Opinión

MEDICIÓN DE AGUA PARA SISTEMAS DE RIEGO Y DRENAJE AGRÍCOLA

Ing. Pedro Álava González. M. Sc.
Desde E.E.U.U. para La Nación de Guayaquil, Ecuador.

 

INTRODUCCIÓN

La gestión eficaz del agua de riego comienza con una medición precisa del agua. La medición del agua es necesaria para determinar tanto los volúmenes totales de agua como los caudales bombeados. La medición de los volúmenes verificará que se aplique la cantidad adecuada de agua en cada riego y que no se excedan las cantidades permitidas por los distritos de manejo del agua. Las mediciones del caudal ayudan a garantizar que el sistema de riego funcione correctamente. Por ejemplo, los caudales más bajos de lo normal pueden indicar la necesidad de reparación o ajuste de la bomba, válvulas o tuberías parcialmente cerradas u obstruidas, o emisores de goteo obstruidos. Los caudales más altos de lo normal pueden indicar tuberías rotas, válvulas de descarga defectuosas, demasiadas zonas operando simultáneamente o boquillas de rociadores erosionadas.

IMPORTANTE: El sistema y unidades de este artículo es el “Sistema Ingles” que es parte del sistema Internacional de medidas.

PROFUNDIDAD Y VOLUMEN

La tasa de bombeo, la tasa de aplicación o la tasa de uso de agua de los árboles se mide en unidades de volumen (o profundidad) por unidad de tiempo. El volumen se puede calcular a partir de la profundidad aplicada si se conoce el área a la que se aplica el agua. El volumen también se puede calcular multiplicando el caudal (galones por minuto = gpm) por la duración del flujo (min). La profundidad de aplicación se calcula multiplicando la tasa de aplicación (pulgadas/hora) por la duración de la aplicación (hora). La velocidad se refiere a la velocidad a la que fluye el agua (distancia por unidad de tiempo) en contraposición al caudal (volumen por unidad de tiempo). Por lo tanto, los términos caudal y velocidad no se pueden usar indistintamente. Se debe conocer tanto la velocidad como el área de la sección transversal del flujo para calcular los caudales.

El volumen (V) se expresa comúnmente como galones, acres-pulgadas (ac-in) y acres-pies (ac-ft). Un acre-pulgada es el volumen de agua que se requeriría para cubrir un área de 1 acre a una profundidad de 1 pulgada. Las relaciones entre estas unidades son:

1 acre-inch = 27,154 gallons = 102,642 liters = 102.8 cubic meters (m3)
1 acre-foot = 12 acre-inches = 12.34 ha-cm. = 12.34 cm/hectarea.
1 acre-foot = 325,848 gallons = 1233.5 cubic meters

Las unidades de profundidad (D) se utilizan para expresar la humedad del suelo (por ejemplo, la capacidad de retención de agua expresada en pulgadas de agua por pie de profundidad del suelo) y los riegos se programan después de que se haya agotado una fracción del agua del suelo en la zona de la raíz del árbol o la planta.

Ejemplo: Calcule la cantidad de agua a aplicar por riego para las siguientes condiciones:

Suelo de arena fina con una “capacidad de retención de agua disponible” (AWHC = Available wáter holding capacity) de 0,75 pulgada/pie de profundidad. El AWHC se calcula como el agua disponible a capacidad de campo menos el agua disponible en el punto de marchitamiento. La profundidad de la zona radicular es de 2.0 pies y los riegos están programados con un agotamiento del 50% de AWHC.

El almacenamiento total de agua en el suelo se calcula como:

Almacenado = 0,75 pulgadas/pie x 2 pies de profundidad del suelo = 1,5 pulgadas

La cantidad para aplicar por riego es:

Riego = 50% x 1.5 pulgadas = 0.75 pulgadas

Tenga en cuenta que la cantidad de agua que se bombeará deberá ser mayor que las 0.75 pulgadas necesarias para almacenar en la zona de la raíz de la planta, ya que se perderá algo de agua durante la aplicación. Las eficiencias de aplicación son siempre inferiores al 100% debido a las pérdidas de agua debidas a factores como la evaporación, el efecto del viento y la aplicación de agua no uniforme, he ahí la importancia de medir igualmente la eficiencia de operación de su sistema de riego para conocer la cantidad de agua aplicada que debe aumentarse, mi practica me indica que un buen sistema de aplicación de riego no es mayor al 80%, es decir al final de su cálculo de 0.75 añádale el 20% así:

0.75 x 1.2 = 0.9 pulgadas.

Las unidades de profundidad también son convenientes para la comparación con las profundidades de lluvia. Por ejemplo, una lluvia de 1 pulgada suministraría el mismo volumen de agua que un riego de 1 pulgada. Las tasas de evapotranspiración (ET) también suelen expresarse en pulgadas por día.

Ejemplo: Para un árbol con una tasa de ET de 0.20 pulgadas / día y el AWHC del suelo es 1.2 pulgadas total, calcule el intervalo de riego para un agotamiento permitido del agua del suelo del 50%.

1,2 pulgadas x 50 % / ET 0,20 pulgadas/día = 3 días

El riego sería necesario a primera hora del 4º día para evitar agotar más del 50% del agua disponible del suelo en la zona de las raíces al menos que su ET/día en los días posteriores haya aumentado más de 0.20” /día.

Cuando las cantidades de riego se expresan como profundidades, significa que la profundidad se aplicará sobre toda el área a regar.

Ejemplo: Para un área irrigada de 1.0 acre y una profundidad aplicada de 1.0 pulgada, calcule el volumen aplicado.
V = profundidad x área
1.0 ac-in = 27,154 galones
Si la superficie regada fuera de 20 acres, el volumen de agua aplicado sería:
V = 20 ac-in x 27,154 gal/ac-in = 543,080 gal

Por lo tanto, las unidades de profundidad se usan indistintamente con las unidades de volumen porque es conveniente usar unidades de profundidad cuando se refiere al agotamiento del agua del suelo, las precipitaciones y las tasas de ET de las plantas. Sin embargo, cuando se hace referencia a cantidades de agua permitidas o bombeadas, se prefieren las unidades de volumen.

El caudal (Q) se define como el volumen de agua por unidad de tiempo que fluye más allá de un punto del sistema.

Las unidades comúnmente utilizadas para el caudal son galones por minuto (gal/min o gpm) y acres-pulgadas por hora (ac-in/hr). Las unidades equivalentes en los sistemas métricos serán metros cúbicos por hora (1 metro cúbico/hora = 4,40 gpm) y hectárea-cm/hora (1 hectárea-cm/hora = 9728 ac-pulg/hora). Los permisos de uso consuntivo del distrito de gestión del agua a menudo se expresan en unidades de millones de galones por día (mgd).

Para estimar la escorrentía de aguas pluviales, se utilizan pies cúbicos por segundo (cfs).

Las relaciones entre estas unidades son:
1 gal/min (gpm) = 0.00221 ac-in/hr
1 gpm = 0.00144 mgd
1 AC-IN/HR = 453 GPM = 0,652 MGD
1 mgd = 694,4 gpm = 1,53 ac-in/h
1 cfs = 448 gpm

Dado que el caudal es el volumen por unidad de tiempo, el volumen de agua aplicado durante el riego se puede calcular si se conocen el caudal y la duración del riego (tiempo).

Ejemplo: Encuentre el volumen de agua aplicada y la profundidad de aplicación de una bomba que descarga 800 gpm durante una duración de 4 horas.

El volumen de agua aplicado es:

V = 800 gpm x 60 min/hr x 4 hr = 192,000 galones
o V = 192,000 galones / 27,154 galones / ac-in = 7.1 ac-in

La profundidad del agua aplicada se puede calcular multiplicando la tasa de aplicación por la duración del riego. Una tasa de aplicación de 0. 10 pulgadas/hora con una duración de riego de 6 horas da como resultado una profundidad bruta de agua aplicada de 0,6 pulgadas (D = 0,10 pulgadas/hora x 6 horas = 0,6 pulgadas).

Tenga en cuenta que la profundidad real del agua almacenada en la zona de la raíz del árbol y disponible para el uso de la planta sería inferior a 0.6 pulgadas debido a las pérdidas de agua durante la aplicación. Una eficiencia de aplicación típica para los sistemas de riego por microaspersión es del 85% para las condiciones de Florida. Por lo tanto, solo se esperaría que 0.51 pulgadas (0.6 pulgadas x 85% = 0.51 pulgadas) de las 0.6 pulgadas bombeadas se almacenaran en la zona de la raíz y estuvieran disponibles para el uso de las plantas. Para suministrar 0,6 pulgadas de agua en la zona de la raíz, se necesitarán 0,71 pulgadas (100/85 x 0,6 pulgadas) de agua bombeada.