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FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO DE INGENIERA CIVIL Y
AGRCOLA
DISEO DE SISTEMAS DE RIEGO Ing. Jos Antonio Forero Saavedra
TALLER N 6. MELGAS EN CURVAS DE NIVEL PARA ARROZ
GRUPO 5 Integrantes:
_____________________________________________________________________
Edgar G. Gutirrez (273967) Ricardo E. Prez (273960) Marlon Y.
Prez (274059)
_____________________________________________________________________
Martes, 02 DE JUNIO 2015 BOGOT D.C, COLOMBIA
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ENUNCIADO.
Para el mismo predio del taller N 5 (Figura 1) disee un sistema
de melgas en curvas de nivel para un cultivo de arroz. Incluya la
disposicin del sistema y determine las capacidades de los
diferentes componentes de la infraestructura del mismo. La
informacin bsica es la siguiente
Infiltracin: F = 0,6198t0,661 + 7; F = mm, t = min
Lamina neta para la primera fase: 45mm
Capacidad total de retencin de humedad: 182mm
Lamina de saturacin en la zona de races: 187mm
Evapotranspiracin mxima: 7,6 mm/da.
Evapotranspiracin promedia: 6,4 mm/da.
Percolacin profunda estimada: 10 mm/da.
Embalse predeterminado: 85mm
El regador trabaja 8 das por cada intervalo de riego en la fase
1 del cultivo de
arroz, y durante esta fase, el riego solamente se puede llevar a
cabo en las horas
diurnas.
Debe incluir los clculos de escorrenta, asumiendo que la
precipitacin no es el factor
predominante. Presente una programacin adecuada del drenaje de
campo. Incluya las
recomendaciones necesarias para la construccin del sistema de
riego y drenaje. Incluya
tambin todas las recomendaciones necesarias para una correcta
operacin del sistema.
Figura 1. Topografa del Terreno
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ESTIMACION DE PARAMETROS BASICOS
Como se considerara criterios de mxima eficiencia para el diseo
del sistema de riego
por melgas en curvas de nivel, no resulta recomendable asumir un
valor cualquiera en
cuanto se refiere a la eficiencia del riego del mismo, por lo
cual se estableci el siguiente
mtodo de estimacin:
Eficiencia
Esta se determin mediante la relacin existente entre la lmina
que se requiere
en la zona de races (LMINA NETA) y la sumatoria entre esta y la
lmina que se
establece en el tiempo de cubrimiento total de la melga o tn/4
(LAMINA BRUTA).
Ya que al asumirse un sistema de mxima eficiencia se supone un
Riego
Normal donde la lmina infiltrada al llegar al caballn (su parte
ms alta) ser la
misma que la lamina neta o la requerida en la zona de races sin
permitir prdidas
por percolacin profunda en ese punto, por lo tanto:
= 0 (0) = 0.6198 (0)0.661 + 7
= (
4) = 0.6198 (
4)
0.661
+ 7
figura 2 vista melga de perfil
: = 45 45 = 0.06198 ()0.661 + 7
= (45 7
0.6198)
10.661
= 506.15
4: (
4) = 0.6198 (
506.15
4)
0.661
+ 7
(
4) = 22.19
Entonces, como se mencion anteriormente, se tiene el clculo de
la eficiencia
como se muestra a continuacin:
-
= ( )
( )=
+ (4 )
=45
45 + 22.19
= . (. %)
Lamina bruta
= 45 + 22.19 = . (2)
Frecuencia de riego
Al ya conocerse la lmina requerida en la zona de races, se
estima la frecuencia
de riego usando como parmetro de diseo la Evapotranspiracin
Mxima al ser
un requerimiento crtico, como se muestra a continuacin:
=
=45
7.6 /
= .
CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEO
Diseo de los caballones
Como primer paso en el diseo del sistema se determina la altura
de los caballones, para
esto se tiene en cuenta la siguiente ecuacin:
= + + + Donde:
Hc=Altura del caballn en cm
= Intervalo vertical entre caballones en cm Lb = Lamina bruta en
cm
bl = Borde libre en cm
As =Tolerancia por asentamiento
Para encontrar el intervalo vertical entre caballones debemos
conocer la pendiente del
terreno pues influye en este valor, ya que vara entre 6 cm a 12
cm segn se tenga una
baja o una alta pendiente respectivamente.
a. Intervalo vertical entre caballones
Se calcula la pendiente del terreno pues se tiene las cotas
mximas y mnimas del terreno
as como su longitud.
-
=100.25 98.65
400 0= 0.004 . % < 0.5%
Donde este cumple con la restriccin de aplicabilidad de terrenos
con pendientes
menores a 0.5%. Ahora, para calcular el intervalo vertical entre
caballones se realiza una
interpolacin lineal entre el intervalo anteriormente
mencionado
S (%) h (cm)
0 6
0.4 X
0.5 12
% , %
, %
,
Se divide el lote en un numero de franjas que sea acorde ms que
todo a la frecuencia
de riego que con el horario de trabajo del regador, para que el
cultivo no vaya a sufrir
estrs por humedad, para esto inicialmente se calcula la cada
total del sistema dada por
la diferencia entre mayor y menor curva de nivel en el lote:
C = . . = .
Ahora, para encontrar el nmero de franjas en las que el lote se
dividir, se toma la cada
total y la dividimos entre el , de la siguiente manera:
# = ,
, = ,
Con la finalidad de que el nmero de franjas sea mltiplo de la
frecuencia de riego, se
toma un valor menor de intervalo vertical entre caballones, se
seleccion un valor de =0.09 9 , con eso el nmero de franjas
ser:
# = ,
, =
De esta manera cumpliendo el requisito anteriormente
mencionado.
b. Altura del caballn
La SCS (Servicio de Conservacin de Suelos) recomienda que el
borde libre del no sea
inferior a 8 cm y la tolerancia por asentamiento sea como mnimo
de 9 cm, por diseo se
usaran estos valores, teniendo en cuenta el intervalo entre
caballones nuevamente
calculado, o sea 10 cm. Como resultado se tiene como altura
mnima de los caballones:
-
= + + + = + . + +
= .
Donde
= () = () = () = () = ()
Dimensiones de Melgas, # de Melgas y Restricciones para el
regador
a. Restricciones para el regador
Como se tiene la restriccin de que el regador trabaja 8 das por
intervalo de riego pero la
frecuencia de riego es 6 das, se recomienda dividir el terreno
en esta ocasin en
funcin de la FRECUENCIA DE RIEGO o mltiplos de 6.
6 1
12 2
18 3
...
De lo anterior se tiene como recomendacin que:
EL REGADOR DEBE DISMINUIR SUS DAS DE TRABAJO DE 8 A 6 DIAS con
el fin de
evitar efectos de estrs hdrico a la planta, ya que si se toma
como parmetro de diseo el
jornal del trabajador, el cultivo dejara de recibir agua durante
dos das que tiene de ms
el horario de trabajo del regador a la frecuencia de riego del
cultivo.
b. Ancho de las franjas
De acuerdo a como se haba estimado anteriormente, el nmero de
franjas en funcin
de la cada total del terreno debido a las cotas de la parte ms
alta y baja, es 18 por
cuestiones prcticas de diseo y manejo de riego.
# = ,
, =
-
Para el caso del ancho como se tiene que el predio tiene 400 m y
se configurarn 18
franjas, entonces el ancho de cada melga ser:
= 400
18 = .
c. Longitud de las melgas
Se tiene como restriccin la recomendacin hecha por el SCS de los
Estados Unidos, en
que la longitud mxima para los drenes debe ser de 200 m en caso
de tener una sola
salida de drenaje (parmetro de diseo adoptado para este
sistema), o en otras
palabras la longitud mxima de la melga ser de 200 m.
Como parmetro de diseo, se adopt una longitud de melga de 200
m.
d. Diseo del sistema
De acuerdo a lo anterior, se tiene como diseo tanto de
configuracin como dimensiones
del lote como se muestra en la figura adjunta:
figura 3 diseo preliminar
Como resumen se tiene que:
# = 4
# = 18# = 72
-
De acuerdo a lo estipulado, para cumplir con la frecuencia de
riego el trabajador cubrir:
# =#
=
72
6 =
Entonces como configuracin se tiene que el riego ser de 12
melgas por da, o sea
de 3 franjas por da.
Para el caso de reas, se tiene:
1 =
=
(400 800 )
6 =
320000 2
6 =
/
rea por franja
=
= . =
rea de cada melga
=
# =
=
CONSIDERACIONES ESPECFICAS EN EL DISEO PARA EL CULTIVO DE
ARROZ.
Como procedimiento de diseo para el caso especfico del cultivo
de arroz, adems de la
metodologa anteriormente utilizada, se calculan los siguientes
parmetros que permitirn
establecer el caudal de diseo necesario para que el cultivo
cumpla con el siguiente
criterio:
el caudal para cada melga debe ser lo suficientemente grande
como para permitir la
cobertura de la superficie de la melga promedio en un tiempo no
mayor a del tiempo
necesario para que se infiltre la Lamina Neta. Con este criterio
se pretende lograr mayor
uniformidad de distribucin de agua que sea posible, en la
aplicacin del agua (FORERO
SAAVEDRA, 2000)
-
a. Tiempo Necesario para que se Infiltre la Lmina Neta (Tn)
Como ya se defini una ecuacin de infiltracin y al inicio del
documento, tomando la
lmina neta de la primera fase y despejando el tiempo se puede
decir que:
= ( 7
0.6198)
1/0.661
= (45 7
0.6198)
1/0.661
= 506.16 min
Entonces se obtiene que = .
b. Lmina Promedio Infiltrada ( )
Primero se estima que
= .
Ahora se puede determinar la lmina promedio infiltrada (
8 ) , a partir de la misma
ecuacin de infiltracin dada y usando 8
.
1 = 0,6198 (
8)
0,661
1 = 0,6198 (63.27 )0,661
= .
c. Lmina Promedio Superficial ( )
Tomando el valor obtenido para el intervalo vertical entre
caballones se puede determinar
esta lmina as:
1 =
2
1 = 90
2 =
d. Caudal por unidad de rea de riego (q1)
Este es el caudal para proporcionar una lmina equivalente a la
suma de la lmina
promedio infiltrada, y la lmina promedio almacenada, . Sin
embargo, para esto se
-
hace la aproximacin de asumir que la funcin de infiltracin y
avance son lineales. De
esta forma se obtiene:
1 = 4(1 + 1 )
6()
= 4(9,61 + 45 )
6(506,16 )= ,
El valor de 6 resulta de la conversin de unidades.
e. Tiempo por posicin (tp)
Este tiempo es cuando en cada punto de la melga se recibe la
lmina neta o ms. Es
decir, la suma del tiempo para satisfacer la necesidad hdrica (
) ms el tiempo
necesario para cubrir la melga ( ).
= (5
4) =
5
4 506,16
= , = 10.545 <
Como se estipulo en el enunciado, el sistema de riego tiene como
restriccin que para
esta etapa, el riego solamente es posible realizarlo en horas
diurnas.
En comparacin con lo anterior se ve que cumple al no excederse
del horario establecido
de solo horas diurnas.
f. Nmero de posiciones de riego por da (N)
Resulta ser el entero de la relacin entre el tiempo de riego por
da expresado en minutos
y el tiempo por posicin, en min. De esta forma, el nmero de
posiciones se indica como:
= [60
] = [60
10.545
, ]
= 1
=
El valor de 60 resulta de la conversin de unidades de
tiempo.
De acuerdo con las condiciones que se tienen para este caso, el
nmero de posiciones
que se pueden hacer por da es 1.
-
g. Determinacin del rea total regada por posicin (A1)
Por el paso anterior se conoce que el nmero de posiciones por da
es 1. De acuerdo con
esto, se estima el rea de dicha posicin como:
=
=
32
1 6= ,
Fase De Humedecimiento
Esta fase consiste en el humedecimiento de las semillas y
plntulas, con riegos muy
ligeros y frecuentes, adems de lminas muy pequeas (mojes).
Generalmente se llevan
los suelos hasta capacidad de campo a la profundidad mnima
manejable despus de la
siembra en seco. (FORERO SAAVEDRA, 2000)
Para el caso especfico del arroz, se considera los parmetros
anteriormente calculados
del numeral a la numeral f, y que el Caudal para esta etapa
corresponde al producto entre
caudal unitario definido previamente (q1) y el rea que puede ser
regada de forma
simultnea (A1).
= = ,
, = .
Fase De Inundacin
Durante esta fase se establece que toda el rea de riego debe
cubrirse con agua con una
lmina de embalse, Ep, durante un el tiempo necesario para que el
cultivo agote la mitad
de la inundacin disponible en la zona de races al 50% de su
capacidad de retencin, a
la mxima tasa de evapotranspiracin.
Para ocurra eso, Ep, debe encontrarse entre 50 mm y 100 mm, para
este caso como
parmetro de entrada se dio un embalse predeterminado de 85
mm.
Como procedimiento inicial se determina el tiempo de la fase de
inundacin o ti, definida
anteriormente, como se muestra a continuacin:
=720 (0,5 )
Donde:
= . =
-
Como parmetros de entrada se determinaron en el enunciado del
diseo que:
= = . /
Entonces
=720 (0,5 182)
7,6
= 8621,05 min = 6
Teniendo este tiempo de inundacin pasamos a calcular el caudal
correspondiente a esta
fase el cual depende tambin de:
2 = [( +
2 + + )
6]
() = 187
2= () = 45
() = 85 ().
= 32
Antes de aplicar la ecuacin del caudal, debemos entonces
calcular la lmina perdida por
percolacin profunda durante el tiempo de inundacin, sabiendo
como parmetro de
entrada que la percolacin profunda estimada es de 10mm/da, de la
siguiente manera:
=10
1
1440 8621,053
= 59,868
Reemplazando entonces para encontrar el caudal correspondiente
tenemos que:
2 = [(187 + 45 + 85 + 59.868 )
6 8621.05 ] 32
= .
Fase De Mantenimiento De La Inundacin
-
Durante esta fase tenemos un caudal que debe restituir
continuamente al embalse el agua
que se pierde por percolacin profunda, ms aquella requerida por
el cultivo de arroz, de
acuerdo a la siguiente ecuacin:
3 = (
8640+
8640
)
Donde:
= 10 /
= 6.4 /
() = 32
Reemplazando entonces para determinar el caudal en esta fase
tenemos que:
3 = (10
8640+
6,4
8640) 32
= .
CAUDAL A DRENAR ESCORRENTA SUPERFICIAL
Como se dijo anteriormente, en este tipo de riego es necesario
drenar una parte del
caudal aplicado que equivale a la lmina promedio de
almacenamiento . Por lo tanto, se determina el caudal a drenar por
unidad de riego. La lmina promedio infiltrada no se
tiene en cuenta ya que esta ya ha sido infiltrada.
= 4(1 )
6() =
4 (45 )
6 (506,16 )= 0,05927
3
Y teniendo en cuenta el rea a drenar por posicin (3 franjas por
posicin o por da), el
caudal de escorrenta es
/ = 1 = 3 5,33 0,059273
= 0.9477
3
Fase Tiempo por
etapa (min)
Caudal
(m3/s)
Frecuencia
(das)
Humedecimiento 632.70 0,3833 6
Inundacin 8621,05 0,2331 -
Mantenimiento de la
inundacin
0,0607 -
Drenaje 0.3159 6
-
Vale la pena resaltar que la inundacin, a pesar de manejar un
caudal bajo, el tiempo
de riego es alto. Esto se debe a que evidentemente se tiene que
tapar el cultivo a
partir de este pequeo caudal. Es por esto que el tiempo para
esta fase es de 8621,05
min (aproximadamente 6 das),
Otro aspecto a destacar es que la fase de humedecimiento
contempla no solo el
tiempo de infiltracin de la lmina neta sino que tambin el tiempo
de cobertura de la
melga, o sea el tiempo estimado por posicin o tp, el cual es
632, 70 min.
CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE LOS CANALES PARA EL SISTEMA
PARA LOS CANALES DE RIEGO
a. Canal regador:
= 1
= 0,071923
1,77 = 0.1272
3
Nmero de canales regadores: 18
Longitud de cada canal regador: 800 m
b. Canal alimentador:
Para determinar la capacidad de este canal, se hace un
procedimiento similar al paso
anterior. La nica diferencia es que el rea es el rea por posicin
(5,33 ha)
= 11
= 0,071923
5,33 = 0.3833
3
Nmero de canales alimentador: 1
Longitud de cada canal alimentador: 400 22.22 m = 377.78 m
PARA LOS CANALES DE DRENAJE
a. Dren de campo:
Para este dren, se siguen las consideraciones del SCS, y se
asume que su longitud
de la melga es la mxima (200 m). Por tanto, la capacidad de este
dren es funcin del
rea de la melga:
=
= 0,059273
0,44 = 0.02628
3
-
Nmero de drenes de campo: 72
Longitud de cada dren de campo: 200 m
b. Dren longitudinal de campo:
Este dren recoge el agua contenida de toda la franja, es decir
hay uno por cada franja
o simplemente producto entre el caudal de drenaje para cada
melga por el nmero de
melgas para cada franja (4 melgas por franja). Su capacidad se
define como:
=
= 0,059273
1.77 = 0.1049
3
O simplemente
= # melgas por franja
= 0.026283
4 = 0.1051
3
Nmero de drenes longitudinal de campo: 18
Longitud de drenes longitudinal de campo: 800 m
Por facilidad de construccin se determina construir un solo
canal de drenaje que
abarque las 4 melgas por franja, el cual tendr una longitud de
800 m.
c. Dren colector de campo:
Este dren recoge el agua a drenar del nmero de franjas regadas
por da de riego, que
en este caso son 3:
= 1
= 0,059273
5.33 = 0.31591
3
Nmero de drenes colectores finales: 1
Longitud de drenes colectores finales: 378 m
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RECOMENDACIONES
RIEGO Y DRENAJE
Primeramente ya que la construccin de las melgas se har en el
sentido de las curvas
de nivel, las dimensiones y el rea de cada una de ellas ser un
valor aproximado al real.
Se propone un rea aproximada para cada melga de 0.44 ha (L= 200
m y w= 22 m).
Aclarando que la construccin de franjas igualmente se debe hacer
siguiendo las curvas a
nivel.
En cuanto a la construccin de los canales de riego y drenaje, se
deben considerar las
capacidades y dimensiones halladas y propuestas en loa numerales
a,b,c,d de la seccin "CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE LOS CANALES
".
Lo concerniente a el cronograma del drenaje, la programacin ser
distinta dependiendo
de la fase en la que se encuentre el riego. Por lo tanto para la
fase de humedecimiento es
claro que se debe drenar todos los das ya que en esta fase se
debe mantener el nivel
adecuado de humedad sin incurrir en un exceso. En las dems fases
en donde el cultivo
permanece inundado se recomienda drenar cada 6 das como
mnimo.
A continuacin se ilustra una tabla donde se resume el cronograma
de drenaje.
Etapa Frecuencia de drenaje
Humedecimiento Todos los das
Inundacin Fr crtica = Cada 6 das mnimo
Mantenimiento de la Inundacin Fr crtica = Cada 6 das mnimo
RECOMENDACIONES DE OPERACIN:
El diseo esta dado para periodos de ETmax y LNmax (profundidad
de races mxima) que el
tiempo de riego es de 10 horas y 33 minutos para el riego por
cada posicin, que
corresponde a 3 franjas, es decir, 5.33 ha regadas al mismo
tiempo, equivalente a un
caudal de Q = 0,38333m3
seg.
Con respecto a la frecuencia de riego, se determina para estas
condiciones una
frecuencia de 6 das. Cambiando as la disposicin del operario
para regar (que son
8 das) para cumplir con los requisitos de frecuencia de riego
del cultivo. A
continuacin se presenta la programacin del riego
recomendada.
Da Franja Regada
1 Franjas 1 2 3 2 Franjas 4 5 6 3 Franjas 7 8 9 4 Franjas 10 11
12 5 Franjas 13 14 15 6 Franjas 16 17 18
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O como se muestra en el siguiente esquema de riego:
Como criterio de diseo se selecciona la Profundidad de Races
Mxima junto con la
evapotranspiracin mxima, ya que estos parmetros representan el
mximo estado de
desarrollo fenolgico que el cultivo puede alcanzar, y en el cual
se vern los
requerimientos mximos de lmina necesaria para que el cultivo se
desarrolle de manera
ptima, el cual, el sistema debe estar en capacidad de
proporcionar.
Sin embargo, para cada una de las etapas, estos parmetros como
la Evapotranspiracin
y la Profundidad de races, varia. Por lo cual La Frecuencia, la
lmina de riego y los
caudales requeridos, tambin cambia. Por esto, se recomienda
entonces conocer estas
variables para el correcto manejo del sistema de riego, de esta
manera poder realizar
esta labor de manera eficiente, satisfaciendo los requerimientos
hdricos del cultivo de
manera precisa y disminuyendo las prdidas que se pueden
presentar.
A continuacin se puede visualizar un ejemplo de la variabilidad
de la evapotranspiracin
en funcin del tiempo para el cultivo de Arroz:
-
Figura 1. Ejemplo de comportamiento anual de la
evapotranspiracin de las gramneas
forrajeras en Villahermosa, Teapa y El Triungo. Mxico.
(Ruz-lvarez & al., 2011)
El caudal ms grande que se debe suplir es el de la primera fase
(humedecimiento),
debido a los mojes regulares en el cultivo. En esta etapa el
cultivo es "inundado" con una
lmina pequea para evitar el desarrollo de plagas que puedan
afectar el crecimiento del
arroz (ya que en este estado fenolgico se encuentran ms
vulnerables a efectos
externos). Por lo tanto el sistema debe estar en la capacidad de
suplir la cantidad ms
crtica de agua que es esta, y por ende suplir las dems
fases.
Por lo cual se propone la siguiente programacin tentativa para
el riego:
RIEGO
Fase
Tiempo por
etapa (min)
Tiempo por
etapa (hr)
Hora Tentativa
Inicio
Hora Tentativa
Final
Caudal (m3/s)
por posicion
FRANJAS A REGAR
DIA
Humedecimiento
632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0.3833 1 - 2 - 3 1
632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0.3833 4 - 5 - 6 2
632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0.3833 7 - 8 - 9 3
632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0.3833 10 - 11 - 12 4
632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0.3833 13 - 14 - 15 5
632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0.3833 16 - 17 - 18 6
Es importante destacar que la inundacin, a pesar de manejar un
caudal bajo, el tiempo
de riego es alto, esto se debe a que evidentemente se tiene que
tapar el cultivo a partir de
este pequeo caudal. Es por esto que el tiempo de riego para esta
fase es de 8621,05
min (aproximadamente 6 das).
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BIBLIOGRAFIA
FORERO SAAVEDRA, J. A. (2000). Riego por melgas en curvas de
nivel. Bogot,
D.C: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de
Ingeniera.
Ruz-lvarez, O., & al., e. (2011). Requerimiento de riego y
prediccin del
rendimiento en gramneas forrajeras mediante un modelo de
simulacin en Tabasco,
Mxico. Agrociencia , 45 (7), 745-760.
