Capítulo 6 Diseño del riego gravitacional

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1 Manual de Riego Parcelario 81 Capítulo 6 Diseño del riego gravitacional 1. DISEÑO DEL RIEGO POR SURCOS 1.1 Factores de diseño Para hacer un buen diseño de un sistema de riego por surcos debe considerarse factores como suelo (pendiente, textura y profundidad), cultivo y sistema de distribución del agua al predio Factores de suelo y pendiente. La pendiente del terreno limita el largo de los surcos, por lo tanto no es recomendable en pendientes mayores a 2%. En estos casos la solución es hacer los surcos en curvas de nivel de 0,2 a 0,5 % de pendiente (según textura del suelo), considerando como pendiente máxima del terreno 8%. La pendiente mínima del surco debe ser 0,05% para que se produzca el flujo superficial del agua, teniendo presente que el caudal aplicado debe ser mayor al caudal infiltrado. También debe considerarse en el diseño la textura y profundidad del suelo. Los suelos de textura gruesa o arenosa retienen menos cantidad de agua que los suelos de textura fina o arcillosa. En el cuadro 5.1 se presenta el largo máximo que deben tener los surcos de riego de acuerdo con la textura, y pendiente del terreno. Además se incluye la profundidad del suelo, ya que este factor hace que la cantidad de agua a aplicar sea mayor. Cuadro 6.1 Largo máximo de surcos (m), según pendiente, textura y profundidad del suelo TEXTURA DEL SUELO Arenosa Franca Arcillosa Pdte, % PROFUNDIDAD DEL SUELO, cm , , , , , , Otro factor que debe considerarse en el diseño de este método de riego es la separación o espaciamiento de los surcos, factor que está relacionado con la naturaleza física del suelo y la profundidad de erraizamiento del cultivo (fig 6.1). En suelos arenosos, el agua profundiza rápidamente produciéndose un escaso movimiento lateral, lo que indica que la separación de los surcos no debe sobrepasar los 30 a 40 cm. Por el contrario, en suelos arcillosos el movimiento lateral predomina, siendo posible separar los surcos hasta un metro.

2 82 Diseño del Riego por Surcos Franco Arcilloso Arenoso Figura 6.1. Esquema del bulbo húmedo según textura del suelo Caudal de los surcos. El caudal de entrega por surco depende de la pendiente y textura del suelo, el mismo que se puede calcular con la siguiente relación empírica: C Qmax =, l/s 6.1 S o,% Donde: Qmax = caudal máximo no erosivo C = 0,57 para suelos arenosos C = 0,63 para suelos francos C = 0,96 para suelo arcillosos Así por ejemplo, para un suelo de textura media y pendiente del surco S o = 1,0%, el caudal máximo no erosivo es: Qmax = 0,63 l/s. Con fines de diseño y manejo adecuado del riego por surcos es conveniente determinar Q max en terreno, utilizando 3 surcos de riego para aplicar el caudal obtenido con la relación empírica, un caudal inferior a Qmax, y un caudal superior a Qmax. La observación visual del caudal que arrastre menor partículas de suelo determinará el caudal máximo no erosivo. En general, el caudal por surco fluctúa entre 0,25 y 3,0 l/s ; y la velocidad máxima del agua entre 0,15 y 0,18 m/s. Para un mejor aprovechamiento del agua disponible y manejo eficiente del riego, en la práctica se requiere de dos caudales: 1.- Un caudal máximo durante el tiempo de mojado del surco T1 2.- Un caudal reducido durante el tiempo de reposición de la lámina neta, t2 El caudal se reduce a un medio o un tercio de Qmax, cuando el agua llega a dos tercios o tres cuartos de la longitud máxima del surco. Esta práctica de manejo permite disminuir las pérdidas por escurrimiento superficial y aprovechar mejor el agua en la zona efectiva de raíces. Para aplicar el caudal reducido es conveniente utilizar tubos cortos o sifones, cuya descarga está en función del diámetro del tubo y de la carga hidráulica, tal como se indica en el cuadro 6.2. La figura 6.2 muestra la carga hidráulica h en dos situaciones de descarga del sifón.

3 Manual de Riego Parcelario 83 A B h h Fig 6.2. (A) Sifón libre ; (B) Sifón sumergido ; h = carga hidráulica La ecuación general de descarga del sifón corresponde a: Q = CxAx 2xgxh Donde C es el coeficiente de descarga; A es el área del tubo; g es la aceleración gravitacional (9,81 m/s 2 ); h es la carga hidráulica. Es importante notar en esta ecuación que para obtener una mayor o menor descarga del sifón se debe aumentar o disminuir h respectivamente (ver cuadro 6.2). Cuadro 6.2 Caudal a través de tubos cortos y sifones, l/s Diámetro Carga hidráulica, cm cm 2,5 5,0 7, , , ,03 0,05 0,06 0,07 0, ,09 0,09 2 0,13 0,19 0,23 0,23 0,26 0,30 0,32 0,37 3 0,30 0,42 0,51 0,59 0,66 0,73 0,79 O,84 4 0,53 0,75 0,91 1, ,40 1,49 5 0,83 1,17 1,43 1,65 1,85 2,02 2,18 2,33 6 1,19 1,68 2, ,66 2,91 3,14 3,36 7 1,62 2,29 2,80 3,42 3,62 3,96 4,28 4, ,99 3,66 4,23 4,72 5,18 5,59 5,98 9 2,67 3,78 4,63 5,35 5,98 6,55 7,07 7, ,30 4,67 5,72 6,60 7,38 8,09 8,73 9, Procedimiento de diseño Cálculos preliminares. Previo al diseño de la distribución del sistema de riego, se debe realizar los siguientes cálculos: - Lámina de agua aprovechable, LAA LAA = (CC MP) x Da x Pef ; Pef = 70% (Prof. total de raíces) - Lámina de agua rápidamente aprovechable, LARA LARA = p x LAA ; p = porcentaje de agua aprovechable

4 84 Diseño del Riego por Surcos - Frecuencia de riego, Fr Fr = LARA ; Fr (aj) = Entera (Fr) Et max - Período de riego (Pr), definido como el tiempo necesario para irrigar toda el área Pr = Fr (aj) Días no laborables - Lámina de riego ajustada, Lr (aj) Lr (aj) = Fr (aj) x Etmax ; Lr (aj) < LARA - Lámina total de riego, Lb Lb = Lr ( aj) Efa - Tiempo total de riego, Tr Tr = T 1 + t 2 +t adic ; t adic = tiempo para hacer el cambio de riego desde un grupo de surcos hacia otro grupo de surcos - Turnos de riego por día Jr Turnos riego / día = Tr ; Jr = jornada de riego - Turnos por período de riego Turnos / Pr = Turnos riego / día * Pr - Superficie bajo riego por turno, Sr / Turno Sr / Turno = Sr Turnos / Pr ; Sr = An = % (At) - Dosis bruta por turno, Db / Turno Db / Turno = Sr / Turno * Lb - Caudal mínimo requerido, Qmin Qmin = Db / Turno Tr ; condición de diseño: Q o > Qmin

5 Manual de Riego Parcelario Diseño de la distribución del sistema de riego. Dependiendo del criterio del planificador y de las condiciones del terreno, pueden surgir varias alternativas de distribución del sistema de riego. Básicamente deben calcularse los siguientes elementos del diseño: - Número de unidades de riego, N UR = Largo del terreno / Lmax surco L surco(aj) = Área neta de riego / (ancho terreno * N UR) - Número total de surcos = N surcos / UR * N UR - Número de surcos por turno de riego = Q o / Q (surco) - Número de regantes = Q o / Q que maneja el regante - Número de surcos por regante = Surcos por turno / N de regantes - Surcos a regar por día = Surcos por regante * N de regantes * turnos / día - Período de riego, Pr Pr = N. tot. sur cos N sur cos/ día ; Condición de diseño: Pr < Fr Si el Pr > Fr, entonces puede analizarse las siguientes alternativas del rediseño: a. Fraccionar el área total de riego, a fin de tener menor superficie de riego por turno. b. Aumentar el caudal disponible, almacenando el agua fuera de las horas de riego (por la noche). c. Aplicar el caudal reducido, mediante el siguiente truquito 1 regar surcos impares con Qmax durante T 1 (2 sifones/surco) 1ra. tanda 2 regar surcos pares con Qmax durante T 1 (2 sifones/surco) 2da. tanda 3 regar surcos pares e impares con Qred durante t 2 ( 1 sifón por surco) 2 tandas Con esta técnica de manejo del agua, el tiempo de riego por tanda resulta de: Tr = T + t t. adic t.adic = tiempo necesario para el cambio de sifones 1.3 Ejercicios de diseño Ejercicio 6.1 Los resultados de pruebas de campo realizadas en surcos son los siguientes: Distancia Tiempo, min X, m Q = 0,252 l/s Q = 0,378 l/s Q = 0,504 l/s

6 86 Diseño del Riego por Surcos 1. Representar en papel doble logarítmico las curvas de avance como x = f(t) y obtener las correspondientes funciones de avance. 2. Calcular las longitudes más recomendables para R = 4, esto es, las combinaciones de Q y L, para la menor pérdida por percolación aceptable a los fines de diseño. 3. En el caso del surco al cual se aplica el Qmax no erosivo, calcular las longitudes L, para cultivos con profundidad de enraizamiento D = 0,60; 1,0 y 1,20 m. 4. Calcular las pérdidas por percolación con el Qmax no erosivo, cuando x = L = 100 m y para las profundidades de enraizamiento indicadas. 5. Calcular la eficiencia de riego para el caudal máximo no erosivo, siendo R = 4 y profundidad de raíces 1,20 m; teniendo en cuenta que se reducirá el caudal a la mitad cuando x = ¾ (Lmax). Datos: CC = 22% ; MP = 11% ; Da = 1,4 ; D = 1,20 ; W = 0,5 m S o = 1,5%. Icum = 2,41 t 0,59, mm ; t = min Nota: Se riega cuando se ha agotado el 50% del agua disponible. Resolución: Punto 1: Dibujando los puntos distancia versus tiempo en un papel doble logarítmico y trazando la recta de mejor ajuste se obtiene el siguiente resultado: x, m p Q = 0,504 l/s (3) x = p t r Q = 0,378 l/s (2) Q = 0,252 l/s (1) y x (1) x = 6,3 t 0,50 r = x y (2) x = 8,0 t 0,54 (3) x = 9,7 t 0,55 t, min Punto 2: t2 R = = 4 T1 = 1/ 4( t2 ) ; t 2 = f ( Ln, Icum) T 1 Ln = 0,50 x (0,22 0,11) x 1,4 x 1200 = 92,4 mm Icum = 2,41 t 0,59 Ln ; t 2 = 2,41 1/ 0,59 92,4 = 2,41 1/ 0,59 = 483,2 min

7 Manual de Riego Parcelario 87 T 1 = 483,2 4 = 120,8 min Reemplazando T 1 en las correspondiente ecuaciones de avance, se obtiene las siguientes longitudes de surco: Para Q = 0,252 l/s ; L = 69,2 m Para Q = 0,378 l/s ; L = 106,5 m Para Q = 0,504 l/s ; L = 135,5 m 0,63 Punto 3: Aplicando la ecuación 6.1, Qmax = = 0,42l / s ; en base a este resultado se 1,5 puede adoptar como caudal máximo no erosivo Q = 0,378 l/s. Con la ecuación de avance de esta prueba ( x = 8 t 0,54 ), resultan las siguientes longitudes en función de la profundidad de enraizamiento. D, m Ln, mm t 2, min T 1, min L, m 0,60 46,2 149,3 37,3 56,5 1,00 77,0 354,9 88,7 90,2 1,20 92,4 483,2 120,8 106,5 Punto 4: P perc = b + 1 2R + 1 ; b+1 = 0,59 ; R = t 2 /T 1 T 1 = x 8,0 1/ 0, = 8,0 1/ 0,54 = 107,5 min Para R = 1,39 ; P perc = 15,6% Para R = 3,30 ; P perc = 7,8% Para R = 4,49 ; P perc = 5,9% Se puede observar que si R aumenta, la pérdida por percolación disminuye, lo que evidencia la importancia de manejar bien el tiempo de riego. Punto 5: La eficiencia de riego se puede expresar en términos de volumen como: Vn Efa = x100 VTA VTA = V. Q max + V. Q red ; Vn = Ln x Área Se aplica Qmax durante T 1 ; y Qred duranta t 2 Q se reduce cuando x = ¾ (106,5) = 79,8 80 m, tal como se muestra en la siguiente gigura:

8 88 Diseño del Riego por Surcos Acequia de cabecera 71 min 120,8 min Surco de riego 80 m 106,5 m Para L = 80 m ; T 1 = 80 8,0 1/ 0,54 = 71min V.Qmax = 0,378 x 71 x 60 = l = 1,61 m 3 V.Qred = ½(0,378) x 483,2 x 60 = l = 5,48 m 3 VTA = 1,61 + 5,48 = 7,09 m 3 Vn = 92,4 x 10-3 x (106,5 x 0,5 ) = 4,92 m 3 4,92 Efa = = 69,4%... se puede calificar como aceptable 7,09 Cuál será la eficiencia de riego si no se aplica el caudal reducido? VTA = 0,378 x (120, ,2) x 60 = l = 13, 698 m 3 4,92 Efa = = 36%... eficiencia de aplicación baja 13,7 Ejercicio 6.2. En base a la información que se entrega, correspondiente a una parcela que pertenece a un proyecto de riego, diseñar el sistema de riego por surcos y estimar la eficiencia de riego del sistema. 1. Datos de la parcela Área total, At : 24 ha ( 400 x 600 m) Área neta, An : Considere un 3% de At por caminos, canales, drenajes Pendiente del terreno: Norte sur: 1,5% ; Este Oeste: 1,0% 2. Cultivo Míz: separación (plantas x hileras): 0.5 x 1,0 m Práctica agrícola : surcos rectos Et max : 5 mm/día Profundidad de raíces: 0,80 m Porcentaje de agua aprovechable: 50% 3. Suelo Textura: Franca Constantes hidrofísicas: CC = 21% ; MP = 10% ; Da = 1,3 Profundidad efectiva : 1,0 m Ecuación de infiltración: Icum = 2,41 t 0,59 mm, t = min Ecuación de avance : x = 9,7 t 0,55 m ; t = min ; Q = 0, 504 l/s

9 Manual de Riego Parcelario Riego Efa = 60 % ( asumida) Jornada de riego: 10 hr/día Días no laborables: 2 Caudal que maneja el regante: 15 l/s 5. Abastecimiento de agua Fuente de abastecimiento: toma en canal secundario Caudal disponible, Q o = 100 l/s Desarrollo del ejercicio 1. CÁLCULOS PRELIMINARES Los cálculos básicos del diseño del sistema de riego por surcos se realizan según el procedimiento planteado en el punto 2.1 del presente capítulo. LAA = (0,21 0,10) x 1,3 x ( 0,70 x 800) = 80 mm LARA = 0,50 x 80 = 40 mm 40 Fr = = 8,0días 5,0 Pr = 8 2 = 6 días Lb = 40 = 66,6mm 0,60 t 2 = 40 2,41 1/ 0,59 = 116,9 min ; T 1 = ¼ (116,9) = 29,2 min ; t adic = 30 min Tr = 29, , = 176 min 10x60 Turnos / día = = 3, ; Turnos / día (aj) = 3,0 Turnos /Pr = Turnos / día * Pr = 3 x 6 = 18 Sr = 97% (24 ha) = 23,28 ha. Sr / Turno = 23,28 = 1,293ha 18 Db / Turno = 1,293 x 10 4 x 66,6 x 10 3 = 861, 14 m 3 Qmin = 861,14 = 4,89m 3 / min = 81,5l / s 176

10 90 Diseño del Riego por Surcos La condición de diseño respecto del caudal es Q o > Qmin; en este caso el caudal disponible (100 l/s) es mayor al caudal mínimo requerido, pudiéndose por lo tanto continuar con el diseño. 2. DISTRIBUCIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO De acuerdo al punto del presente capítulo, se puede plantear el siguiente esquema de distribución del sistema de riego. Según la ecuación de avance, la longitud máxima de surco es: Lmax = 9,7 (29,2) 0,55 = 62,0 m Trazando los surcos en el sentido de la pendiente mínima del terreno, y adoptando una longitud de surco de 70 m, se tiene: 600 N Unidades de riego N UR = 600 / 70 = 8, 57 N UR = 8 1% 400 Sr = 23,28 ha 1,5% L(surco) = = 73m 400x8 Caudal máximo no erosivo: Qmax = 0,63 / 1% = 0,63 l/s Q (prueba) = 0,504 l/s ; 0,504 < 0,63 Q / Surco = 0,504 l/s N de surcos por unidad de riego = 400 / 1,0 = 400 N total de surcos = 400 x 8 = surcos N de surcos a regar por turno de riego = 100 / 0,504 = 198 N de regantes o parceleros = 100 / 15 = 6,6 ; N Regantes = 6 N de surcos que maneja el regante = 198 / 6 = 33 N de surcos a regar por día = Surcos / regante * N regantes * Turnos / día N de surcos a regar por día = 33 x 6 x 3 = 594

11 Manual de Riego Parcelario 91 Período de riego = N. Tot. Sur cos N. Surc / día = 3200 = 5,38días 594 Condición de diseño : Pr < Fr 5,4 < 8... aceptado Aplicando el método del truquito como una alternativa para reducir el período de riego se tiene: N surcos / regante = 33 (cálculo anterior) T 1 = 73 9,7 1/ 0,55 = 39 min 1 etapa: riego 33 surcos impares con Q = 0,504 l/s, durante T 1 = 39 min 2 etapa: riego 33 surcos pares con Q = 0,504 l/s, durante T 1 = 39 min 3 etapa: riego 66 surcos pares e impares con Q = 0,252 l/s, durante t 2 = 117 min Tr = 2x = 127,5 min...tpo. de riego/tanda 2 10x60 Turnos / día = = 4, 7 127,5 ; (Turnos / día)aj = 4 Surcos a regar/día = 33 x 6 x 4 = 792 Pr = 3200 = 4días ; Pr (anterior) = 5 días ; Fr = 8 días 792 5,0 > 4 < 8,0... aceptado 3. ESTIMACIÓN DE LA EFICIENCIA DE RIEGO VZR Efa = VTA ; VZR = Ln x Área ; VTA = Qaplic x tpo. Tpo. Riego = T 1 + t 2 ; T 1 = 39 min; t 2 = 116,9 min Tr = = 156 min VTA = 0,504 x 10 3 x 156 x 60 = 4,72 m 3 2,92 Efa = = 61,86% 4,72 VZR = 40 x 10 3 x (73 x 1,0) = 2, 92 m 3

12 92 Diseño del Riego por Surcos V perc = V inf VZR ; V inf = L inf x área L inf = 2,41 (156) 0,59 = 47, 4 mm ; V inf = 47,4 x 10 3 x ( 73 x 1 ) = 3,46 m 3 V perc = 3,46 2,92 = 0,54 m 3 0,54 ; P perc = = 11,4% 4,72 V esc = VTA V inf = 4,72 3,46 = 1,26 m 3 1,26 ; P esc = = 26,7% 4,72 Resumiendo se tiene: Efa = 61, 9 %... aceptable P perc = 11,4 %... aceptable P esc = 26,7 %... un poco alta, pero se puede disminuir aplicando la técnica del caudal reducido Si se aplica el caudal reducido, la nueva eficiencia de riego será: VTA = V Qmax + V Qred V Qmax = 0,504 x 10 3 x 39 x 60 = 1,179 m 3 V Qred = 0,252 x 10 3 x 117 x 60 = 1,769 m 3 VTA = 2,948 m 3 Por tanto, la eficiencia de aplicación del agua será: 2,92 Efa = = 99% 2,948 Como puede observarse, el volumen total aplicado apenas supera en uno por ciento al volumen neto; y bajo tales condiciones se espera que las pérdidas por escorrentía sean prácticamente despreciables.

13 Manual de Riego Parcelario Ejercicios propuestos 1. Para diseñar el sistema de riego de un predio de 10 ha, dedicado a la producción de maíz, se tomaron muestras de suelo para determinar capacidad de campo, densidad aparente y punto de marchitez permanente. Además se realizaron pruebas de surco infiltrómetro y avance, para determinar tiempo de riego y largo óptimo de surcos. Los resultados obtenidos son los siguientes: a. Muestras de suelo Prof., cm CC, % MP, % Da , , ,5 b. Prueba de infiltración. Esta prueba se realizó en surcos de 30 m de largo, la distancia entre surcos fue lo normal para el cultivo del maíz (0,80 m) en el predio. Hora Intervalo Tpo.entrada min Tpo. Salida min Tiempo promedio Q entrada l/s Q salida l/s 16: : : ,2 0,3 16:57 5 1,3 0,58 17:02 5 1,3 0,68 17: ,2 0,68 17: ,5 1,05 17: ,3 0,91 17: ,2 0,84 c. La prueba de avance que determinó el gasto máximo no erosivo se realizó con un sifón de 1,5 pulgadas (C = 0,6). La diferencia de nivel entre el agua de la acequia y la boca de salida del sifón fue de 10 cm. N estaca Dist., m Minutos N estaca Dist., m Minutos d. Información adicional - profundidad de raíces : 1,0 m - Et máx : 6 mm / día - Los riegos se realizarán cuando el cultivo extraiga un 60 % de la humedad aprovechable.

14 94 Diseño del Riego por Surcos Se desea conocer: 1. Lámina de agua rápidamente aprovechable 2. Frecuencia de riego óptima 3. Largo óptimo de surcos 4. Tiempo de riego 5. Caudal de agua por surcos 6. Si la acequia de cabecera lleva un caudal de 14 l/s Cuántos surcos se pueden regar al mismo tiempo? 7. Si la jornada de riego es de 8 horas en cuántos días se pueden regar realmente las 10 ha? 8. Se alcanza a cumplir la frecuencia de riego estimada como óptima?, si su respuesta es negativa, qué solución económica propondría para cumplir la frecuencia óptima de riego?

15 Manual de Riego Parcelario DISEÑO DEL RIEGO POR MELGAS 2.1 Consideraciones sobre el diseño Aspectos generales. El método de riego por melgas cosiste en dividir el terreno en fajas o melgas por medio de camellones o bordes, a fin de lograr que cada faja se riegue independientemente inundando totalmente la superficie del suelo (fig 6.3). Para implementar este método de riego es necesario nivelar el terreno, recomendándose que los primeros cinco metros de la melga sean nivelados con pendiente cero para lograr uniformidad en la aplicación del agua y reducción de la erosión del suelo. Respecto del tamaño de la melga, en la figura 6.4 se presentan algunas dimensiones referenciales. Acequia de cabecera Q Q Borde o Camellón Frente de humedad Fig. 6.3 Esquema de una melga o platabanda 5 a 10 cm 15 a 20 cm 5 a 15 cm 0,6 a 1,0 m 5 a 20 m Fig. 6.4 Perfil transversal de una melga El método se adapta a cultivos de alta densidad de siembra (cereales y forrajes), suelos con una capacidad de infiltración moderada y topografía relativamente plana ( S o < 0,5%). No adaptable en suelos poco profundos, debido a trabajos de nivelación. La pendiente óptima

16 96 Diseño del Riego por Surcos para instalar el sistema está entre 0,1 y 0,2 %; pudiéndose llegar hasta 3% en suelos de estructura estable y cobertura de pastos Variantes del riego por melgas. Este método de riego presenta las siguientes variantes: a) melgas rectangulares con pendiente y salida de agua al pie; b) melgas rectangulares con leve pendiente y retención de agua al pie (sin salida de agua al pie); c) melgas niveladas (pendiente cero) y retención de agua al pie (pozas); d) melgas que siguen las curvas de nivel (melgas en contorno). e) melgas con abastecimiento por acequia de cabecera que sigue la curva de nivel y aplica el agua por desbordamiento (melgas por desbordamiento) Caudal y longitud recomendados. El caudal a aplicar depende de la textura, pendiente y cubierta vegetal de la platabanda (ver cuadro 6.3). La longitud de la melga depende básicamente de la textura, pendiente y caudal disponible (Cuadro 6.3). Cabe destacar que mientras más largas son las platabandas, menor es el costo de distribución y la cantidad de mano de obra necesaria para el riego. Cuadro 6.3 Caudal por metro de ancho de platabanda y longitud máxima según textura y pendiente del suelo Textura del suelo Pendiente, % Caudal, l/s/m Longitud, m Arenosa 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 1, Arenosa franca 0,2 0,1 0,4 0,6 0,6 1,0 Franco arenosa 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 1,0 Franco arcillosa 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 2, Arcillosa 0,2 0, o más 2.2 Melgas rectangulares con salida de agua al pie Mediante el diseño de melgas se trata de obtener una relación adecuada entre el caudal, el área de la melga y la velocidad de infiltración en el suelo. Se aplica un caudal tal que cuando el agua está próximo al final de la melga, se haya aplicado en la cabecera la lámina neta Ln ; con el tiempo de retiro se completa la Ln al pie Caudal a aplicar. El Servicio de Conservación de Suelos de EE.UU. (SCS), propone las siguientes ecuaciones para calcular el caudal a aplicar a una melga: a. Caudal por unidad de ancho

17 Manual de Riego Parcelario 97 0,0167xLnxL Qw = Efax( t2 t r ) Donde: Qw = l/s/m ; t = min ; Ln = mm ; L = m 6.2 El tiempo de retiro vertical t r se calcula con la ecuación 5.8 b. Caudal máximo y caudal mínimo 0,75 Qmax = 0,354 S o ; para cultivos densos 6.3 0,75 Qmax = 0,177 S o ; para cultivos no densos 6.4 0, 5 0,0195xlxS Qmin = o n Ancho de la melga. Está determinado por la pendiente transversal del terreno, el caudal disponible y la maquinaria agrícola a emplear. La máxima diferencia de altura que se debe permitir entre un lado y otro de la platabanda es de 4 a 6 cm (Fig 6.5), con el fin de evitar que el agua se concentre en el borde más bajo y se formen cauces o surcos individuales. ANCHO W 4 cm Fig. 6.5 Ancho de la melga La pendiente transversal de la melga S o se expresa como: H S o = W ; por tanto, W = H S o Por ejemplo, si un terreno tiene una pendiente transversal de 0,4%, y se adopta H = 4 cm, el ancho de la melga será: W = 0,04 0,004 = 10m Altura de los bordes. El cálculo del espesor del flujo D o, permite estimar los bordes de la melga. Para el caso de pendiente del terreno elevada (S o > 0,4%), D o se calcula con la ecuación 5.4. Si S o < 0,4%, el tiempo de retiro vertical toma importancia, de manera que D o se calcula como:

18 98 Diseño del Riego por Surcos D o = 3/16 9 /16 3/8 t r xqw 6.6 2,454 xn Donde: D o = m ; t r = min ; Qw= m 3 /s / m Ejercicio 6. 3 Diseñar una melga rectangular con salida de agua al pie, para específicamente conocer: a) el caudal a aplicar por unidad de ancho; b) el tiempo de aplicación del agua cuando se cumple t 2 en x = 0; c) la altura máxima de los bordes; d) los caudales permisibles: Qmax y Qmin. Datos: L = 250 m ; n = 0,15 ; Icum = 4,1 t 0,65 mm, t = min Ln = 100 mm ; Efa = 70% ; S o = 0,1% ; t r = 13,3 min Cultivo: cereales a) De acuerdo a la ecuación 6.2, para calcular Qw falta por determinar el tiempo de reposición de la lámina neta t t 2 = 4,1 1/ 0,65 = 136,2 min ; por tanto, Qw = 0,0167x100x250 0,7x ( 136,2 13,3) = 4,85l / s / m b) El tiempo de aplicación del agua registrado en la cabecera, considerando el tiempo de retiro vertical es: t aplic = t 2 t r = 136,2 13,3 = 122,9 123 min c) De acuerdo a la ecuación 6.6, el espesor del flujo D o es: 3/16 9 /16 3 D o = 2,454( 13,3) x( 4,85x10 ) x( 0,15) 0,375 = 0,098m 10cm Hmax = D o + borde libre Hmax = = 15 cm d) Aplicando la ecuación 6.3, para cultivos densos se tiene: Qmax = 0,177 x (0,001) 0,75 = 31,5 l/s De acuerdo a la ecuación 6.5, el caudal mínimo es: Qmin = 0,0195x250x 0,15 ( 0,001) 0,5 1,03 < 4,85 < 31,5 = 1,03l / s

19 Manual de Riego Parcelario Melgas sin salida de agua al pie En éste caso, la longitud y el caudal deben ser tales que en la cabecera se aplique la Ln, reteniendo al pie el volumen de agua necesario para compensar el déficit en el tramo final de la melga (fig 6.6). x = 0 Dique x = L Ln Agua escurrida si no hubiera el dique Con el dique se compensa El déficit en esta zona. Fig. 6.6 Perfil de humedecimiento con retención de agua al pie Para este caso de aprovechamiento del agua que se pierde por escurrimiento al pie de la melga, el SCS propone dos alternativas: 1) aumento de la longitud L ; 2) bloqueo de la salida y reducción del caudal Qw. Caso 1: Agregando a la longitud de la melga un tramo adicional se tiene: Lt = L + Le Le = (1 fa) x Ci x Cn x L 6.7 CI = coeficiente de infiltración (cuadro 6.4) Cn = coeficiente de rugosidad (cuadro 6.4) Cuadro 6.4 Coeficientes CI y Cn, según el SCS Ib, mm/hr CI n Cn 2,5 1,0 0,04 0,90 7,5 O,9 0,10 0,80 12,5 0,8 0,15 0,75 25,0 O,7 0,20 0,70 37,5 0,65 0,25 0,65 50,0 0,60 Caso 2: Si la longitud está impuesta por el parcelamiento del predio, el caudal reducido Qw se calcula como: Qw = Qw 1 + ( 1 Efa)xCIxCn ; Qw < Qw 6.8

20 100 Diseño del Riego por Surcos Ejercicio 6.4 Diseñar el riego por melgas, en base al ejercicio anterior, analizando las siguientes variantes: a) La longitud está impuesta por las condiciones del proyecto; L = 250 m b) No existe límite para ampliar la longitud de la melga c) En ambos casos calcular la eficiencia de aplicación y compararla con el ejercicio anterior. a) De acuerdo al ejercicio anterior, I cum = 4,1 t 0,65 ; n = 0,15 d dt 0,65 0,35 VI = ( 4,1t ) = 2,665t mm / min; t = min VI = 159,9 t 0,35 mm/hr ; t = min tb = 10 b = 10 ( 0,35) = 3,5 hr = 210 min VIb = 159,9 (210) 0,35 = 24,6 mm/hr ; CI = 0,70 Para n = 0,15 ; Cn = 0,75 Aplicando la ecuación 6.8, el caudal se reduce a: Qw 4,85 = = 4,2l / s m 1 + x0,70x0,75 / ( 1 0,70) b) La longitud adicional de melga se calcula con la ecuación 6.7. Le = (1 0,70) x 0,70 x 0,75 x 250 = 39,4 m Lt = = m c) La eficiencia de aplicación se puede expresar como: Efa = Ln / Lb Caso a: Lb = 3 4,2x10 x123x60 = 124mm 250x1 Efa = 100 / 124 = 80,6% 81% 81 > 70%... correcto Caso b: Lb = 3 4,85x10 x60x123 = 123mm 290x1 Efa = 100 / 123 = 81,3% 81% 81 > 70%... correcto.

21 Manual de Riego Parcelario Ejercicios propuestos. Ejercicio 1. Se tiene un terreno de 300 m de ancho por 400 m de largo, con una pendiente longitudinal promedio de 1,1% y pendiente transversal de 0,4%. De pruebas de campo se obtuvo la siguiente información: - Cultivo a sembrar: alfalfa; profundidad de raíces 0,90 m; ancho de la segadora 3.0 m. - Características físicas del suelo: Prof, cm Da, g / cc textura ,42 franca ,5 franco arenosa - Se riega cuando la tensión de humedad del suelo alcanza 2 bares, según la siguiente información: Tensión Contenido de humedad (%), base a peso (bares) Prof, 0 50 cm Prof, cm 0,3 22,0 15,0 2,0 13,5 9,1 - Ecuaciones de infiltración: Icum = 0,9625 t 0,5020 cm ; t = min x = 19,18 t 0,7060 m ; t = min t r = 10%(t 2 ) - Pérdida por percolación: < 10% del agua infiltrada - Eficiencia de aplicación asumida: 70% - Coeficiente de rugosidad de Manning n = 0,15 Se desea determinar: a. El tiempo de riego recomendado cuando se cumple t 2 en x = L b. El ancho, largo y número de melgas que se implementará c. El caudal de riego recomendado d. La altura máxima de los bordes e. La eficiencia de aplicación que será alcanzada.

22 102 Diseño del Riego por Surcos