Medición y conservación del agua de riego

Por Mike Morris y Vicki Lynne, especialistas en energía del NCAT

Esta publicación describe cómo determinar la tasa neta de aplicación de agua para cualquier sistema de riego. Además, explica cómo calcular el número de horas durante las cuales debe funcionar el sistema, describe varias formas de medir el caudal de agua en un canal abierto o en una tubería, y ofrece sugerencias para regar con suministros de agua limitados.

Introducción

Esta publicación explica varias formas de medir el caudal del agua de riego. Muchísimos regantes toman decisiones sobre el riego de sus cultivos basándose en conjeturas, imitando a sus vecinos o «como siempre se ha hecho». Si esto te suena familiar, esta publicación es para ti.

Tener un conocimiento básico de la capacidad de tu sistema para suministrar agua es algo muy valioso, ya que te permite adoptar un enfoque más científico del proceso de riego, lograr un mayor control y comenzar a conservar agua sin comprometer el rendimiento de los cultivos. Ante todo, todos los regadores deben conocer la tasa neta de aplicación de agua de su sistema, medida en pulgadas por hora o pulgadas por riego.

En esta publicación no se abordan algunas habilidades igualmente básicas que son esenciales para la gestión del riego. Todos los regantes deben conocer las pautas generales de riego para los cultivos que producen. Todos los regantes deben saber cómo verificar los niveles de humedad del suelo. La mayoría de los regantes también debería llevar un registro del consumo de agua de los cultivos (evapotranspiración) a medida que avanza la temporada. La oficina local del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS), de Extensión o del distrito de conservación de suelos y agua debería poder ayudarte.

Cómo calcular el consumo neto de agua en pulgadas por serie

Foto: NCAT

Algunos sistemas de aspersión, y la mayoría de los sistemas de riego de superficie, aplican agua en un lugar durante un período de tiempo antes de apagarse o desplazarse a otra zona del campo. A este período se le suele llamar «ciclo» o «tiempo de ciclo». Otros sistemas de aspersión, como los pivotes centrales y los sistemas de desplazamiento lineal, se mueven de manera más o menos continua. Se considera que su tiempo de ciclo es el período necesario para cubrir toda el área de riego.

Para una buena gestión del riego, es necesario saber cuánta agua suministra el sistema de riego a las raíces de un cultivo durante un período determinado. De esta manera, puedes ajustar la
duración o frecuencia de tus riegos para que la cantidad de agua que se aplica al suelo sea igual a la cantidad que las plantas han consumido.

Determinación de la eficiencia del sistema

En cualquier sistema de riego, parte del agua se pierde o no llega (por diversas razones) a las raíces de las plantas. Por ejemplo, el agua se pierde por filtración profunda, deriva eólica, escorrentía y evaporación durante la aplicación. El término «aplicación neta de agua» se refiere a la cantidad de agua (en pulgadas de profundidad) que tu sistema de riego realmente entrega a la zona radicular del cultivo durante un ciclo de riego. Para calcular la aplicación neta de agua, se parte de la cantidad bruta de agua aplicada y se multiplica por la eficiencia del sistema.

La Tabla 1 muestra las eficiencias que pueden alcanzarse en algunos sistemas de riego: el porcentaje de agua que realmente ingresa y permanece en la zona radicular.

Estos son solo valores promedio para sistemas bien administrados y mantenidos. La textura del suelo influirá en gran medida en cómo se compara la eficiencia de su sistema con los rangos que se indican a continuación. En situaciones en las que sea difícil estimar la eficiencia real de la aplicación, la uniformidad de distribución (DU) medida puede ser el valor de «eficiencia del sistema» más preciso para utilizar en las fórmulas y cálculos que se presentan a continuación. La DU mide cuán uniformemente se infiltra el agua en el suelo en diversas partes de un campo. Consulte con su oficina local del NRCS o con el distrito de conservación del suelo y el agua para obtener ayuda para medir su DU.

Un método rápido para la mayoría de los sistemas de rociadores

Para calcular la aplicación neta de agua en pulgadas por ciclo en la mayoría de los sistemas de aspersión (excepto los pivotes), solo tienes que usar las dos tablas siguientes. Usa la Tabla 2 para convertir el tamaño de la boquilla y la presión a galones por minuto (gpm). Una vez que hayas determinado el caudal en gpm, usa la Tabla 3 (junto con el espaciado correcto para tu sistema) para calcular la aplicación bruta de agua de tu sistema en pulgadas por hora. Luego, multiplica este número por la eficiencia de tu sistema y la duración de la ronda para hallar la aplicación neta de agua.

Figura 1. Espaciado de los aspersores de desplazamiento manual

Por ejemplo, consideremos un sistema de riego lateral con boquillas nuevas de 9/64 de pulgada y una presión de operación de 40 libras por pulgada cuadrada (psi), con una separación entre aspersores de 40 pies por 40 pies (véase la Figura 1), y un tiempo de fijación de 11 horas, operando con una eficiencia del sistema del 65 por ciento.

En la Tabla 2, busca la boquilla de 9/64 de pulgada a la izquierda y lee el valor correspondiente a la cifra que aparece debajo de 40 psi. El número es 3,7 gpm.

Luego, usando la Tabla 3, busca el espaciado de 40 pies por 40 pies a la izquierda y lee horizontalmente las columnas de 3 gpm y 4 gpm. Dado que 3.7 gpm está un poco más allá de la mitad del intervalo, estima la aplicación bruta de agua en 0.22 pulgadas por hora. Multiplica 0,22 por 11 horas —la duración establecida— y por 0,65 —el porcentaje de eficiencia del sistema—.

Aplicación neta de agua: 0,22 × 11 × 0,65 = 1,6 pulgadas por serie.

Se puede calcular la aplicación neta de agua en pulgadas por ciclo para cualquier sistema de riego si se conoce el caudal del sistema, el área regada y la eficiencia del sistema. El cálculo se describe en las páginas siguientes.

Cómo calcular el caudal

A veces resulta difícil calcular los caudales de los sistemas de riego de superficie, pero existen varios métodos para hacerlo.

• Zanja o tubería: Mida los caudales bajos con uno de los dispositivos de medición de flujo que se describen más adelante en esta publicación.
• Sistemas de surcos: Mide el caudal con uno de los dispositivos de medición portátiles disponibles. O bien, recoge el caudal de un solo surco en un cubeta de capacidad conocida y mide el tiempo que tarda en llenarse. Si conoces el caudal total que entra en un sistema de surcos, puedes dividir esta cantidad entre el número de surcos para calcular el caudal que entra en cada uno.
• Tubos de sifón: Consulta el caudal en una tabla de descarga a presión de los tubos de sifón.

Foto: NCAT

Para calcular el caudal en la mayoría de los sistemas de riego por aspersión, necesitarás saber el promedio de gpm por aspersor. En el caso de los sistemas de pivote central, el caudal varía a lo largo de la tubería lateral, por lo que necesitarás conocer el caudal en gpm para todo el pivote.

Si tu sistema de rociadores es relativamente nuevo y las boquillas presentan poco desgaste, puedes usar el gpm de diseño total de tu sistema para calcular el caudal estimado. Sin embargo, ten en cuenta que las cifras de diseño no toman en cuenta el aumento del caudal (a veces significativo) debido al desgaste de las boquillas y a las variaciones de presión. Divide los gpm de diseño entre el número de aspersores en funcionamiento en tu sistema para calcular el promedio de gpm por aspersor. En el caso de los pivotes, utiliza los gpm de diseño para todo el pivote.

Una forma más precisa de determinar el caudal de tu sistema de riego —especialmente si se trata de un sistema antiguo— es realizar una sencilla prueba con un balde. (Consulta el apéndice.)

Cálculo del área de riego

En la mayoría de los sistemas de riego de superficie, el área regada es simplemente la superficie total del campo. En el caso de los sistemas de surcos, puedes usar la longitud y el espaciado de los surcos para calcular el área regada. (Ve el ejemplo a continuación.)

Para la mayoría de los sistemas de riego, calcula el área en pies cuadrados que riega un aspersor; esto suele describirse como la distancia, en pies, entre los aspersores de la línea multiplicada por la distancia, en pies, entre las válvulas de la línea principal. Las áreas típicas son de 30 pies por 50 pies o de 40 pies por 60 pies. (Véase la Figura 1 para un ejemplo.) En el caso de los aspersores giratorios, utilice el área total de barrido en acres y multiplíquela por 43 560. (La conversión de acres a pies cuadrados.)

Cálculo de la aplicación neta de agua por lote

Para calcular la aplicación neta de agua en pulgadas por ciclo para cualquier sistema de riego, utilice la siguiente fórmula general:

Línea de rueda, línea manual, remolque por el extremo: Utilice el caudal promedio (gpm) para una boquilla.

Inundación natural: Utiliza el área total inundada y el caudal total.

Sistema de riego por pivote central: Utilice el caudal total del pivote

Surcos escalonados: Utiliza la longitud y el espaciado de los surcos.

Aspersor fijo de gran alcance: Utilice el caudal por aspersor.

Aspersor de gran alcance móvil: Utiliza la siguiente fórmula:

Cómo determinar el tiempo de fraguado adecuado

Usa la misma fórmula básica anterior para calcular cuánto tiempo toma aplicar la cantidad deseada de agua
, ingresando la cantidad de agua que deseas aplicar en el campo «aplicación neta de agua».

En el caso de los sistemas de riego de superficie, puede resultar más sencillo utilizar la siguiente fórmula, que resulta sumamente práctica:

Medición de caudales

Puedes medir el flujo de agua en un canal abierto o en una tubería utilizando uno de los métodos que se indican a continuación. También puedes medir el agua con una sencilla prueba de cubeta en el punto donde los aspersores la aplican al campo (véase el apéndice).

Medición del flujo en canales abiertos

Los métodos de canal abierto suelen basarse en una estructura, como un vertedero, un canal de medición u orificio, instalada en el canal. Estas estructuras suelen incluir uno o más medidores de nivel
(también escritos como «gauges»), instalados ya sea en la propia estructura o en un pozo de estabilización adyacente, para determinar la profundidad del agua. (Un medidor de varilla es simplemente una varilla vertical —similar a una regla común— marcada con números que indican la profundidad del agua.) Utilizando una tabla específica para el tamaño y tipo de estructura, se consulta la profundidad medida y se convierte en un caudal. Actualmente existen dispositivos de medición electrónicos, más costosos pero más precisos, que ofrecen medición y registro continuos del caudal.

La mayoría de los dispositivos de medición de caudales en canales abiertos solo funcionan en condiciones limitadas. Una estructura adecuada para un río o un canal grande no será la mejor opción para una zanja pequeña. Aquí solo se analizan algunos de los métodos más comunes para medir caudales en canales pequeños, zanjas y derivaciones agrícolas. Una guía completa es el Manual de medición de agua de la Oficina de Recuperación de los Estados Unidos.

Para garantizar la precisión, el lugar de medición debe cumplir con una serie de condiciones:

• La zanja o el canal debe tener una pendiente suave, con un tramo aguas arriba relativamente recto y una sección transversal uniforme, poca turbulencia y un flujo tranquilo.
• Las presas requieren una pendiente mayor que los canales de medición o los orificios sumergidos.
• La ubicación no debe provocar la acumulación de sedimentos, la acumulación de escombros ni inundaciones en las áreas circundantes.

Al elegir una estructura de medición de agua, toma en cuenta el costo, la precisión, la facilidad de medición, los requisitos de construcción y mantenimiento, así como las leyes y regulaciones estatales o locales sobre el agua.

Los aliviaderos son fáciles de construir, instalar y utilizar, pero requieren una pendiente suficiente en la zanja para que el agua pueda caer libremente desde la estructura hasta la superficie del agua aguas abajo. En el caso de los aliviaderos rectangulares y trapezoidales, el agua fluye a través de una muesca rectangular o trapezoidal de bordes afilados. En el caso de los vertederos con muesca en V, el agua fluye a través de una muesca de bordes afilados (por lo general) con un ángulo de 90 grados. Este vertedero es especialmente eficaz para manejar una amplia gama de caudales.

Figura 2. Presa con muesca en V

Los canales de medición son estructuras más complejas que las presas, e incluyen una sección estrecha que requiere una construcción e instalación cuidadosas. Los canales de medición se utilizan cuando las pendientes de las acequias y los canales son relativamente planas. Pueden seguir siendo relativamente precisos incluso cuando están sumergidos.

Los canales Parshall —uno de los tipos más comunes— requieren solo alrededor de un cuarto de
la pendiente de la zanja necesaria para las presas de vertido y pueden adaptarse a una amplia gama de caudales. Los canales Cutthroat son una variante «sin garganta» del canal Parshall, lo que permite una construcción más sencilla.

Figura 3. Canal de Parshall

Los orificios sumergidos se utilizan con frecuencia cuando la pendiente de la zanja es insuficiente para instalar presas. Por lo general, son más económicos que las presas y pueden adaptarse a espacios reducidos, pero son propensos a la acumulación de residuos. El agua que fluye a través de un orificio se descarga por debajo de la superficie del agua aguas abajo. Para que este dispositivo sea preciso, debe estar sumergido. La compuerta medidora, un tipo de orificio sumergido, se puede utilizar en desvíos agrícolas. La compuerta se puede utilizar para medir el flujo, cerrarla para detener el flujo o colocarla en diversas posiciones para reducir o aumentar el flujo.

Figura 4. Canal de rampa

Elegir, instalar y utilizar presas, canales de medición y orificios sumergidos no es difícil. Sin embargo, para obtener resultados precisos, es necesario instalar estos dispositivos correctamente, realizarles un mantenimiento periódico, emplear técnicas de medición adecuadas y utilizar las curvas y tablas de calibración correctas. Es posible que la oficina local del NRCS, de Extensión o del distrito de conservación de suelos y agua pueda brindarte ayuda.

Medición del flujo en tuberías

El flujo en una tubería se puede medir con gran precisión si se instala el dispositivo de medición adecuado y se utiliza correctamente. Estos dispositivos requieren calibración y mantenimiento periódicos, y el agua debe estar relativamente (en algunos casos, muy) limpia. Para obtener una medición precisa, es necesario que el flujo sea total en la tubería.

El flujo en las tuberías se mide mediante dispositivos intrusivos (ubicados dentro de la tubería o insertados a través de la pared de la misma) o dispositivos externos. Los medidores de flujo intrusivos incluyen los medidores de Venturi, de boquilla y de placa de orificio , que miden el flujo a través de una constricción dentro de la tubería. Ninguno de ellos tiene piezas móviles. Requieren poco mantenimiento en agua limpia y se instalan directamente en la tubería.

Los medidores de hélice utilizan una hélice de múltiples palas ubicada dentro de la tubería. Estos medidores pueden dejar pasar algunos residuos, pero incluso cantidades moderadas pueden obstruir las palas.

Los tubos de Pitot se insertan en el costado de una tubería. Para ello es necesario perforar un orificio en la tubería (que permita la inserción del tubo), lo que los hace menos prácticos y menos comunes que los medidores de hélice.

Los medidores de flujo no intrusivos (externos) envían ondas ultrasónicas o acústicas a través de una tubería y realizan mediciones muy precisas del desplazamiento Doppler o del tiempo de tránsito para calcular el caudal. Estos dispositivos se fijan al exterior de la pared de la tubería (no se inserta nada físicamente en la tubería), lo que los hace extremadamente rápidos y convenientes de usar. Actualmente hay varios tipos de medidores ultrasónicos en el mercado. Son costosos, con precios que oscilan entre los 1,500 y los 10,000 dólares, aunque los precios están bajando, y se requiere cierta capacitación para obtener mediciones precisas.

Riego con recursos hídricos limitados

Cuando hay escasez de agua:

• No riegues en exceso. Conoce la capacidad de retención de agua de tus suelos, su nivel de agotamiento permitido, así como la profundidad efectiva de las raíces y las etapas críticas de crecimiento
  de tus cultivos.
• Concéntrate en regar durante las etapas críticas de crecimiento. Dependiendo del cultivo, por lo general observarás uno de estos dos tipos de respuestas al estrés por sequía:
  • Los cultivos de semillas, los cereales y las semillas oleaginosas son más sensibles al estrés por sequía durante la floración o la formación de semillas, y relativamente insensibles durante la etapa inicial de crecimiento vegetativo. Riega lo suficiente al inicio de la formación de semillas para que el cultivo pueda completar el llenado de las semillas.
  • Los cultivos perennes que se producen principalmente para forraje, así como algunos cultivos de raíz, son relativamente resistentes al estrés por sequía moderada durante períodos cortos a lo largo de la temporada de crecimiento. Pueden recuperarse de los períodos de estrés con una reducción mínima en el rendimiento. Es importante enfocarse en el riego durante los períodos de máximo crecimiento.
• Riega al inicio de la temporada. Llena la zona radicular hasta la capacidad de campo antes de que comience el calor.
• Deja espacio en el suelo para que se acumule la precipitación. Los residuos de cultivos y los cultivos de cobertura ayudan a retener la nieve y la lluvia, y reducen la evaporación.
• Busca un rendimiento óptimo en lugar de uno máximo (es decir, el mayor rendimiento con el menor insumo).
• Siembra cultivos resistentes a la sequía o de maduración rápida que necesiten la mayor parte del agua al inicio de la temporada.
• Reduce la superficie que riegas y utiliza el agua ahorrada en el resto, o bien reduce la cantidad de agua que aplicas en toda la superficie de riego.
• Riega cada dos surcos, alternando en cada riego. Así seguirás regando un lado de cada hilera, y por lo general usarás mucho menos agua.

Recursos adicionales

Recursos del NCAT

Suelo resistente a la sequía. 2002. Por Preston Sullivan.

Explica cómo la materia orgánica puede aumentar considerablemente la capacidad de almacenamiento de agua del suelo y cómo la cobertura vegetal aumenta la tasa de infiltración del agua al tiempo que reduce la evaporación del agua del suelo. Ambas prácticas reducen la gravedad de la sequía y la necesidad de riego.

Riego sostenible: una guía para principiantes.

Dirigido a agricultores principiantes con poca o ninguna experiencia, este curso comienza desde cero y desmitifica el proceso de riego: ofrece una introducción sencilla al equipo, la terminología y las precauciones de seguridad. A diferencia de otros cursos de riego que adoptan un enfoque más industrial o de ingeniería, este se centra en todo momento en la sostenibilidad.

Otras publicaciones

La medición del agua de riego como herramienta de gestión. 2002. Por Danny H. Rogers, Gary Clark y Mahbub Alam. Estación Experimental Agrícola y Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Kansas, Manhattan, KS.

Aborda la instalación, el uso y la resolución de problemas del tensiómetro.

Selección y uso de medidores de agua para la medición del agua de riego. 2003. Por Melissa C. Baum, Michael D. Dukes y Dorota Z. Haman. Universidad de Florida, Instituto de Ciencias Alimentarias y Agrícolas, Gainesville, FL.

Descripciones, uso, mantenimiento y comparación de diversos dispositivos de medición de flujo.

¿Qué tan precisa es tu medición del agua? 1999. Por Robert Hill. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad de Utah.

Dispositivos para canales abiertos y tuberías, precios habituales y proveedores de equipos.

Agencias

Oficina de Recuperación de los Estados Unidos. 2001. Manual de medición de agua. Departamento del Interior de EE. UU., Washington, D.C. 317 p.

Servicio de Conservación de Recursos Naturales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). 1997. Guía de riego del NRCS. Servicio de Conservación de Recursos Naturales, Washington, DC. 702 p.

Apéndice: Cómo determinar el caudal mediante la prueba del cubeta

Para sistemas de desplazamiento manual, giro lateral o desplazamiento lineal:

Mide el caudal de un aspersor por ramal, ubicado en un terreno relativamente nivelado. El aspersor seleccionado debe estar ubicado aproximadamente a un tercio de la longitud de la línea lateral a partir de la línea principal. Usa una manguera para dirigir el flujo hacia un cubeta de cinco galones. Con un cronómetro, calcula el tiempo que tarda, en segundos, en llenarse la cubeta. Para mayor precisión, toma más de una lectura por aspersor y calcula el promedio de los tiempos. Repite el proceso con los demás aspersores en las otras líneas laterales.

Para los pivotes:

Paso 1. Mide el caudal de un aspersor en cada conjunto de diámetros de boquilla a lo largo del pivote, utilizando el método descrito anteriormente para los sistemas de desplazamiento manual, de giro lateral o de desplazamiento lineal.

Caudal total = ____ gpm

Paso 2. Calcula el caudal de la pistola final utilizando la presión de la pistola final y el diámetro de la boquilla que figuran en la tabla a continuación.

= _____________ gpm

Paso 3. Suma los resultados de los pasos 1 y 2 anteriores para calcular el caudal total del sistema de riego por pivote.

= __________ gpm

Medición y conservación del agua de riego
Por Mike Morris y Vicki Lynne, especialistas en energía del NCAT
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Esta publicación ha sido elaborada por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada (NCAT) a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA).ATTRA.NCAT.ORG