTAL 4193.44 4471.55 4126.78 4512.65 4326.11 100 4133.04

100

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3.2.1.2 EvapotranspiraciónLa evapotranspiración o uso consuntivo representa la suma de la transpiración y la evaporación.

Por el proceso de transpiración, el agua absorbida por las raíces de las plantas es emitida por las hojas en forma de vapor de agua y reintegrada a la atmósfera.

La evaporación representa el agua evaporada de la superficie del suelo y del follaje.

3.2.1.3 METODOS PARA DETERMINAR LA EVAPOTRANSPIRACION Método de Penman. Método de Blaney – Criddle. Método de Radiación. Método de Hargreaves. Método de Jensen-Haise.

3.2.1.3.1 EVAPOTRANSPIRACION POTENCIALEs la tasa de evaporación (mm/día) de una extensa superficie de pasto (grama) verde, de 8 a 15 cm. de altura, en crecimiento activo, que sombrea completamente la superficie del suelo y que no sufre escasez de agua.

3.2.1.3.2 Método de PenmanEl método de Penman – Monteith puede considerarse como el método estandar de todos los métodos combinados para estimar la evapotranspiración (ET) del cultivo de referencia. La mayoría de los métodos combinados presentan ligeras dependiendo del tipo de cultivo y de la localización de los instrumentos meteorológicos. Por esta razón, el método de Penman – Monteith utiliza términos como la resistencia aerodinámica del follaje para relacionar la altura de los instrumentos meteorológicos con la altura del cultivo y la resistencia estomática a la transpiración mínima que dependerá del tipo de cultivo y de su altura.

La ecuación de Penman – Monteith se define:

ET = ET radiación + ET aerodinámica

La ecuación final es:

Donde:

ET o=[ ΔΔ+γ¿ ( Rn−G ) 10

L+ γ

Δ+γ¿90T+275

u2 (es−ea )]

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ETo = evapotranspiración del cultivo de referencia (mm/día)

* = constante psicométrica modificada utilizada en el método de Penman-Monteith (mbar/C)

es – ea = déficit de presión de vapor (mb)

es = presión de vapor a saturación a la temperatura promedio del aire (mb)

ea = presión de vapor tomada a la temperatura a punto de rocío (mb)

L = calor latente de vaporización (cal/gr)

= pendiente de la curva de presión de la saturación de vapor a una temperatura específica (mbar/ºC)

= constante psicométrica

Rn = energía de radiación neta (cal/(cm2 día)

T = temperatura promedio (ºC)

G = flujo termal del suelo (cal/cm2)

3.2.1.3.3 Método de HargreavesEl método de Hargreaves es el más fiable de los basados exclusivamente en medidas de temperatura, que son las más abundantes. Se basan en que tanto la radiación neta como el déficit de presión de vapor (los dos términos de la ecuación 4.2) deben guardar relación con la temperatura. Dado que esta relación no es instantánea, el espíritu de estos métodos es que se calculen a escala mensual. En todo caso, la relación es totalmente empírica, por lo que estos métodos solo deben emplearse cuando no es posible aplicar el de Penman-Monteith.

En su forma original, la evaporación de referencia se calculaba como:

Erc=0 , 0075 S t T F (I)

Donde St es la radiación solar al nivel del suelo (recordar 2.10) y TF la temperatura en grados Fahrenheit. Expresándola en grados centígrados, resulta

Erc=0 , 0135 S t (T +17 , 8 ) (II)

Hargreaves et al (1985) buscaron varias fórmulas empíricas para St y terminaron adoptando:

St=0 ,16 S0 √ ΔT (III)

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Donde S0 es la radiación solar extraterrestre (2.8) y ΔT es la diferencia entre T̄ mx ,

media mensual de las máximas diarias, y T̄ mn , media de las mínimas. Dado que la base de (4.9) es relativamente débil, es habitual sustituirla directamente en (I), lo que da lugar a la fórmula habitual:

Erc=0 , 0023 S0 (T +17 , 8 ) √ T̄mx−T̄ mn

Donde T es la temperatura media mensual (es adecuado tomar ( T̄ mx+ T̄mn )/2 ).

3.2.1.3.4 METODO DEL TANQUE EVAPORIMETRO CLASE “A”ETo (mm/día)=ETan(mm/día) x KTan

Donde:

ETo : Evapotranspiración del Cultivo de Referencia (mm/día)

ETan: Evapotranspiración media diaria del Tanque A (mm/día)

KTan: Coeficiente del Tanque Evaporímetro Clase A

DESCRIPCION DEL TANQUE

DIAMETRO : 120.5 cm.

PROFUNDIDAD : 25.4 cm.

MATERIAL : Hierro Galvanizado

RECUBRIMIENTO : Pintura de Aluminio

3.2.1.3.4.1 CONDICIONES DE INSTALACIONInstalación sobre una plataforma de madera con intersticios para su ventilación.

La base debe estar a 15 cm. del suelo.

Se llena el tanque con agua hasta 5 cm. del borde. El nivel no debe bajar mas de 2.5 cm.

Se toma las lecturas diariamente y a una hora fija.

Evapotranspiración Real.

Et p=Ev∗Kp∗Kc

Donde:

Et p :=Evapotranspiración Real (mm)

Ev=Evaporación del mes mas critico(mm)

Kp=Coeficiente de tanque ocubeta(0.50−0.85)

Kp medio igual a 0.70

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Kc=Coeficiente decultivo

Coeficientes Kp de tanque Clase "A", para diferentes coberturas de suelo, humedad relativa y vientos.

caso A caso B

Viento promedio

Distancia a barlovento

Tanque rodeado de cubierta verde baja.

Tanque rodeado de suelo barbechado.

Humedad Relativa Humedad Relativa

Km./día (m) < 40% 40-70 % > 70 % < 40% 40-70 % > 70 %

Ligero 0 0.55 0.65 0.75 0.70 0.80 0.85

< 175 10 0.65 0.75 0.85 0.60 0.70 0.80

100 0.7 0.80 0.85 0.55 0.65 0.75

1000 0.75 0.85 0.85 0.50 0.60 0.70

Moderado 0 0.5 0.60 0.65 0.65 0.75 0.80

175 - 425 10 0.6 0.70 0.75 0.55 0.65 0.70

100 0.65 0.75 0.80 0.50 0.60 0.65

1000 0.7 0.80 0.80 0.45 0.55 0.60

Fuerte 0 0.45 0.50 0.60 0.60 0.65 0.70

425 - 700 10 0.55 0.60 0.65 0.50 0.55 0.65

100 0.6 0.65 0.70 0.45 0.50 0.60

1000 0.65 0.70 0.75 0.40 0.45 0.55

Muy Fuerte

0 0.4 0.45 0.50 0.50 0.60 0.65

>700 10 0.45 0.55 0.60 0.45 0.50 0.55

100 0.5 0.60 0.65 0.40 0.45 0.50

1000 0.55 0.60 0.65 0.34 0.40 0.45

caso A caso B

Viento promedio

Distancia a barlovento

Tanque rodeado de cubierta verde baja.

Tanque rodeado de suelo barbechado.

Humedad Relativa Humedad Relativa

Km./día (m) < 40% 40-70 % > 70 % < 40% 40-70 % > 70 %

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Ligero 0 0.55 0.65 0.75 0.70 0.80 0.85

< 175 10 0.65 0.75 0.85 0.60 0.70 0.80

100 0.7 0.80 0.85 0.55 0.65 0.75

1000 0.75 0.85 0.85 0.50 0.60 0.70

Moderado 0 0.5 0.60 0.65 0.65 0.75 0.80

175 - 425 10 0.6 0.70 0.75 0.55 0.65 0.70

100 0.65 0.75 0.80 0.50 0.60 0.65

1000 0.7 0.80 0.80 0.45 0.55 0.60

Fuerte 0 0.45 0.50 0.60 0.60 0.65 0.70

425 - 700 10 0.55 0.60 0.65 0.50 0.55 0.65

100 0.6 0.65 0.70 0.45 0.50 0.60

1000 0.65 0.70 0.75 0.40 0.45 0.55

Muy Fuerte

0 0.4 0.45 0.50 0.50 0.60 0.65

>700 10 0.45 0.55 0.60 0.45 0.50 0.55

100 0.5 0.60 0.65 0.40 0.45 0.50

1000 0.55 0.60 0.65 0.34 0.40 0.45

3.2.2 Kc. de los Cultivos

3.2.3 El factor de Cultivo (Kc)Indica el grado de desarrollo o cobertura del cultivo, los factores que afectan sus valores son las características del cultivo, desarrollo del cultivo, duración del período vegetativo, clima y precipitación o riego.

El Kc tendrá una variación estacional en función a la fase de desarrollo del cultivo.

Fase Inicial: Germinación y crecimiento inicial, 10% de cobertura.

Fase de Desarrollo: desde final de fase inicial hasta 70% a 80% de cobertura.

Fase de Maduración: desde cobertura completa hasta inicio de maduración (caída de hojas).

Fase Final (cosecha): desde final de fase anterior hasta la cosecha.

COEFICIENTE DEL CULTIVO - Kc.

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3.2.4 Precipitación EfectivaLa precipitación efectiva es aquella fracción de la precipitación total que es aprovechada por las plantas.

Depende de múltiples factores como pueden ser la intensidad de la precipitación o la aridez del clima, y también de otros como la inclinación del terreno, contenido de humedad del suelo o velocidad de infiltración.

Como primera aproximación, Brouwer y Heibloem, proponen las siguientes fórmulas para su aplicación en áreas con pendientes inferiores al 5 %. Así en función de la precipitación caída durante el mes tenemos:

Pe = 0.8 P - 25 Si: P > 75 mm/mes

Pe = 0.6 P - 10 Si: P < 75 mm/mes

Donde:

P = precipitación mensual (mm/mes)

Pe = precipitación efectiva (mm/mes)

En climas secos, las lluvias inferiores a 5 mm no añaden humedad a la reserva del suelo. Así, si la precipitación es inferior a 5 mm se considera una precipitación efectiva nula. Por otro lado, sólo un 75 % de la lluvia sobre los 5 mm se puede considerar efectiva. Se puede usar la expresión:

Pe = 0,75; (lluvia caída – 5 mm)

En climas húmedos o en situaciones, o períodos del año en los que llueve de continuo durante varios días, la precipitación efectiva se obtiene sumando todos los volúmenes de precipitación, salvo cuando en un día llueve menos de 3 mm.

Precipitación Efectiva

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3.3 PASOS PARA DETERMINAR LA DEMANDA DE AGUA PARA RIEGO

3.3.1 PASO 1: EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL DEL CULTIVO O USO CONSUNTIVO (UC)

Es el consumo real de agua por el cultivo, este valor considera un consumo diferenciado de agua según el estado de desarrollo de la planta. Se expresa en mm/día.

UC=Eto x Kc

3.3.2 PASO 2: PRECIPITACIÓN EFECTIVA (P. Efecto)Es la cantidad de agua del total de precipitación que aprovecha la planta para cubrir sus necesidades parcial o totalmente. Se expresa en mm.

3.3.3 PASO 3: REQUERIMIENTO DE AGUA (Req)Es la lámina adicional de agua que se debe aplicar a un cultivo para que supla sus necesidades. Esta expresada como la diferencia entre el Uso Consuntivo y la Precipitación Efectiva. Se expresa en mm.

Req=UC – P . Efec

3.3.4 PASO 4: REQUERIMIENTO VOLUMÉTRICO BRUTO DE AGUA ( Req.Vol .Bruto)

Es el volumen de agua que requiere una hectárea de cultivo. Se expresa en m3/ha.

Req . Vol .Bruto=Req (mm)x 10

3.3.5 PASO 5: EFICIENCIA DE RIEGO DEL PROYECTO ( Ef.Riego )Es el factor de eficiencia del sistema de riego, indica cuan eficientemente se está aprovechando el agua. Los valores varían entre las diferentes modalidades de riego. No tiene unidades.

Ef . Riego Proyecto=Ef . RiegoConducción x Ef . Riego Distribución x Ef . Riego Aplicación

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3.3.6 PASO 6: REQUERIMIENTO VOLUMETRICO NETO DEL AGUA (Req.Vol Neto)

Req . Vol . Neto=Req .Vol .Bruto / Ef . Riego Proyecto

3.3.7 PASO 7: NÚMERO DE HORAS DE RIEGO (N° horas riego)Es el tiempo de riego efectivo en el que se podrá utilizar el sistema. Se expresa en horas.

3.3.8 PASO 8: MODULO DE RIEGO (MR)Es el caudal continuo de agua que requiere una hectárea de cultivo. Se expresa en l/s.

3.3.9 PASO 9: AREA TOTAL DE LA PARCELA (Área Total)Es la cantidad de terreno a irrigar con el proyecto.

3.3.10 PASO 10: CAUDAL DISPONIBLE A LA DEMANDA (Q dem)Es el caudal requerido por el sistema, de manera tal que se atiendan a todos los usuarios. Se expresa en l/s.

Q dem=AreaTotal x MR

4 CONCLUSIÓN.

La determinación de la demanda de agua para riego necesita realizar un estudio de muchas características del lugar en donde se va a realizar el diseño de un sistema de irrigación.

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Es necesario saber que tipo de cultivos se va a producir y que cantidad de agua necesitara cada cultivo.

El tipo de suelo es un factor muy importante que puede tener una influencia positiva o negativa en el diseño de un sistema de irrigación dependiendo de que tipo de suelo sea.

La cédula de cultivo de un sistema de riego se debe plantear en base al área determinada (has)/ año agrícola toda vez que corresponden a las tierras con aptitud de bajo riego del sistema.

Se debe difundir la protección del medio ambiente referido al manejo y conservación de aguas y suelos mediante la reforestación con especies nativas como el aliso, colle, quinual etc., evitando en lo posible la utilización de especies exóticas como los eucaliptos que consume 10 mm diarios de agua (régimen de lluvias de 1200 mm anuales) o su equivalente a 1000mm/año/ha = 10000 m3/año/ha = 10000,000 lts/ año/ha = 27397.26 lts/ día/ha = 24.66 lts/día/planta., (regla de oro 1 mm = 10 m3 /día/ ha) o el pino que acidifica los suelos y que pueden provocar que las napas, esteros, manantiales y ríos disminuyan notablemente su caudal, incluso algunos con riesgo de secarse toda vez que estas especies requieren de una enorme cantidad de agua para su crecimiento una vez establecidos en el campo.

La determinación de la demanda de agua en el riego nos ayudara a tener un buen manejo del agua, de esta forma se podrá hacer el buen uso de este recurso sin tener que desperdiciarla.

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