Un estudio de evaluación de la aplicación del riego en sistemas por pivote central

Transcripción

1 Un estudio de evaluación de la aplicación del riego en sistemas por pivote central Ramón Perez Leira Instituto Superior Politécnico José A. Echeverría", Cuba Eduardo J. Alfonso G. Universidad Agraria de La Habana, Cuba Jorge F. Cárdenas LÓpez Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje, Cuba Gilberto López Casteñs Candelario Alemán García Centro Nacional de Hidrología y Calidad de las Aguas, Cuba En Cuba se riegan ha con más de mil máquinas de pivote central. En los últimos arios, se han sustituido los módulos de riego de estas máquinas por emisores de baja presión. Ante ello, se necesitó evaluar la calidad del riego de los mismos, la definición de los factores que más afectan la uniformidad del riego, su repercusión económica y el uso eficiente del agua. Se evaluaron once pivotes en Empresas Agrícolas, del occidente del país, durante el periodo El estudio se realizó sobre la base de diferentes indicadores de la calidad del riego, dentro de los que se incluye el coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein. Los resultados obtenidos reflejan la no correspondencia entre los resultados de los diferentes indicadores; un del área de los pivotes se riega de manera insuficiente. El factor que mas incide en tales resultados tiene que ver con los desperfectos técnicos existentes en las máquinas. Esta afectación en las áreas de riego equivale a desperdiciar un gasto por concepto de combustible y salarios de cuatro de cada veinte riegos que se aplican en dichas condiciones. Palabras clave: pivote, uniformidad, riego, calidad, eficiencia, pérdidas. Introducción Numerosos han sido los cambios ocurridos en la agricultura desde que en comenzó a girar la primera máquina de pivote central en el mundo. La gran cantidad de modificaciones que se han introducido desde entonces en estas máquinas ha propiciado su diseminación por los cinco continentes sobre los más diversos suelos y cultivos, y con los más disímiles modelos. Esto ha posibilitado no sólo el riego, sino también la fertirrigación y la aplicación de productos químicos y biológicos, lo que conlleva ahorro de equipamiento, incremento de la productividad y mayor eficiencia de las labores. La sustitución de los aspersores por boquillas difusoras y dispositivos LEPA en los pivotes marcaron una nueva era en el riego, con un notable incremento en la

2 uniformidad, la eficiencia del riego y un uso más racional de la energía (Lyle y Butler, 1980; Gilley y Mielke, 1980; Sourell, 1985; Bordousky et al., 1992; Glenn et al., 1994; Tarjuelo, 999). En Cuba, con más de dos décadas de experiencia en el uso de esta técnica, se riegan ha con mas de mil máquinas de pivote de diferentes generaciones y modelos. A inicios de se comenzó a analizar la necesidad de transformar las viejas máquinas existentes con aspersores de impacto en máquinas con boquillas difusoras de baja presión, esto debido a la creciente necesidad del ahorro energético, del consumo de agua y de hacer mas eficiente la labor del riego (Domínguez et al., 1998). Cárdenas (2000) definió, luego de un estudio de laboratorio, el plato deflector estriado como el mas adecuado para esta transformación y caracterizó posteriormente los parámetros hidráulicos fundamentales de dicho prototipo, a fin de iniciar la producción seriada del primer modelo de boquilla difusora en el país. Posterior a ello, y luego de numerosas evaluaciones de campo, Perez et al. (2001) definieron la altura y el espacio idóneos para colocar las boquillas en un pivote. La transición hacia el riego de baja presión con el uso de estas boquillas ocurre en un momento en que los esfuerzos por la conservación de los recursos naturales (agua-suelo-energía) se acrecientan en el país. Paralelo a estos estudios, comenzaron a introducirse en Cuba máquinas de riego cada vez mas modernas, con dispositivos de emisión mucho mas eficientes (boquillas difusoras y rotators). La uniformidad de aplicación del riego es un parametro muy relacionado con la eficiencia del riego y la producción de los cultivos. Históricamente, la falta de uniformidad de los sistemas de riego se ha compensado con riegos mayores que los necesarios. Sin embargo, estas practicas pueden producir lavado de los fertilizantes, contaminación de los acuíferos, problemas de drenaje, sobreexplotación de los equipos e incremento de los costos de la actividad por el uso excesivo de recursos como agua, energía y fuerza de trabajo. Por ello resulta menos aconsejable la utilización de riegos excesivos para suplir la ineficiencia del riego, aun cuando esto constituya una practica habitual. Con la modernización de los pivotes, muchos productores pensaron al principio que el uso de emisores de baja presión sería suficiente para obtener riegos con alta uniformidad; sin embargo, en la práctica no ha ocurrido así. Por tal motivo se realizó el presente trabajo, que tiene como objetivos: Evaluar la calidad del riego en las máquinas de pivote central de baja presión sobre la base de diferentes Indicadores. Definir los factores que mas afectan la uniformidad del riego de forma cualitativa. Determinar la repercusión que tienen las afectaciones de la uniformidad del riego en la economía y en el uso eficiente del agua. Materiales y métodos El estudio se realizó en las Empresas Agrícolas de los municipios de Batabanó, Melena del Sur, Güines, Isla de la Juventud y Quivicán, Cuba, durante tres periodos de riego ). Se hicieron evaluaciones pluviométricas con los colectores espaciados a tres metros, según lo establecido en la Norma ISO (1995). Se evaluaron máquinas que regaban plantaciones de papa, de las cuales se muestran la longitud evaluada, el gasto, la presión de trabajo en el pivote, la velocidad y dirección del viento con respecto a la tubería durante la prueba, el número de colectores y la lamina de riego que se aplicó (ver cuadro 1). Los indicadores de calidad de riego que se utilizaron fueron los siguientes: El coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein (1968) (CUH), definido como: El coeficiente de uniformidad de variación (CUv) de Bremond y Molle definido como: donde: CUH = coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein CUv = coeficiente de uniformidad de variación n = número de colectores utilizados en el análisis de los datos.

3 i = número de orden asignado para un colector y area regada insuficientemente (ARI) utilizados por particular, comenzando por el colector más Montero et al. (1997) y definidos de la siguiente forma: próximo al punto del pivote (i = 1) = 1) y terminando La expresión para determinar la AMR es la misma que Li Si pori = n para el colector mas alejado del pivote. = lamina de agua recogida en el colector i. = distancia desde el colector i hasta el punto del se utiliza para determinar V, por lo tanto, AMR = V. A partir de este parametro se define: pivote. (AMR) ARA (AMR) V = lamina promedio del agua recogida. (AMR) (AMR) ARI Se calcula de la siguiente forma: quedando: La uniformidad de distribución (UD,,,), Keller y Bliesner definida como: donde: propuesta por = valor promedio ponderado de las laminas en el cuarto inferior. Para calcular el ARA, el ARE y el ARI se partió del criterio de que cada lectura es representativa de un area en forma de anillo, que esta delimitado por sus dos lecturas vecinas (anterior y posterior), y que dicha area aumenta en la medida que su distancia al pivote sea mayor. Por lo tanto, si se suman todas las areas de los anillos vinculados con las laminas que exceden en mas de un a la AMR, se obtendría el valor del ARE. De igual forma se procedió para la determinación del ARA y el ARI con las lecturas que estaban dentro de los límites expuestos. Como comprobación final, la suma de estos tres indicadores (ARA, ARE y ARI) debe ser igual al área total evaluada en el pivote; la división de cada uno de ellos por esta área total evaluada muestra los porcentajes. La expresión matemática utilizada para el calculo del area anular correspondiente a cada lectura es la siguiente: La altura media recogida (AMR), area regada adecuadamente (ARA), area regada excesivamente (ARE)

4 donde: Como se puede apreciar, no existe una correspondencia en los resultados del CUH, la UD25% y el Aai = área anular (expresada en m2), correspondiente a ARA. Según los resultados de este estudio (cuadro a la lectura Li. pesar de haber obtenido un (valor R2 = radio exterior del anillo (expresado en metros), aceptable), existe un de las áreas regadas con calculado como Si + e/2. pivotes de baja presión que reciben menos del de la R1 = radio interior del anillo (expresado en metros), norma de riego que llega al suelo (ARI). Si se observan calculado como Si e/2. los datos de manera individual para cada máquina, esta e = espacio entre colectores (tres metros). conclusión es más evidente (los valores máximos y Además, se determinó el factor influyente (FI) que más afectó la uniformidad del riego en las máquinas que tuvieron el CUH más bajo. Con relación al consumo de agua, se hizo el análisis a partir de una lámina de riego promedio de centímetros. Para analizar los costos de salario y de consumo de combustible, se consultaron las regulaciones para el pago de salario de los operadores y se efectuaron mediciones directas del consumo de combustible (diesel) y del tiempo leal de giro en tres máquinas de accionamiento hidráulico de diferentes longitudes: m (seis torres), m (nueve torres) y m torres). Las perdidas se calcularon sobre la base de que se desperdician los recursos en las áreas regadas de manera insuficiente (ARI). Resultados y discusión AI analizar los diferentes indicadores de calidad del riego se obtuvieron los siguientes resultados (ver cuadro 2). mínimos de cada indicador se señalan en el cuadro para mejor comprensión). Existen pivotes con CUH de y (Valley, Zinmatic y Kubán C, respectivamente), lo cual da un resultado aceptable; sin embargo, estas máquinas riegan entre el y el del área total de forma insuficiente. Los pivotes con menores resultados de CUH no son tampoco los que menos área riegan adecuadamente (ARA), sino aquellos que poseen valores de CUH intermedios. De este análisis se puede concluir que, indepen- dientemente del resultado obtenido, el criterio del coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein no basta para evaluar la calidad del riego de los pivotes, Por otra parte, si se comparan los promedios obtenidos para cada indicador con los que se deducen de Montero et a/. para las máquinas con boquillas, de las que fueron evaluadas en la provincia de Albacete, España, se observan los resultados que se muestran en el cuadro 3). Existe cierta aproximación en los resultados obtenidos de CUH y ARE de los dos casos de estudio, lo que no sucede para los valores de CUH, UD,,,, ARA y ARI, los

5 que difieren en y respectivamente. En viento, no tienen variaciones espaciales ni temporales. los resultados de Montero (1998) existe una Los excesos de lamina en los primeros tramos de la compensación cuantitativa entre los valores de ARE y ARI máquina provocaron la caída de presión en la parte final (15.7 y 15.1). Para los resultados promedio obtenidos en y esto repercutió en los elevados valores de ARI (ver este estudio no ha ocurrido así. Si se observa el ilustración 2). comportamiento de estos dos indicadores para cada Por lo tanto, se puede concluir que, desde el punto de pivote en particular, tal diferencia se acrecienta vista de area afectada, a pesar de que el viento ha sido el considerablemente Por que? factor que con mas frecuencia se repite en las pruebas, Para dar respuesta a esta interrogante es preciso no es el que mas ha influido en la calidad del riego. El analizar el factor influyente en cada caso. AI observar el montaje inadecuado de las boquillas los reguladores de cuadro el factor "Viento" es el que mas se repite como presión y las fugas, constituyen los factores que más influyente en la calidad del riego. Sin embargo, al analizar afectan la calidad del riego de los pivotes en las zonas el comportamiento del ARE y el ARI sólo existe cierto estudiadas. Estas afectaciones son solubles y pudiera equilibrio entre ellos para todos los casos que fueron reducirse con ello las perdidas de combustible, salarios afectados por el viento. Este equilibrio no es sólo y agua. Qué impacto económico tienen estas cuantitativo, sino también espacial. afectaciones en la producción? Para entender esta compensación es preciso observar Debido a estas afectaciones, en una campaña de riego la distribución de la lámina a lo largo de la máquina para (veinte riegos) se pierden entre mil y mil m3 de agua, un caso de afectación por el viento (ilustración I). Se según la longitud del pivote, lo que equivale a una lamina puede comprobar que los valores máximos y mínimos se de a cm. Para tener una idea de la magnitud alternan y están muy próximos unos de los otros. Ello de estas perdidas, sólo por concepto de combustible y posibilita que, a pesar de la distorsión que ocurre en la salarios, basta con analizar los resultados reflejados en distribución, pueda ocurrir una redistribución de la el cuadro humedad en el suelo que compense estas diferencias Estas perdidas oscilan entre y pesos/ha y de norma (Rey et al. 1997). Por lo tanto, a pesar de tener equivalen a desperdiciar cuatro de cada veinte riegos que valores tan altos de ARE y ARI (23 y respectiva- se aplican en una campaña de riego en esas condiciones. mente), éstos se compensan y el area puede tener una Como se puede apreciar, las pérdidas son cuatro distribución final de la humedad en el suelo mucho mejor veces mayores que el gasto correspondiente a un riego; que la recogida en la evaluación pluviométrica. Si a este que dichas perdidas se incrementan a medida que las razonamiento le sumamos el criterio de que el viento es areas de los pivotes son mayores, y que los valores de un factor que varía en magnitud y dirección a diferentes perdidas por unidad de area son mayores en la medida horas del día y que su afectación sobre el pivote depende que la longitud del pivote es menor. también de su ángulo de incidencia, entonces con el Otro elemento de extrema importancia es la afectación transcurso de varios riegos pueden compensarse también que tienen estas bajas uniformidades en los rendimientos las zonas que menos agua recibieron en un riego. agrícolas. En Cuba, el rendimiento mínimo aceptable A diferencia de ello, los pivotes que mayor diferencia económicamente para el cultivo de la papa es de t/ha, tuvieron entre estos dos indicadores fueron los afectados lo cual esta asociado con normas netas totales de por desperfectos técnicos (fugas y alteraciones en los cm (Roque, 1995). El hecho de que se dejen de aplicar al diámetros de boquillas y reguladores de presión). Esto cultivo entre y cm durante su ciclo de vida se debe a que los problemas hidráulicos están presentes significa una reducción en el orden del al de la durante todo el riego y en el mismo sitio y, a diferencia del norma de riego total requerida. Por lo tanto, en ese

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7 de las areas que se riegan de manera insuficiente (ARI) Irrigation and Drainage Engineering. Vol. núm. con estas máquinas, ocurre una reducción de los pp. rendimientos agrícolas que puede agravarse en los años secos o atenuarse con el efecto de las lluvias en los años I luviosos. CÁRDENAS L., J.F. Estudio del uso de la boquilla difusora cubana en las máquinas de riego de pivote central. Tesis presentada en opción al título de Master en Ciencias en la especialidad de Riego y Drenaje. La Habana: Instituto de Investigaciones Conclusiones de Riego y Drenaje. Universidad Agraria de La Habana. pp. El criterio del CUh no resulta suficiente para evaluar la calidad del riego. DOMÍNGUEZ G., M., ROQUE, R.R., ALEMÁN G., C., PÉREZ L., R. y VILLANUEVA C., J. Máquina de riego por aspersión de Aproximadamente un de las áreas regadas por pivote central hidráulica, de baja presión con colgantes. máquinas de pivote de baja presión no recibieron la Revista Ciencias técnicas agropecuarias. Vol.7, núm. * norma de riego mínima requerida. pp. El factor que mas afectó la uniformidad del riego fue GILLEY, J.R. y MIELKE, L.I.N. Conserving energy with lowel relacionado con los desperfectos técnicos y los pressure center pivot. Journal of irrigation and drainage montajes incorrectos de boquillas y reguladores de division. Vol. núm. pp. presión. GLENN J., H. y DERREL, J.M. Advanced irrigation engineering. Por causa de estos desperfectos técnicos y los international water irrigation review. Vol. núm. montajes incorrectos, se desperdician en un pivote pp. de a m3/ha en cada campaña de riego. HEERMAN, D.F. y HEIN, FIR. Performance characteristics of self- Las afectaciones económicas que provocan estos propped center pivot sprinkler irrigation system. Tansactions factores, a través de la distorsión de la uniformidad of the ASAE. Vol. núm. pp. del riego durante una campaña, oscilan entre y INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION pesos/ha, y equivalen a desperdiciar el combustible y salarios de cuatro riegos por cada veinte que se apliquen por un pivote de forma ineficiente. (ISO). Equipos agrícolas para riego, pivotes centrales y máquinas de avance frontal equipadas con boquillas pulverizadoras o aspersores. Determinación de la uniformidad de distribución del agua. KELLER, J. y BLIESNER, R.D. Sprinkle and tickle irrigation. Recibido: A VI Book. New York: Van Nostrand Reinhold Aprobado: 13/09/2002 pp. LYLE, FI y BUTLER, G. Low energy labor from Texas pivot. Referencias Irrigation farmer. Vol. núm. p. MONTERO, J., TARJUELO, J.M., TÉBAR, J.I., LOZANO, F. y BORDOUSKY, J.P., LYLE, W.M., LASCANO, R.J. y UPCHURCH, D.R. Cotton irrigation management with LEPA systems. Trans. HONRUBIA, F.T. Análisis de la distribución de agua en riegos con equipos Pivot. Lerida: XV Congreso Nacional de Riegos. ASAE. Vol. núm. pp. pp BREMOND, B. y MOLLE, E. Characterization of rainfall under center pivot: influence of measuring procedure. Journal of PÉREZ L., R., DOMÍNGUEZ G., M., CÁRDENAS L., J.F. y RODRÍGUEZ M., J. Boquilla difusora cubana: criterios para

8 el diseño hidráulico de los pivotes. Revista Ciencias técnicas agropecuarias. Vol.10, núm.1, pp. ROQUE, R.R. Respuesta de la papa (Solanum tuberosum L) al riego en suelos ferralíticos rojos del occidente de Cuba. Tesis presentada por opción al grado científico de Doctor en Ciencias Agrícolas. La Habana: Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje, p. REY; R., PUG, O., LÓPEZ, T., ZAMORA, E. y SARMIENTO, O. Empleo de Sonda de neutrones en la determinación de la eficiencia de aplicación del riego del mini-aspersor Mamkad Agrotecnia de Cuba. Vol. núm. pp, SOURELL, H. Desarrollo y uso del riego por goteo móvil. Drip/Trickle Irrigation in Action. Proc. Int. Drip/Trickle Irrigation Congress. Fresno: CA. ASAE, pp. TARJUELO, J.M. El riego por aspersión y su tecnología. Madrid: Editorial Mundi-Prensa, pp.

9 Abstract PÉREZ LEIRA, R ALFONSO G., E J, CÁRDENAS LÓPEZ, J F, LÓPEZ CASTEÑS, G & ALEMÁN GARCÍA, C An evaluation study of the application of centerpivot irrigation systems Hydraulic Engineering in Mexico (in Spanish) July-September; vol no pp In Cuba, ha of land are irrigated using centerpivot irrigation systems In the last few years, the sprinklers on these machines have been replaced by low-pressure spray nozzles This has made it necessary to evaluate the quality of irrigation and to identify the factors that can affect uniformity economy, and water use efficiency Eleven pivots in several agricultural enterprises in the west side of the county were evaluated during three irrigation periods ( ) The study was conducted based on several indicators of the quality of irrigation, including the coefficient of uniformity of Heerman and Hein. The results show the lack of correspondence among the results of the several indicators, while of the total pivot area was irrigated in an insufficient way The factor that has greater influence on these results is the technical flaws in the machines This effect on the areas of irrigation is equal to wasting the cost for the concept of fuel and wages of four out of irrigations under these conditions Keywords: pivot, uniformity irrigation, quality efficiency, losses Dirección institucional de los autores: Ramón Pérez Leira Ingeniero y Maestro en Ciencias de Riego y Drenaje. Profesor asistente e Investigador agregado del Centro de Investigaciones Hidráulicas, Instituto Superior Politécnico José A Echeverría", Cuba, rpleira@cih.ispjae.edu.cu. Eduardo J Alfonso G Ingeniero y Maestro en Ciencias de Riego y Drenaje Profesor auxiliar de la Universidad Agraria de La Habana, Cuba Jorge F Cárdenas López Ingeniero y Maestro en Ciencias Investigador del Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje, Cuba, iird@ceniai.inf.cu. Gilberto López Casteñs Ingeniero y Maestro en Ciencias de Riego y Drenaje Investigador agregado del Centro Nacional de Hidrología y Calidad de las Aguas (CENHICA), Cuba, cenhica@ceniai.inf.cu. Candelario Alemán García Ingeniero y Maestro en Ciencias de Riego y Drenaje Investigador auxiliar del Centro Nacional de Hidrología y Calidad de las Aguas (CENHICA), Cuba, cenhica@ceniai.inf.cu.