Capitulo Viii Riego Por Gravedad

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILCURSO : IRRIGACIONES

CAPITULO V: RIEGO POR GRAVEDAD

DOCENTE: ING. ABEL A. MUIZ PAUCARMAYTA

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CAPTULO VRIEGO POR GRAVEDAD

5.1. GENERALIDADES.Es el ms antiguo de los mtodos de riego y el nico que no precisa aporte de energa. En el riego

por gravedad, el agua servida en la cabeza de parcela, avanza a lo largo de esta movida por la

energa gravitatoria y, al mismo tiempo, se va infiltrando. Es el nico de los 3 mtodos conocidos

que utiliza la superficie del suelo para la distribucin del agua. Por ello esto debe estar bien

preparado y nivelado para que el movimiento del agua no encuentre obstculos o diferencias de

cualquier tipo y pueda ser regular.

Una caracterstica de este mtodo es que el agua cubre el terreno, permaneciendo sobre el durante

la duracin del riego, produciendo un encharcamiento momentneo mientras se va infiltrando.

Cuando el cultivo por sus caractersticas fisiolgicas, es sensible a dicho encharcamiento, as como

en ciertos cultivos en lneas, se utiliza el riego por surcos que no moja todo el terreno ni la parte

area de las plantas. El agua circula por el fondo de los mismos infiltrndose vertical y lateralmente

hacia el caballn del surco donde se encuentran las races del cultivo, plantado en el lomo o parte

superior del mismo.

FIG. No 5.1

ESQUEMA DE INFILTRACION Y AVANCE DE FLUJO SUPERFICIAL

En estos mtodos el agua escurre a travs de pequeos cauces o en delgadas lminas que cubren

ntegramente todo el rea o ancho a regar. A los primeros se les denomina surcos, y a lassegundas melgas. Hidrulicamente, tanto los surcos, como las melgas, funcionan como canales,pero la diferencia est en que los canales tienen por objetivo conducir el mximo caudal posible a

distancias largas con la mnima prdida por infiltracin, mientras que en los surcos y melgas, sucede

todo lo contrario, en recorridos cortos el objetivo es la mayor infiltracin posible de agua. Adems en




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los canales el caudal es prcticamente constante, mientras que en los surcos y melgas, el caudal va

disminuyendo a medida que aumenta la longitud, con lo cual se hace ms difcil el clculo mediante

las conocidas frmulas de canales, y por lo tanto son necesarios ensayos en el terreno.

La ecuacin de Manning de movimiento permanente y uniforme para canales es:

V = Rh2/3 S1/2/n (Ec. 5.1)

Donde:

V : Velocidad media en m/seg.

Rh : Radio hidrulico en m.

S : Pendiente del terreno en tanto por uno.

n : Coeficiente de Manning, que depende de la rugosidad del terreno.

Para las melgas el radio hidrulico es prcticamente igual a la altura de la lmina de agua que

escurre, y por lo tanto la velocidad se expresa as:

V = H2/3 S1/2/n (Ec. 5.2)

El caudal por unidad de ancho de la melga, considerando que el rea A = h x1, ser:

q = Q/ancho unitario = h2/3 S1/2 h /n = h5/3 S1/2 /n (Ec. 5.3)

Para un ancho igual al espaciamiento E, el caudal ser:

Q = E h5/3 S1/2/n (Ec. 5.4)

Es necesario elegir un valor de n, pero no puede considerarse como alternativa los valores para

canales de tierra, porque se trata de un terreno preparado mediante el arado y con cultivos. Las

experiencias realizadas en el Instituto de Suelos y Riego del INIIA han permitido obtener los

siguientes valores de n para riego en surco, segn las caractersticas de la superficie y el caudal

aplicado (0.6 l/s):

CUADRO No 5.1

VALORES DE n PARA LA ECUACION DE MANNING




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Haciendo un anlisis riguroso del tipo de movimiento del agua, se establece que el mismo no es

permanente, sino que es impermanente, con caudal y velocidad de infiltracin variable en el espacio

y en el tiempo. Hansen (1960) enumer las variables a tener en cuenta:

1- Caudal aplicado.

2- Velocidad de avance del agua sobre el terreno.

3- Longitud de la parcela.

4- Tirante de agua.

5- Velocidad de infiltracin.

6- Pendiente del terreno.

7- Rugosidad del terreno.

8- Peligro de erosin.

9- Forma del surco o de la melga.

10- Lmina de agua a aplicar.

Si se incorpora un caudal constante de agua a un surco o melga, a medida que el mismo avanza

posee al principio una velocidad considerable, pero a medida que se incrementa la superficie de

infiltracin disminuye la velocidad de avance. Se puede graficar el tiempo de escurrimiento (Tesc.) en

funcin del espacio cubierto por el frente de agua, o sea la longitud (L), para distintos valores de

caudales unitarios q. En donde las curvas de avance se hacen asintticas a la ordenada que

representa el tiempo de escurrimiento, que es el tiempo en que todo el caudal incorporado se ha

infiltrado en el rea mojada del cauce, en tal caso el frente de agua ya no progresa.

FIG. No 5.2

VARIACION DE Tesc

Para cada caudal dado existe una distancia lmite dada por la abcisa en que la curva mencionada se

hace asinttica a un eje vertical. Y recordando que A es el rea a regar, L es la longitud de alcance

para un caudal Q determinado, T es el tiempo, d es la profundidad de infiltracin y E es el

espaciamiento:

FIG. No 5.3

VOLUMEN DE INFILTRACION




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Q. T = d x A (Ec. 5.5)

Q = d x A/T (Ec. 5.6)

En funcin de la velocidad de infiltracin (I) ser:

Q = I . A = I . L . E (Ec. 5.7)

L = Q / I . E (Ec. 5.8)

O sea que, se puede obtener la longitud L que cubre el avance del agua en funcin de la velocidad

de infiltracin (I), pero dado que sta es a su vez una variable en funcin del tiempo, se requiere

adoptar un valor promedio (Ip).

Adems del tiempo de infiltracin (Ti), debe tenerse en cuenta el tiempo de escurrimiento del agua a

travs del surco (Tesc), el que incide desfavorablemente, ya que si se calcula la duracin del riego

para la cabecera (al comienzo de la longitud L) ocurrir un insuficiente humedecimiento al pie de la

longitud L (al final de la longitud). Lo lgico es tener en la cabecera una duracin total del riego igual

a la suma de Tesc+Ti a fin de que la humedad al final cubra totalmente la profundidad de las races.

4.2. VENTAJAS E INCONVENIENTES.Este mtodo presenta unas evidentes ventajas. En primer lugar las necesidades energticas son

prcticamente nulas, lo que puede ser decisivo como ciertos condicionantes econmicos. En

segundo lugar no necesita material de riego en parcela, no teniendo el regante que pagarlo como

por lo general, en los otros mtodos de riego.

La inevitable sistematizacin del terreno encarece la puesta en riego y en casos de terrenos con

grandes pendientes, su elevado coste puede impedir la transformacin en regado. Pero por lo

general dichos trabajos suelen realizarse por la Administracin, que suele repercutir los costos

sobre los regantes con grandes subvenciones y dilatadas formas de pago, por lo que no suelen ser

gravosas para los usuarios. En consecuencia, dicho coste no suele incluirse dentro del riego, que de

esta forma suele resultar mas barato que los otros mtodos.

En terrenos poco profundos la nivelacin puede no ser aconsejable al modificar la fertilidad de los

mismos y no poder obtener las producciones normales en regado, siendo recomendable utilizar

otros mtodos.

El riego por gravedad tambin presenta inconvenientes:

Por un lado necesita mayor cantidad de mano de obra, comparado con los otros mtodos, en

condiciones de mayor esfuerzo fsico.

Por otro lado las prdidas de agua pueden ser importantes, tanto por evaporacin como por roturas

e infiltracin, durante el transporte del agua, cuando este, como suele ser tradicional, se efecta por

conducciones al aire libre, con muchos aos de uso y mal conservados. Actualmente se tiende por

esta razn, sobre todo en nuevas instalaciones y en zonas donde el agua es el factor limitante, a




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conducirla por tuberas de baja presin, preferiblemente enterradas para su mejor proteccin,

evitando la evaporacin y las perdidas por infiltracin.

Para obtener una buena eficiencia de aplicacin en parcela hace falta que la lamina o dosis de riego

alcance unos valores mnimos, mayores que en los otros mtodos. Por esta razn en suelos ligeros

la gravedad suele emplearse menos, ya que las cantidades hdricas que hay que aportar son mas

pequeas y en consecuencia, la eficiencia de aplicacin es menor que en terrenos pesados.

Generalmente se suele regar cada varios das, dependiendo dicho intervalo, sobre todo del terreno

y de la poca del ao, con aportes hdricos que repongan el agua consumida por el cultivo y la

evaporada por el suelo. La cantidad de agua en el suelo sufre importantes variaciones, aumentando

con la separacin entre riegos, la tensin matricial puede alcanzar valores elevados antes de cada

uno de ellos. Por ello se puede producir un importante estrs hdrico en las plantas, con el

consiguiente perjuicio para la produccin, especialmente en cultivos sensibles a la falta de agua,

que suelen requerir riegos frecuentes.

El modulo de riego debe ser suficientemente grande para que el agua avance con rapidez sobre el

terreno y se puedan obtener unas aceptables uniformidades de riego. Para ello es necesario que

dicho modulo sea elevado, lo que obliga a depsitos acumuladores o balsas cuando dicho caudal es

pequeo, con el consiguiente aumento del coste.

4.3. MODALIDADES DEL RIEGO POR GRAVEDAD.A.- RIEGO POR SURCOS:Las races se humedecen mediante la infiltracin del agua a travs del permetro mojado de

pequeos cauces que reciben el nombre de surcos. Dado que los surcos estn espaciados el aguacubre parcialmente el terreno entre surco y surco y se humedecen por efecto del avance de

humedad en profundidad y lateralmente.

La profundidad de penetracin del agua, la forma y dimensin de la seccin humedecida, depende

de la textura del suelo y del tiempo de aplicacin del agua. Un esquema es el siguiente:

FIG. No 5.4

PROFUNDIDAD DE INFILTRACION POR TIPO DE SUELO

La profundidad de las races se logra humedecer completamente cuando se cruzan las figuras que

representan el avance lateral y vertical de la humedad de dos surcos continuos, como se puede ver:




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FIG. No 5.5

LA SUPERPOSICION DEBE ENCONTRARSE A LA PROFUNDIDAD DE LAS RAICES

APLICABILIDAD DEL MTODO.El riego por surcos se adapta especialmente en los cultivos en lnea, dado que dichadisposicin permite humedecer el volumen de suelo explorado por races y acercar o retirar la

humedad conforme a las exigencias del cultivo.

Se presta a todos los tipos de suelo con buena velocidad de infiltracin y baja erodabilidad. Se presta para suelos que tienden a formar costras al secarse, debido al parcial

humedecimiento de la superficie del terreno, que caracteriza al riego por surcos. Las costras

superficiales daan las plantan que recin germinan.

La eficiencia del mtodo de riego por surcos se la puede clasificar como media, con un rangodesde el 20% para suelos arenosos y quebrados hasta un 65 % para suelos medios y pesados

bien nivelados.

Los costos de instalacin y de operacin no son elevados, ya que requiere escasos trabajos denivelacin para la implantacin de cultivos anuales.

FORMA, DIMENSIONES Y ESPACIAMIENTO DE LOS SURCOS.La forma de los surcos depende del implemento agrcola empleado para su construccin, pueden

ser de forma parablica, triangular o rectangular. En nuestro medio es comn la forma parablica

realizada con el arado de reja o el surqueador.

El tamao del surco depende comnmente del cultivo y de las labores culturales que se realiza en el

mismo, oscilan entre 10 a 40 cm. de ancho superficial y entre 5 y 20 cm. de profundidad. En

general, los surcos son de menor tamao cuando el cultivo es joven y va aumentando a medida que

avanza el ciclo vegetativo del mismo.

El espaciamiento de los surcos, o sea, la distancia entre un surco y otro, depende de la naturaleza

fsica del suelo y de la profundidad que se intenta mojar.

Segn experiencias de Grassi en el Instituto de Suelos y Riego (Espaa), se determin la siguiente

ecuacin para el clculo del espaciamiento entre surcos en suelos franco-limosos:

E = 1.73 d (Ec. 5.9)




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Donde:

E : Es el espaciamiento en metros.

d : Es la profundidad de las races en metros.

PENDIENTE Y DIRECCIN DE LOS SURCOS.Los surcos se pueden construir sin pendiente alguna, nivelados a cero, o con pendiente. En el

primer caso no se produce escurrimiento de agua al pie del mismo, mientras que en el segundo s.

La pendiente lmite depende de la tensin de corte hidrulico del agua, que responde a la siguiente

ecuacin:

t = x h x io (Ec. 5.10)

Donde:

t : Tensin de corte hidrulico del agua en kg./m2.

: Peso especfico del agua en kg./m3.

h : Altura o tirante de agua en el surco en metros.

i : Pendiente en tanto por uno.

Cuando la pendiente se aproxima a los lmites permisibles dados por la resistencia al corte del

suelo, se puede cambiar la direccin de los surcos: surcos en diagonal a la pendiente mxima, o

surcos en direccin normal a la mxima pendiente.

SURCOS EN DIRECCIN DIAGONAL A LA MXIMA PENDIENTE.Se puede reducir la pendiente de los surcos siguiendo la diagonal que ofrece un recorrido ms largo

para la misma diferencia de nivel, o sea, un menor gradiente. Por lo tanto, se puede calcular el

ngulo entre ambas direcciones en funcin de dichas pendientes.

FIG. No 5.6

SURCOS EN DIRECCION DIAGONAL A LA PENDIENTE

SURCOS EN LA DIRECCIN NORMAL A LA MXIMA PENDIENTE.




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Al aumentar el valor de hasta los 90, los surcos siguen un recorrido prximo al de las curvas de

nivel, o sea, que al intentar reducir la pendiente se cae en el sistema de surcos en contorno, o en

curva de nivel. Se presentan cuatro casos para el estudio:

Primer caso. Fcil operacin de riego, control y regulacin del caudal en la cabecera. Eficienciaregular de aplicacin y de distribucin de agua. Requiere drenaje al pie, surcos poco profundos y

cercanos.

FIG. No 5.7

PRIMER CASO

Segundo caso. Difcil operacin de riego, control y regulacin del caudal en la cabecera. Eficienciabuena de aplicacin y de distribucin del agua. No necesita drenaje al pie, requiere surcos

profundos y espaciados.

FIG. No 5.8

SEGUNDO CASO

Tercer Caso. Medianamente fcil operacin de riego, control y regulacin del caudal de cabecera.Eficiencia medianamente buena de aplicacin y de distribucin del agua. Requiere drenaje al pie,

surcos medianamente profundos y regular espaciamiento.

FIG. No 5.9

TERCER CASO




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Cuarto Caso. Fcil operacin del riego, control y regulacin del caudal de cabecera. Eficienciamedianamente buena de aplicacin y de distribucin del agua. Requiere drenaje al pie, surcos

medianamente profundos y regular espaciamiento.

FIG. No 5.10

CUARTO CASO

La situacin es distinta en el caso de realizarse trabajos de nivelacin, en el cual la pendiente est

dada por las condiciones de Proyecto. Conocida la pendiente io del terreno, la pendiente io a la cual

se quiere llegar, se calcula la altura H de corte en la cabecera del surco, que es igual a la de relleno

en el pie del mismo, mediante la siguiente expresin:

H = L . (io - io)/2 (Ec. 5.11)

FIG. No 5.11

DETERMINACION DE PENDIENTES

Adems mediante la misma ecuacin anterior se puede calcular la longitud para un valor de H

determinado.

CAUDAL DE LOS SURCOS.Al igual que en los canales, el caudal depende de la seccin transversal de escurrimiento y de sus

condiciones hidrulicas, ya que se aplica la frmula de Manning. Pero, est limitado por la seccin

de escurrimiento en los surcos sin pendiente, y por la fuerza unitaria erosiva del agua para los

surcos con pendiente.

Criddle ha dado una ecuacin para calcular el caudal mximo no erosivo, Qe en l/s, en funcin de la

pendiente io en %, como sigue:

Qe = 0.63/ io% (Ec. 5.12)




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Por ejemplo para una pendiente io = 0.5 %, el caudal Qe ser: Qe = 0.63/0.5 l/seg. = 1.26 l/seg.

Por tapada, que en la mayora de pases se toma 10 surcos, se requiere un caudal de: Qe = 10 x

1.26 l/seg. = 12.6 l/seg.

Tambin se puede calcular en base a esta expresin el nmero de tapadas o de surcos que

podrn regarse con un determinado caudal.

Dado que la infiltracin es funcin del tiempo, desde el punto de vista riguroso debera regarse con

caudales decrecientes. En la prctica resulta suficiente el uso de dos caudales: uno para cubrir el

tiempo de escurrimiento (Tesc) y que tiene por objeto llegar rpidamente al pie de la parcela, este

caudal debe ser el mximo no erosivo; y otro caudal menor que el anterior y cuyo objetivo es cubrir

la velocidad de infiltracin cuando este proceso ha entrado en rgimen (Ti).

En la prctica para terrenos con pendiente, se incorpora comnmente un caudal superior al

requerido por el proceso de infiltracin en el surco, lo que trae como consecuencia prdidas por

escurrimiento al pie del surco, en el drenaje, lo que constituye una prdida de eficiencia. Entonces,

si al llegar al pie del surco existe un caudal sobrante, puede usrselo para riego de alguna parcela

ubicada en un nivel inferior, constituyendo la que se denomina riego encadenado, que es unabuena prctica de aprovechamiento de los sobrantes siempre que se rieguen independientemente

las dos o tres parcelas ubicadas a diferente nivel.

LONGITUD DE LOS SURCOS.Para reducir las prdidas de agua por percolacin profunda, existen dos posibilidades:

1. Aumento del caudal aplicado.

2. Reduccin de la longitud de los surcos.

El caudal que puede aplicarse a un surco est limitado por el caudal mximo no erosivo, de modo

que repetidamente debe recurrirse a acortar la longitud de los surcos para reducir las prdidas. Pero

esto trae aparejado el fraccionamiento de la propiedad, aumento de las longitudes de las acequias y

del nmero de obras de arte, y mayores dificultades en las labores mecanizadas.

Al elegirse la longitud del surco se debe realizar un cuidadoso anlisis de todos los factores

agroeconmicos que intervienen. Teniendo en cuenta que no son slo las prdidas por percolacin

lo que decide al respecto, sino que existe tambin escurrimiento al pie de la parcela y que dicho

escurrimiento se reduce a medida que disminuye la relacin entre el tiempo de infiltracin y el de

escurrimiento (Ti/Tesc).

Dada las mayores prdidas por percolacin, la longitud es menor en los suelos gruesos que en los

de textura fina. Igualmente para suelos de igual textura, disminuye la longitud a medida que

aumenta la pendiente io, o sea, a medida que aumenta la fuerza unitaria erosiva del agua.




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Segn Israelsen, en Utah EEUU, difcilmente se encuentran surcos de longitudes mayores a los 200

metros, siendo los ms comunes desde 90 a 150 metros. En nuestro pas, en general, no pasan de

los 200 metros de largo. En Ica son comunes longitudes de 120 metros, aunque ello est

condicionado al tipo de conduccin, en parrales son comunes longitudes de 200 a 250 metros, por

razones constructivas del mismo.

Mediante las ecuaciones ya vistas se puede determinar la longitud del surco analticamente, pero

tambin se lo ha hecho experimentalmente, obteniendo las curvas de avance en funcin del tiempo

para diferentes caudales, forma del surco y naturaleza de las paredes del mismo. Los ensayos

realizados en el Instituto de Suelos y Riego han permitido determinar que en las condiciones de la

zona de Ro Mendoza (Argentina) con pendientes del 1%, la longitud del surco responde a la

ecuacin general:

L = a . Tescb (Ec. 5.13)

Donde:

a y b : Son parmetros que varan con el caudal aplicado y el estado de las paredes del surco

(recin arado, terreno asentado por riegos sucesivos, terreno con vegetacin).

Por ejemplo: para un caudal Q= 0.8 l/s, y cobertura vegetal de 40-50 cm de altura, la ecuacin

obtenida es:

L = 5.95 Tesc0.7 (Ec. 5.14)

Donde el tiempo de escurrimiento se expresa en minutos.

Para un tiempo de escurrimiento igual a la cuarta parte del tiempo de infiltracin: Tesc. = Ti/4, la

ecuacin queda:

L = 5.95 (Ti/4)0.7 (Ec. 5.15)

Lo que da para un Ti = 4 horas una longitud de surco de 105 metros.

ENSAYOS EN RIEGO POR SURCOS.La mejor manera de evaluar el riego por surcos y de mejorar su diseo, es mediante el ensayo

directo en el terreno, con diferentes caudales. El ensayo se realiza en varios surcos de gran longitud

y en igualdad de condiciones en cuanto a suelo y forma del surco.

Se selecciona una superficie de terreno largo y angosto, y preferiblemente con pendiente uniforme.

Se calcula el caudal mximo no erosivo con la frmula de Criddle. Se establecen cinco valores de

caudal, en funcin del tiempo.




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Se instala una acequia en la cabecera nivelada a cero, con instalaciones para mantener la carga

constante de agua en la misma, mediante compuertas o vertederos.

El caudal diferente a los distintos surcos se puede lograr con sifones de goma, plstico o aluminio

de diferente seccin.

El avance del agua en cada surco, se registra cuando el agua pasa frente a estacas colocadas cada

10 20 metros de distancia, en cada surco para el caudal establecido para el mismo. En los surcos

de mayor caudal el agua avanza rpidamente, mientras que en los de menores caudales, ste se va

infiltrando y demorando su llegada a las estacas. Se anota el tiempo para cada surco y cada estaca

del mismo.

Luego se grafica el espacio recorrido por el frente de agua en abcisas y los tiempos acumulados en

ordenadas.

Se deja un surco para determinar el caudal infiltrado por diferencia entre el caudal que entra y el que

sale. Y as se determina la velocidad de infiltracin, I, y los parmetros de la ecuacin

correspondiente a la misma.

De las curvas graficadas se elige para el proyecto la que representa el caudal no erosivo.

Fijada la lmina de agua, dx, a reponer en cada riego, se calcula el tiempo de riego Ti. Adoptando

como tiempo de escurrimiento, Tesc = Ti/4, el mismo se usa, en el grfico construido anteriormente,

en el eje de las ordenadas, hasta interceptar la curva de caudal mximo no erosivo, Qe, la abcisa

que corresponde a dicho punto es la longitud de surco mxima para ese suelo. Para el caso en se

adopta un tiempo de escurrimiento igual a la cuarta parte del tiempo de infiltracin, la eficiencia de

diseo es del 89%.

FIG. No 5.12

GRAFICO DE ENSAYOS DE RIEGO POR SURCOS

Ejemplo 1:CUANDO SE USAN DOS CAUDALES Y SE SELECCIONA LA LONGITUD.Es un suelo franco limoso. Se considera que se vuelve a regar cuando se ha consumido un 60% del

agua (porcentaje de reposicin R del 0.6) almacenada en perfil. La capacidad de campo CC es de

27%, el punto de marchitez es PM de 13%. El peso especfico aparente del suelo es a de 1,35. La

profundidad radicular es D de 0.5 metros. Se adoptan surcos de 0.6 m de ancho.

La lmina de reposicin dx se calcula como el producto del porcentaje de reposicin multiplicadapor la lmina de almacenaje del perfil:




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dx = R . (CC - PM) a D/100 (Ec. 5.16)

dx = 0.6 (0.27 - 0.13) 1.35/ 0.5 m = 56 mm

De acuerdo a la ecuacin de infiltracin:

d = 2.9 T0.55 (Ec. 5.17)

Ip = K Tn-1 (Ec. 5.18)

Donde:

d : Lmina acumulada.

Ip : Lmina de infiltracin promedio, K = 2.9, n = 0.55.

El tiempo de infiltracin se calcula con:Ti = (d/K)1/ n = (56 / 2.9)1/0.55 = 218 min. = 3.6 horas.

El tiempo de escurrimiento es:Tesc = Ti/4 = 54 min. para una eficiencia de aplicacin del 89%.

El tiempo total de riego es:TT = Tesc + Ti = (218 + 54) min. = 272 min.

La infiltracin promedio es:Ip = K Tn-1 = 2.9 (218 min)-0.45 = 0.257 mm/min

Pasando a mm/hora: Ip = 0.257 . 60 mm/h = 15.42 mm/h.

Pasando a caudal por unidad de superficie: Ip = 15.42 /3600 l/seg. m2 = 0.0043 l/s. m2

Para determinar el caudal mximo no erosivo, se elige 1 l/seg. por no ser erosivo para esapendiente y textura del suelo.

La longitud apropiada se registra entrando al grfico del ensayo de surcos con el Tesc para elcaudal de 1 l/s, dando para este caso una L = 200 metros.

El caudal de infiltracin para un surco ser la infiltracin promedio multiplicada por la superficieexpuesta a la infiltracin del mismo, que resulta ser la longitud del surco por el permetro mojado

(que es prcticamente igual al ancho del surco):

QI = 0.0043 l/s m2 x 200 m x 0.6 m = 0.52 l/s. < 1 l/s que es el caudal mximo no erosivo.




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En este ejemplo se ha supuesto que la distancia entre surcos B es prcticamente igual a su

permetro mojado . Cuando esta condicin no se cumple, hay que corregir el valor de dx

multiplicndolo por la relacin entre /B. En el caso de surcos profundos y poco espaciamiento entre

ellos, puede ser igual al espaciamiento.

En surcos ms separados, el permetro mojado puede ser la mitad, un tercio o an una fraccin

menor del espaciamiento. En el caso de amplio espaciamiento el perodo de infiltracin se prolonga

con el fin de humedecer lateralmente por avance capilar, an cuando se produzca una prdida de

agua por percolacin.

En el ejemplo anterior si el surco tuviera un espaciamiento de 0.6 m y un permetro mojado de 0.4m

el clculo de d queda as:

d = /B x K Tin = (0.4/0.6) 2.9 Ti0.55 (Ec. 5.19)

Ti = 455 min. = 7.58 horas Ti = 7.58 h Tesc= 1.90 h.

Ejemplo 2:Se usa el caudal mximo no erosivo y se selecciona la longitud.Adems de los datos del ejercicio anterior se cuenta con la pendiente que corresponde a io = 1%. La

infiltracin promedio es de 0.0036 l/s.m2. El espaciamiento es de 060 m.

Clculo del caudal mximo no erosivo: usando la frmula de Criddle.

Qe = 0.63/io % = 0.63/1 l/s. = 0.63 l/s.

Clculo de la longitud del surco: mediante la frmula:Q. T = A . d (Ec. 5.20)

Q = A x d/ T = A x I (Ec. 5.21)

QI = IP x A = IP x L x E (Ec. 5.22)

L = Qe / (Ip . E) (Ec. 5.23)

Donde:

L : Longitud del surco,

A : rea del surco.

d : Lmina de agua.

T : Tiempo.




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Ip : Infiltracin promedio.

Qe : Caudal de escurrimiento (mximo no erosivo).

E : Espaciamiento entre surcos.

Calculando:

L = 0.63 l/s / 0.0036 l/s m2 0.60 m. = 292 m.

Tiempo de escurrimiento:Con las curvas de ensayo, para el caudal propuesto de 0.63 l /s y una longitud de 292 m, se obtiene

un tiempo de escurrimiento de aproximadamente 120 minutos y un tiempo total de riego de:

TT = Ti + Tesc = (215 + 120) min. = 335 min. = 5.6 horas.

Eficiencia de aplicacin:Se realiza la relacin entre el Tesc obtenido y el Ti calculado con la lmina a reponer: Ti / Tesc = 215 /

120 = 1.8

Ea = 2 x (Ti / Tesc)/ (1+ 2.(Ti / Tesc)) (Ec. 5.24)

= 0.78 = 78%.

Ejemplo 3:Clculo del caudal para un surco de longitud prefijada.Son vlidos todos los datos anteriores, y se adopta una longitud prefijada de 200 m. El caudal medio

de infiltracin es de 0.0043 l/s m2 y el espaciamiento es de 0.6 m.

Clculo del caudal de infiltracin:QI = 0.0043 l/s m2x200 m x 0.6 m = 0.516 l/s.

Como entre las curvas determinadas no est la de QI = 0.5 l/s, la ms cercana es de la 0.6 l/s, se

realiza la diferencia de caudales para ambas curvas Q = (0.6 - 0.5)l/s = 0.1 l/s.

Se calcula la longitud equivalente L para ese Q: L = Q / Ip E = 0.1/ 0.0043 0.6 m = 39 m

Se lee de la curva de los 0.6 l/s para L = 200m el Tesc = 70 min:

200 m 0.6 l/s Te = 70 min.

39 m 0.5 l/s Te = 90 min.

Clculo del Tiempo Total de riego: es la suma:TT = Ti + Tesc = (215 + 90) min = 305 min.

Clculo de la eficiencia: se realiza la relacin entre el Tesc obtenido y el Ti calculado con la lminaa reponer: Ti / Tesc = 215 / 90 = 2.4




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Ea = 2 . (Ti / Tesc) / ( 1+ 2.(Ti / Tesc) = 0.83 = 83%.

RIEGO POR SURCOS SIN PENDIENTE.Para este caso se impone un caudal instantneo elevado y surcos cortos. Para que el riego sea

eficiente se recomienda que los surcos no tengan una longitud mayor de 120 a 160 metros segn la

textura del suelo, para evitar el desborde en la parte superior o cabecera del mismo. Es necesario

colocar un caudal grande por surco para que llegue el agua lo antes posible al final del mismo. Es

decir que, en este caso no interesa conocer el tiempo de infiltracin, ni el tiempo total, slo es

importante el llamado tiempo de aplicacin Ta . Que se calcula usando la ecuacin: QT = A d.

Por ejemplo, para una lmina neta de 60 mm a reponer, con una eficiencia de aplicacin del 60%,

nos dar:

60 mm / 0.60 = 100 mm = 1000 m3/Ha.

Ta = A d / Q , y suponiendo un caudal para riego de 200 m3/ hora, el tiempo de aplicacin para una

ha ser:

Ta = 1 Ha. 1000 m3/Ha./ 200 m3/ h. = 5 horas.

Donde A es el rea regada en Ha., Q es el caudal derivado para riego en m3/h. y d es la lmina

bruta de riego en mm.

En riego por surcos sin pendiente slo es posible colocar grandes lminas de agua al suelo. Es

imposible colocar eficientemente 1000 m3/Ha. Porque los Ta son tan bajos que el agua no alcanza a

llegar al fondo del surco. Por lo tanto, se recomienda este tipo de riego por surcos sin pendiente en

el caso de terrenos con una infiltracin moderadamente elevada, de pendiente natural escasa y para

cultivos de raz profunda en los que la lmina de reposicin del suelo siempre sea mayor a 100 mm.

DISPOSICIONES ESPECIALES EN RIEGO POR SURCOS.Corrugacin.Consiste en la instalacin de surcos de escasa profundidad y de reducido espaciamiento.

Normalmente se emplea este mtodo en cultivo sembrados al voleo, especialmente las forrajeras y

cereales (cebada, centeno), en suelos medianamente irregulares, de mayor pendiente que los

surcos comunes, y de naturaleza fsica medianos a pesados. Es un mtodo clsico para cultivos

regados por inundacin, y que, ya sea por una inadecuada nivelacin del terreno, o porque el suelo

forma costra al secarse, no puede aplicarse la inundacin.

Surcos en curvas de nivel.Es el mtodo comnmente empleado en terrenos con fuertes pendientes, donde la sistematizacin

del terreno para otros mtodos de riego por superficie obliga a grandes movimientos de suelo, o an

cuando se los realice la calidad del suelo no lo permite.




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Los surcos no siguen estrictamente las formas de las curvas de nivel, sino que se trazan con una

pendiente determinada. Esta pendiente tiene la finalidad de evitar el desborde del agua en el

sentido de la mxima pendiente, cuando debido a la presencia de cualquier obstculo se eleve

exageradamente el nivel del agua en el surco. La pendiente del surco normalmente es leve, entre el

0.2 y 0.3%, slo con la finalidad de mantener un adecuado escurrimiento en los surcos.

Surcos en zig-zag.Se usa en terrenos de fuertes pendientes y cuando no es posible o no resulte conveniente aliviar el

efecto de la pendiente por otros mtodos. Se emplea especialmente en montes frutales y tiene por

finalidad reducir el efecto de la pendiente de los surcos, aumentando su longitud, para el mismo

desnivel. Pero posee un efecto secundario, en cada cambio de direccin del surco se produce una

prdida de energa, sobreelevacin del pelo de agua (remanso) aguas arriba del mismo,

aumentando el permetro mojado y como consecuencia el rea de infiltracin.

CONTROL Y DISTRIBUCIN DEL AGUA EN EL RIEGO POR SURCOS.Un esquema general consiste de una sobre-acequia en la cual se riega una parcela, por ejemplo, se

derivan las regueras, cada una de las cuales alimentan un determinado nmero de surcos. En los

viedos con surcos en pendiente, la reguera abastece a 10 surcos, este conjunto recibe el nombre

de tapada. El regante dispone el nmero de tapadas que podr operar en forma simultnea, de

acuerdo al caudal con que cuenta en la cabecera de la parcela.

Cuando se trata de terrenos con pendiente existirn escurrimientos al pie de los surcos que son

recogidos en el drenaje, y a travs de un crucero se incorpora al caudal disponible para riego de la

parcela inferior (riego encadenado).

FIG. No 5.13

GRAFICO DE ENSAYOS DE RIEGO POR SURCOS

El control de caudal que se incorpora a cada surco se realiza a ojo por el regante, quien modifica

la seccin de entrada al mismo con tierra, piedras, ramas, champas. Para regular el nmero de

tapadas habilitadas para el riego se usa una serie de compuertas ubicadas en la acequia.




18

Pero tambin se pueden emplear elementos especiales que permiten un exacto control del caudal

entregado por surco, por ejemplo, los tubos y los sifones, en los cuales el caudal erogado es funcin

de la seccin y de la carga h que vara si la salida est libre o sumergida.

FIG. No 5.14

CONTROL DE CAUDAL POR TUBOS

FIG. No 5.15

CONTROL DE CAUDAL POR SIFONES

LONGITUD Y CAUDALES MAXIMOS RECOMENDABLES EN RIEGOS POR SURCOS SEGNLA PENDIENTE Y LA TEXTURA DEL SUELO (MERRIAM 1970)




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CUADRO No 5.2

LONGITUDES DE SURCOS

Cuando se trata de terrenos con pendiente existirn escurrimientos al pie de los surcos que son

recogidos en el drenaje, y a travs de un crucero se incorpora al caudal disponible para riego de la

parcela inferior (riego encadenado).

B.- RIEGO POR INUNDACIN O A MANTO.En este mtodo de riego superficial, la capa radical de suelo se humedece al mismo tiempo que el

agua cubre con una delgada lmina la superficie. Dicha inundacin puede ser natural cuando se

aprovecha la elevacin del nivel de los ros; o puede ser artificial, en cuyo caso el hombre

sistematiza los terrenos, conduce el agua y los inunda.

A su vez la inundacin puede ser continua, en el caso especial de cultivos como el arroz, o pueden

ser intermitentes, cuando se riega peridicamente, o sea a intervalos, para reducir la humedad del

suelo.

TIPOS DE RIEGO POR INUNDACION:Se pueden distinguir cuatro tipos de variantes de riego por inundacin: melgas, corrimiento, melgas

en contorno y palanganas.

1.- RIEGO POR MELGAS:




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El agua escurre sobre la superficie en delgadas lminas, humedeciendo al mismo tiempo el terreno.

El perfil de la lmina de agua, y del frente de humedad del suelo es variable en funcin del tiempo y

un esquema es el siguiente, se divide la superficie en melgas, o sea, en fajas de terreno separadas

por bordes.

FIG. No 5.16

RIEGO POR MELGAS

El riego por melgas se emplea en cultivos que tienen gran densidad de siembra, por ejemplo los

cereales y forrajeras sembradas al voleo. Los terrenos deben ser llanos (de poca pendiente), y que

tengan buena velocidad de infiltracin y baja erodabilidad.

El caudal para una misma longitud de melga es funcin del ancho de la faja o espaciamiento de los

bordos, y teniendo en cuneta que un espaciamiento reducido fraccionara mucho el rea irrigada, se

requiere para este sistema caudales grandes.

La eficiencia en el riego por melgas es elevada, pero se requiere una buena nivelacin, de modo

que los gastos de instalacin del sistema tambin son elevados.

Pendiente.La lmina en todo el ancho de la melga debe tener una altura uniforme, por lo tanto sta debe estar

completamente a nivel transversalmente.

En el sentido longitudinal, se presentan tres casos al igual que en los surcos:

1. Sin pendiente (0%): no posee desage al pie y sin efecto de recesin de la lmina.

2. Pendiente leve (0.1-0.5%): con desage al pie y lmina con importante efecto de recesin.

3. Pendiente fuerte (0.5-1%): con desage al pie y lmina con limitado efecto de recesin.

Para evitar el efecto de la erosin los valores ptimos de pendientes en riego por melgas son

menores a 0.1 - 0.2%.

Caudal.El caudal se puede calcular por medio de:

q = Ip a (Ec. 5.25)

Donde:

q : Caudal por unidad de ancho de cada melga.

Ip : Velocidad de infiltracin promedio, y a es el rea unitaria de la melga (longitud).




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Por ejemplo, si se desea conocer el caudal Q que se requiere para regar una melga cuyo

espaciamiento entre bordes es E de 10 m y la longitud L es de 180 m, teniendo una Ip de 4.1

cm/hora (0.011 l/s m2).

a = 1.00 x 180 m2 = 180 m2

Q = 10 m x180 mx 0.011 l/s m2 = 19.8 l/s. 20 l/s.

Si se cuenta para el riego con un caudal de 63 l/s, slo podrn regarse simultneamente 3 melgas.

De acuerdo al clculo realizado, si la longitud de la melga es grande el caudal que transporta

tambin lo ser y podr suceder el caso que la altura de los bordos no sea la suficiente para el

mismo, o que se produzca erosin en la cabecera de la misma.

Al igual que en el riego por surcos, el mximo caudal a aplicar en las melgas sin pendiente es el que

puede contener los bordos, y en las melgas con pendiente es el mximo no erosivo.

El caudal mximo no erosivo ha sido determinado experimentalmente por Criddle:

qe = 5.57 io-0.75 (Ec. 5.26)

Donde:

qe : Caudal mximo no erosivo por metro de ancho de la melga en l/s m.

io : Pendiente de la melga en %.

Longitud de las melgas.La hidrulica de riego por superficie permite obtener la longitud ms adecuada para riego con alta

eficiencia. Diversas determinaciones experimentales han sido volcadas en tablas que permiten

seleccionar la longitud de la melga en funcin de la textura del terreno, pendiente y caudal.

La longitud tambin puede obtenerse en funcin de la ecuacin de Criddle.

Diseo del sistema de riego por melgas.Al igual que para el caso de los surcos, en el diseo de las melgas tambin se usa el grfico de

avance, determinado de acuerdo a los resultados de ensayos de campo. Entonces, habiendo

calculado el caudal mximo no erosivo, se procede a determinar la longitud de la melga L, para lo

cual se usa el grfico de avance ya mencionado. Los datos para el grfico son el tiempo de

escurrimiento Tesc, que se adopta como una cuarta parte del tiempo de infiltracin Ti , y el caudal

mximo no erosivo, con ambos se obtiene la mxima longitud de la melga. De la misma manera que

para surcos se calcula el caudal de infiltracin para las melgas.

En el diseo se pueden presentar tres casos distintos, de acuerdo a la pendiente de las melgas.




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Riego por melgas sin pendiente.Se analiza el caso a travs de la ecuacin: Q T = A d , ya conocida.

Lo fundamental es encontrar el tiempo de aplicacin Ta, se lo calcula tratando de colocar un caudal

elevado en la melga, con ello se logra que el agua llegue hasta el pie de la misma rpidamente y la

eficiencia se eleve. Para ello hay que contar con caudales mayores a 30 l/s y melgas de una

longitud no mayor a los 200 m cuando el suelo es de textura muy fina. Cuando se quiera introducir

un caudal mayor se puede abrir simultneamente varias bocas de modo que no haya problemas de

erosin.

Riego por melgas con pendiente.Se puede trabajar con un solo caudal y la longitud a fijar, para ello se lo elige cercano al caudal

mximo no erosivo produciendo el corte cuando el agua lleg al final de la melga. Para calcular el

tiempo de escurrimiento Te se procede como en los surcos, se calcula el Q y con l se calcula el

Te.

Para una diferencia de caudal Q se tiene:

L = Qmx / Ip E (Ec. 5.27)

Qmax. = 5.57 io-0.75 (Ec. 5.28)

Se calcula L, y con ese valor en el grfico de avance se obtiene el tiempo de escurrimiento Te.

La diferencia en ms o en menos del caudal elegido con el caudal sealado producir por

comparacin con la curva de avance elegida, un aumento o retraso del Te que se tendr en cuenta

en la eficiencia.

Con ese Te se entra en la curva de avance y se seala cul ser la longitud apropiada.

Riego por melgas con pendiente.Para este caso la longitud es fija y se calcula el caudal. El mecanismo de clculo es el mismo

seguido en el anterior caso, la longitud y el ancho producen un rea que multiplicada por el Q i en l/s

m2 da el caudal de infiltracin en l/s. Elegido el caudal se procede a buscar la curva de avance que

corresponda con el mismo, si no se encuentra, se busca la diferencia Q, que obviamente producir

un Te diferente.

En funcin de la diferencia Q se determina la diferencia de anchos de melgas y se encuentra

finalmente el Te en funcin de otra curva de caudales. Se calcula la eficiencia de aplicacin.

2.- MTODO POR CORRIMIENTO.En este mtodo, tambin llamado por desbordamiento, el agua se infiltra en el suelo, mientras corre

con una lmina delgada sobre la superficie.




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El agua desborda de una acequia que sigue aproximadamente las curvas de nivel y circula

pendiente abajo, recorriendo distancias que varan entre los 15 a 50 metros segn la naturaleza

fsica del suelo y topografa del terreno.

Este mtodo se emplea en terrenos de topografa irregular, de pendiente fuerte, en todos los tipos

de suelos que tengan buena velocidad de infiltracin y baja erodabilidad. Se lo emplea en cultivos

sembrados al voleo, especialmente en cereales y forrajeras de bajo valor econmico.

Requiere un gran caudal y se aplica especialmente en terrenos sin sistematizar, siendo baja la

eficiencia de aplicacin y de distribucin del agua.

Los gastos de operacin son elevados, dadas las condiciones en que se lo emplea, por lo que se

trata de un mtodo a usar donde el agua es abundante y de bajo costo, existencia de mano de obra

y cultivos de escaso valor econmico.

FIG. No 5.17

RIEGO POR MELGAS

3.- MTODO DE MELGAS EN CONTORNO.Cuando es necesario regar por inundacin terrenos irregulares con pendientes ms o menos

importantes (hasta el 2%) y en suelos de condiciones extremas (livianos o pesados de gran

velocidad de infiltracin y baja erodabilidad), se sigue con los bordos las curvas de nivel, originando

las melgas en contorno.

Se requiere un gran caudal para riego, porque es necesario llenar las irregularidades topogrficas

entre bordos. Al igual que en los otros mtodos por inundacin se lo usa para riego de cereales y

forrajeras, especialmente el arroz que requiere inundacin permanente.

La eficiencia se la puede considerar como regular y los gastos de operacin del sistema como

medios.

Las melgas estn intercomunicadas entre s, de modo que el caudal de alimentacin es uno solo,

que se traslada de una a la otra de acuerdo a la topografa del terreno.




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La longitud L de cada bordo depende de la pendiente del terreno, a menor pendiente mayor es el

tamao de las secciones a inundar. El diseo se basa en una ecuacin volumtrica, en donde a

medida que se llena cada compartimiento como el de la figura, la altura de agua h crece y por lo

tanto el volumen tambin, y asimismo el alcance de la lmina aumenta.

FIG. No 5.18

RIEGO POR MELGAS EN CONTORNO

4.- MTODO DE TAZAS Y PALANGANAS.Es un procedimiento similar al anterior, slo que en este caso se emplean pequeas secciones de

inundacin, el terreno queda prcticamente organizado en una serie sucesiva de terrazas. Se usa

en los terrenos de leve pendiente o a cero, en suelo de extremas condiciones en cuanto a su

naturaleza fsica (livianos o pesados), y de extrema velocidad de infiltracin y alta erodabilidad. Se

requiere grandes caudales, ya que las tazas se llenan rpidamente. Tiene eficiencia de riego alta y

alto costo de instalacin. Se emplea en frutales, comnmente se ubica un rbol por palangana (en

terrenos de caso a cero se pueden colocar hasta cuatro plantas por palangana).

Se deriva una reguera, desde una acequia cabecera, que es la que alimenta las palanganas. La

retencin del agua sobre esta reguera y una apertura del bordo permiten la entrada simultnea del

agua a dos palanganas.




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FIG. No 5.19

METODO DE TAZAS Y PALANGANAS

CONTROL Y REGULACIN DE LOS CAUDALES ENTREGADOS EN EL RIEGO POR MELGAS.El control y regulacin de los caudales usados se realiza en forma similar que para el riego por

surcos, es decir, desde la acequia o sobre acequia de cabecera se deriva el agua a cada melga.

De acuerdo al caudal disponible se establece el nmero de melgas a operar, para ello, se coloca

una sucesin de compuertas en la acequia que facilita la derivacin del caudal necesario.

La prctica comn consiste en abrir boquetes en los bordos para permitir el ingreso del agua. Dicho

procedimiento demanda mayores costos de operacin, pero permite un relativo control del caudal

entregado, con la finalidad de evitar la erosin en terrenos sueltos.

DIMENSIONES RECOMENDADAS PARA MELGAS DE RIEGO EN FUNCIN DE LA TEXTURADEL SUELO, DE LA PENDIENTE Y DE LA LMINA DE AGUA APLICADA EN CADA RIEGO

CUADRO No 5.3

DIMENSIONES RECOMENDADAS DE MELGAS




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TAMAO DE LAS MELGAS

CUADRO No 5.4

LONGITUDES MAXIMAS DE MELGAS

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Capitulo Viii Riego Por Gravedad