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Tecnología de Tierras y Aguas I - Bases Técnicas para el Riego

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TEMA 10

BASES TÉCNICAS PARA EL RIEGO

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INTRODUCCIÓN La Hidráulica Agrícola se ocupa de todos los estudios necesarios que se deban hacer para lograr que la planta crezca en condiciones optimas. No tiene sentido la Hidráulica Agrícola si no existe producción vegetal. Analiza las situaciones limitantes del desarrollo de las plantas ( entre otros factores: el agua). El Riego ( que es una de las partes de la Hidrología Agrícola ) estudia la manera de darle el agua que le falta a la planta. En el otro extremo opuesto del Riego se encuentra lo que se denomina Saneamiento Agrícola, es mas general que el aspecto del Drenaje, pues en el intervienen un sin número de problemas. El Saneamiento Agrícola comprende todas las obras y manejos necesarios para eliminar todo exceso de agua, tanto externo o interno del suelo, de manera de lograr un equilibrio entre el aire y el suelo que favorezca el desarrollo de los vegetales. Un aspecto que se presenta en el Drenaje: es un medio saturado que impide el desarrollo de las plantas la solución consiste en disminuir el exceso interno de agua en el suelo para permitir el desarrollo de las plantas. Otro aspecto es el Desagote: se debe tratar de evitar el exceso de las aguas superficiales. El tercer aspecto de la Hidráulica Agrícola es el ordenamiento de vertientes, que tiene como fin el escurrimiento de las aguas en la cuenca, de manera de permitir que la vegetación se implante, eliminando de esta manera la erosión y equilibrar el sistema que originalmente estaba desequilibrado. RIEGO: OPERACIÓN PARA SATISFACER LAS NECESIDADES DE AGUA POR PARTE DE LAS PLANTAS. Bases Técnicas Racionales para el Riego: 1) Las plantas y el agua: el agua para las plantas es un elemento determinante ya que es el vehículo a través del cual la planta absorbe las materias nutritivas del suelo. El otro extremo de la relación es la transpiración, el cual tiene un efecto de regulador térmico, si las plantas están exigidas por el clima transpiran, si esta exigencia supera su capacidad, marchitan ( es uno de los métodos de defensa de las plantas ), esta transpiración genera una especie de microclima ( que cierra los estomas ). El tercer aspecto es que forma los tejidos vegetales. En general las plantas ( las que nos interesa estudiar ) toman el agua del suelo a través de las raíces, existen otras formas de absorber el agua, pero no es la característica de las plantas cultivables. Como nuestro objetivo es darle agua a las planta, implica debe analizarse la forma en que la planta toma el agua, por ello se analizan las raíces, de las cuales existen diferentes tipos, que están condicionadas por:




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a) tipo del vegetal. b) características del suelo. c) condiciones de humedad. En general las raíces exploran todo el horizonte posible del suelo, siempre que no hayan condiciones que impidan su crecimiento, un ejemplo son los horizontes impermeables y duros este tipo de suelo da lugar a que se desarrolle un tipo de raíz que no es la natural de la planta. Un fenómeno similar se presenta cuando por efecto de la elevación de la napa freática el agua se encuentra muy cerca de la superficie, por lo que la raíz solo explora la zona no saturada. Las raíces exploraran todo el horizonte fértil del suelo y donde haya humedad (en estado de capilaridad) no saturada. La planta tratara de extender sus raíces por todo el volumen circundante que le permita su especie. La competencia de otras plantas reduce el volumen de exploración. Teniendo en cuenta estas consideraciones con respecto a la forma de nutrirse la planta, es conveniente que las plantas desarrolle sus raíces de la mejor manera. Dado que ellas buscan la humedad, con el riego se puede manejar su crecimiento. El valor desde el punto de vista del riego que nos interesa caracterizar es la profundidad radicular. Pues nos dice cual es el horizonte que tenemos que llevar a la capacidad de campo, ello a su ves significa que volúmenes debemos manejar. En general las plantas succionan mas en superficie que en profundidad. Se realiza un esquema que es el patrón de extracción de agua por parte de las plantas. Este tendría una forma del tipo:

Figura 1: Patrón de extracción de agua por parte de las plantas. Este patrón de succión no es una cosa rígida y varia de acuerdo a la especie, lo que de ninguna manera significa que la planta subsista por tener agua por una de las secciones. Puede suceder que la planta sobrevivan mas por la sección del 10% que por la del 40% superficial ( afectado por la evaporación y succión de las plantas ). De cualquier manera lo importante es el conocimiento de D.




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Otro aspecto importante es la tensión de succión, en general las plantas desarrollan tensiones de succión para vencer la resistencia conque el suelo retiene el agua por capilaridad, la que aumenta a medida que disminuye la cantidad de agua; llega a un punto que la planta no puede extraer la humedad del suelo pues es mayor la tensión de retención que su capacidad de succión. El clima le exige que transpire y esta se marchita ( este fenómeno tiene dos etapas : marchitez temporaria y permanente ), la primera de las cuales es reversible. Debe lograrse que no llegue a producirse este tipo de letargo (marchites temporaria) que da lugar a un periodo de tiempo durante el cual la planta no crece (suelen instalarse en alguna regiones de alta frecuencia de vientos cortinas forestales, para evitar que la planta no sea exigida por el viento y que de esta manera sea llevada al letargo, por lo que se produciría un menor crecimiento). Lo deseable es obtener una transpiración moderada durante todo el día. La marchitez permanente se produce cuando luego de 24 horas la planta con agua no se recupera, implica se ha marchitado totalmente, este fenómeno esta asociado con un valor de tensión de succión que se mide en atmósfera de presión, difiere de acuerdo al tipo de especie, se admite para las plantas de nuestro interés una tensión de succión de 15 atm. ( en México existen cactus que succionan hasta presiones del orden de las 100 atm.) Por lo que los puntos a considerar serian: . obtener el valor de D, para saber que horizonte debemos regar. . obtener el punto de marchitez permanente. 2) Relación del suelo con el agua: El suelo desde el punto de vista del riego es el almacén de elementos nutritivos para las plantas. El suelo es un lugar donde habitan las bacteria, a su vez es un reservorio de agua, y es el soporte y anclaje de las plantas. Se considerara al suelo como un acuífero al que se recargara, no hasta el punto de saturación, sino hasta el punto limite entre el agua capilar y gravitacional. Se calculara la capacidad de recepción de agua por parte del suelo ( volumen medido por unidad de superficie), y lo trataremos como un simple reservorio que se gasta y se vuelve a llenar. 3)Propiedades físicas del Suelo: El suelo es una mezcla porosa de partículas inorgánicas, de materia orgánica, de aire, de agua y de organismos vivos. Los elementos físicos que utilizaremos para identificar al suelo serán: a) TEXTURA: estará determinada por las dimensiones de las partículas que lo constituyen. La proporción relativa de los diferentes grupos de clasificación en tamaño definen su granulometría. Difiere, de acuerdo a los diferentes autores y organismos, los limites para clasificar uno u otro grupo:




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Ejemplo de clasificaciones: ARENA............0.05 mm a 1 mm LIMO.............0.002 mm a 0.05 mm ARCILLA..........<0.002 mm Estos valores se llevan a esquemas triangulares y de acuerdo a su posición se obtiene uno u otro tipo. . Suelos arenosos ( gran proporción de arenas, suelo de textura gruesa ) . Franco Arenoso ( mayor proporción de arenas frente a limo y arcilla ) . Suelo Franco ( los porcentajes de los tres elementos son similares ) . Franco Limoso ( mas del 50% de limo ) . Franco Arcilloso ( mayor porciento de arcilla ) . Arcilloso ( suelo de textura fina ) En agricultura en general se hablan de suelos livianos y pesados ( arenosos y arcillosos respectivamente ) se mide en función de la resistencia que ofrecen a la maquinaria agrícola. La textura influye mucho sobre el movimiento del agua en el suelo, la circulación del aire y la velocidad de las transformaciones químicas. La textura no se puede modificar. b) ESTRUCTURA: es la forma de la acomodación de las partículas que constituyen el suelo. Tiene una gran importancia en el aspecto de circulación del agua. Puede ser: rocosa, prismática, rectangula, etc. Desde el punto de vista del riego conviene que sea una estructura abierta, lo que implica una mejor circulación del agua, gases y aire. La estructura es destruida generalmente por las aguas de elevados contenidos salinos. La estructura puede cambiarse ( la actividad agrícola es un elemento de alteración de la estructura ) por lo que esta característica será una función del tiempo, nunca un parámetro fijo del suelo. d) PESO ESPECIFICO REAL O DENSIDAD REAL: lo definimos como la relación que existe entre el peso de los granos del suelo y el peso del volumen equivalente de agua. Peso de los granos del suelo Rs = Dr = PEr =_______________________________ = 2.6 a 2.65 Peso del Vol equivalente de agua d) PESO ESPECIFICO APARENTE O DENSIDAD APARENTE es la relación entre el peso de los granos del suelo y el peso del volumen del agua equivalente al de la muestra del suelo. Peso de los granos del suelo As = PEa = Da = ___________________________________________ Peso del vol. de agua equiv. a la muestra su valor varia de acuerdo a las características de textura del suelo. . arcillosos 1.10 a 1.30




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. limosos 1.30 a 1.50 . arenosos 1.50 a 1.80 e) POROSIDAD O ESPACIO POROSO: Es la relación entre el volumen de espacios vacíos y el volumen total de la muestra expresado en porcentajes. Volumen de Vacíos As n = ____________________ x 100 = ( 1 - ____ ) x 100 Volumen total Rs Es importante pues da la capacidad de retención del agua en el suelo. Depende de la textura: . arcillosos n = 40 a 55% . arenosos n = 30 a 40% En un suelo sometido a riego no es extraño el cambio de la porosidad en función del tiempo. 4) Suelo con su relación al agua: El agua en el suelo se puede encontrar en tres estados: . gravitacional . capilar . higroscópica En el primero de los casos el agua circula libremente por los espacios porosos del suelo accionado por la fuerza de gravedad. El limite máximo de contenido de esta agua es cuando esta saturado, desde este momento comienza a escurrir. El limite inferior es el agua capilar. Desde el punto de vista del riego no nos interesa pues desaparece al poco tiempo después de regar. El agua capilar es la que esta retenida por la fuerza capilar. Debe estar en contacto con el aire. Es el agua que queda retenida en el horizonte de suelo que queremos regar. El agua higroscópica esta fuertemente adherida a los granos del suelo por atracción de masas. No tiene importancia desde el punto de vista de riego pues la planta no puede desarrollar tensiones de succión para poder extraerla. Luego de que en un suelo sea escurrido, el agua queda retenida por el efecto de la fuerza capilar, que a medida que decrece la humedad aumenta la tensión de retención ( es una relación inversa )




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Fig. 2 : Gráfico de relación del % de humedad y la tensión de succión de las plantas. Debe analizarse el porque a mismas proporciones de humedad el suelo arenoso cede mas agua que el arcilloso, esto puede verse a partir del gráfico anterior que nos indica que a mayores humedades que la arena, la arcilla ya no cede mas agua. Existe una forma de medir la tensión de succión del suelo que se denomina P.F. = logaritmo de la altura manométrica en centímetros. Ejemplos: para 1 atm.= 1000 cm P.F.=3 15 atm.= 15.000 cm P.F.=4.2 Las humedades se miden en el suelo por medio de formas diferentes: . peso . volumen Ps.h. - Ps.s. Hp = _______________ x 100 Ps.s. donde: Hp = humedad en peso Psh = Peso del suelo húmedo Pss = Peso del suelo seco Volumen del agua contenido en el suelo Hv = ________________________________________ x 100 Volumen del suelo Existe una relación entre estos dos parámetros:

Hv = Hp. * As a) CAPACIDAD DE CAMPO: es el agua capilar que queda después de la percolación del agua gravitacional. Se mide en porcentaje de humedad. Ello ha dado lugar a la relación entre estos dos parámetros:

CC CC




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P.M. = _____ = ______ 1.84 1.84

c) AGUA ÚTIL: es el volumen que esta comprendido entre la marchitez permanente y la capacidad de campo ( sus unidades están expresadas en porcentajes ):

AU = CC - MP En general en riego no se suministra agua a la planta de manera que pueda llegar a la MP, por lo que deberá regarse en unos limites un mas reducidos. De aquí sale el concepto de agua fácilmente aprovechable o utilizable:

AFU = 0.5 a 0.7 *(CC - MP) En el primer riego se llevara el agua en el suelo a la capacidad de campo, luego dejaremos que se consuma hasta llegar al limite inferior de AFU y en ese momento volveremos a regar. Hasta ahora estos términos estaban expresados en porcentajes, llevaremos al concepto de volumen. d) CAPACIDAD ÚTIL O VOLUMEN DE AGUA QUE CONTIENE EL SUELO:

CU = ( CC - MP ) * As * D * S donde: S = superficie de la chacra D = profundidad radicular surge también el concepto de la capacidad fácilmente utilizable:

CFU = 0.5 a 0.7 * CU Si dividimos por la superficie S, obtenemos volúmenes por unidad de superficie [ m3/ha, lt/ha, etc ] Pasaremos ahora al concepto de "lamina'; en riego es uno de los conceptos fundamentales: e) LAMINA: si tomamos una muestra de suelo de superficie unitaria y suponemos que podemos dividir los elementos del suelo en: suelo, agua y aire. Tenemos que el suelo analizado tendrá una altura D y la altura del agua será "d".




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Fig. 3 : Esquema gráfico del concepto de lamina

La humedad en volumen estará dada por: Hv d * 1 Hp _______ = ________ = _____ . δs 100 D * 1 100 por lo que: Hp d = _____ * δs * D "LAMINA" 100 La unidad de medida dependerá en que este expresada "D". Llevaremos este concepto de lamina a los conceptos de capacidad útil y capacidad fácilmente utilizable, que lo expresaremos como lamina teórica ( dt ) = dosis teórica [ CC - MP ] dt = ____________ * δs * D 100 como no dejaremos que el suelo llega a la MP surge el concepto de lamina neta ( dn ) = dosis neta dn = 0.5 a 0.7 * dt 0.5 a 0.7 * [ CC - MP ] * δs * D dn = __________________________________ 100 surge además el concepto de dosis bruta ( db ) = lamina bruta como la relación:

db = dn/Ef donde Ef= eficiencia ( relación que existe entre la cantidad de agua que se usa sobre la cantidad de agua tomada) Existe un proceso de histeresis entre la relación de la tensión de succión por parte del suelo y la humedad del mismo cuando pasamos del proceso de secado al de humedecimiento. Las curvas que lo relacionan no son las mismas.




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Fig. 4 : Proceso de Histéresis entre Hp y Tensión de Succión. NECESIDAD DE AGUA PARA RIEGO: La necesidad por parte de las plantas es la que nos determinaría la necesidad de agua para riego. Esta necesidad de agua es función de varias variables: . cultivo . clima . suelo . sistema o método empleado . competencia o capacidad del regante . sistemas o modos de conducir y distribuir el agua Los tres primeros corresponden a necesidades básicas; y los otros tres aspectos comprenden uso no consuntivos y corresponden a los incrementos por eficiencia de las necesidades básicas. Evidentemente el cultivo fijara el uso consuntivo, por lo que es el mas importante factor; el clima nos dará un factor de importancia por las necesidades de la planta y junto con el suelo nos dan las relaciones edafoclimáticas que nos determinan en cierta medida el tipo de cultivo a implantar. A su vez los otros aspectos influyen incrementando las necesidades de agua debido a las características del método de riego y la eficiencia de nuestro sistema, deberá preverse las perdidas que se producirán en el sistema antes de llegar el agua a las plantas. Cada sistema o método de riego es mas o menos eficientes según sus características: . por aspersión: debido a que es conducido en cañerías cerradas ( en conducción no habrá agua perdida ) solo habrá algo de perdida en la evaporación en el momento del riego y algo de percolación por lo que la eficiencia será muy elevada.




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. por inundación: cambiara la eficiencia de nuestro sistema, reduciéndose debido a las perdidas por transmisión y del mismo momento de riego, ya sea por evaporación y por percolación. La competencia del regante es otra variable a tener en cuenta, pues su uso determinara mayores volúmenes de agua para una misma superficie de riego. El modo de conducción será un valor de importancia sobre la eficiencia de nuestro sistema de riego, por lo que se deben considerar las pérdidas por filtración ( canales de tierra o cemento ) y la evaporación ( solo puede evitarse en la conducción por el transporte en cañerías ). De la misma manera ocurre en la distribución del agua de la parcela desde la toma de cada una de ellas. CONCLUSIÓN: estos dos últimos factores nos incrementan las necesidades reales de agua para riego por las distintas eficiencias que ocurren en el proceso de regado. Por lo que podemos definir: Uso Consuntivo - Aportes N = Necesidad de agua para riego = ________________________ Eficiencia FORMA DE EXPRESAR LA CANTIDAD DE AGUA PARA RIEGO La necesidad de agua por parte de las plantas es una necesidad contínua en el tiempo. El elementos tiempo siempre está presente cuando uno habla de necesidad de agua por parte de las plantas. De acuerdo a las etapas en que se encuentra el crecimiento, las plantas varían su necesidad de agua. Esta necesidad de agua la llamaremos: DOTACIÓN: involucra el tiempo, pero se expresa exactamente igual que la dosis. DOSIS: cantidad de agua que puede recibir el suelo Ambos conceptos están expresados en las mismas unidades:

mm ; cm ; m3/ha Pero en el caso de la dotación esta implícito el concepto de tiempo: mm/mes; cm/mes ; m3/ha/mes, a pesar de que no se lo indica ( esto es muy importante ). Existe otra forma de expresar la dotación ( desde el punto de vista del riego ) y es la que se necesita para el proyecto de riego. Esta forma de expresarlo lo haremos a través de un ejemplo:

Necesidad anual del cultivo: 1.200 mm de agua equivale a 12.000 m3/ha expresado en litros es : 1.2000.000 lt/ha si los segundo del mes son: 2.592.000 segundos




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la relación nos dá: 0.46 lt/seg/ha este valor lo llamaremos: "CAUDAL FICTICIO CONTINUO", que lo expresaremos generalmente con la letra "q", es exactamente lo mismo que la dotación expresada en otras unidades, o sea podemos realizar transformaciones de una unidad a otra. DETERMINACIÓN DEL USO CONSUNTIVO 1) Una forma de obtener información sería a través de datos locales, es generalmente aplicable en zonas donde ya se hace riego, y este valor es conocido. Esto es generalmente muy difícil de conseguir, pues usualmente los proyectos de riego se hacen en zonas donde generalmente no se hace riego. Además debe tenerse cuidado con la información que se recibe y debe hacerse un análisis crítico de la información que se nos entrega. Como datos de variación de las dotaciones generales de proyectos se dan: . Santiago del Estero 4 lt/seg/ha . Córdoba 0.25 lt/seg/ha . San Juan 1.30 lt/seg/ha . Mendoza 1.5 /t/seg/ha Si analizamos estos datos vemos variaciones muy elevadas, las que nos indican eficiencias muy bajas en Santiago del Estero. 2) Otra forma de obtener información es por indicación de varios autores; deben realizarse experiencias en estaciones experimentales con distintas cantidades de riego y variaciones durante su proceso germinativo, esto significa que no debe regarse óptimamente desde el punto de vista hidráulico, sino que debe hacerselo desde el punto de vista agronómico o sea " rendimiento de cosechas". Este tipo de recolección de información produce valores de una gran dispersión. Ejemplos de ellos serían: suelos con 20 % de arena 0.76 lt/seg/ha 40 1.03 60 1.42 80 3.83 3) Otra forma de evaluarlo seria en función de la materia orgánica a producir; este procedimiento se realizaba en base al siguiente análisis: se determinaba ;a cantidad de agua que se necesitaba para producir 1 kg de materia (seca), de este un porcentaje era de troncos y otro de granos, implicaba que el análisis se hacía al revés, se decidía el nivel de producción de granos, se obtenía el valor de kg de materia orgánica seca y de allí se obtenía el valor de la cantidad de agua que se necesitaba. Presentaba el inconveniente teórico que no bastaba con inundar las cosechas con agua para aumentar su producción. 4) Experiencias de campo: son las determinantes, cualquiera que sea, para la determinación de las necesidad de agua por parte de las plantas. Desde 1960 las necesidades de agua se determinan por fórmulas climáticas que se basan fundamentalmente en la noción de evapotranspiración ( evaporación del suelo y transpiración de las plantas ).




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Ambos aspectos están afectados por el estado vegetativo de la planta, la composición del suelo y de la planta, la humedad del suelo, condiciones de fertilidad del suelo, etc. Este es un concepto bastante complicado y como se indica en el párrafo anterior es muy contingente; es por ello que aparece el concepto de "evapotranspiración potencial", que parte de tener en cuenta los tres factores fundamentales del fenómeno: la planta, el suelo y la humedad del suelo. Si consideramos un cultivo de poca altura en pleno desarrollo que cubra poco el suelo y que este no tenga ninguna limitación edáfica ( horizontes profundos y fértiles ), sin limitación de agua, se puede decir que en tales condiciones que la evapotranspiración depende del clima, el valor hallado es la evapotranspiración potencial (ETP) que depende del clima. Determinar a partir de la ETP la evapotranspiración real ETR es lo más importante. Los factores a tener en cuenta son: . energía = radiación solar . humedad contenida en el suelo a partir de lluvia o riego. . mecanismo de transmisión suelo-planta y la atmósfera. Una fórmula para determinar ETP es por Penmman: ETP = función de ( radiación solar, coef. de reflexión, temperatura, tensión de vapor, velocidad del viento, horas de iluminación mensual, etc. ) A partir de la ETP obtenemos ETR como: ETR = ETP * K donde K = kc * ks * kh generalmente K < 1; el valor de K es función de: a)Factor del cultivo, depende de aspectos morfofisiológicos del cultivo ( existe un kc para cada cultivo ) y para cada cultivo en particular depende del estado vegetativo. b) Factor del suelo: depende solo de las condiciones edaficas ( no tiene que ver aquí la humedad ) es función de la fertilidad, características físicas ( horizontes duros, etc. ) y características químicas ( competencia de las sales frente a las necesidades de las plantas ) c) Factor de humedad: se basa en la facilidad o dificultad ) es función de la fertilidad, características físicas ( horizontes duros, etc.) y características químicas. Si ahora nos trasladamos al caso del riego vemos que la situación de estas variables cambian, por lo que dará como resultado: Factor de suelo: como la zona de cultivo la elegimos nosotros, usaremos pues suelos fértiles y en buenas condiciones edafológicas, por lo que también es despreciable.




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Por lo que nos quedaría como parámetro para calcular el K el factor del cultivo, que como es función del cultivo estaría en las tablas de eficiencias realizadas en Estados Unidos ( California ) ó Bahía Blanca ( Argentina, por Luque y Paoloni) Existen gráficos para determinar el valor de K. Fig. 5 : Ejemplo de gráfico de calculo de K para evaluar la evapotranspiración real.

5) Finalmente una forma exacta de evaluar la ETR es a través de los lisímetros ( referirse a apuntes en parte de hidrología ). BALANCE HÍDRICO Si analizamos la ecuación "fundamental del riego": ETR - P NEC = ___________ Ef donde: P = Precipitación + Riego Ef = Eficiencia NEC = Necesidad de agua para riego Resulta que de todos estos elementos debemos estimar la precipitación, que da lugar a otros componentes hidrológicos: . intercepción . infiltración . escurrimiento . evaporación . percolación Evidentemente solo nos interesa la parte de la precipitación que da lugar a la infiltración, que es una función de: a) suelo: . propiedades físicas . humedad




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. cobertura vegetal . pendiente b) clima . intensidad de precipitación . duración . frecuencia Lo importante de la frecuencia es que da lugar al concepto de "recurrencia" ( en riego se suele utilizar valores de recurrencias de 10 años ) de la probabilidad de presentación de un evento. PRECIPITACIÓN EFICAZ: es la parte de la precipitación que queda en forma capilar en el horizonte de exploración de la raíz ( es lo que está a disposición de las plantas ). Para su determinación existen varias fórmulas: a) Andersen: Pe = 0.8 * P - 12.5 * n donde: n = número de eventos que originaron la precipitación. 12.5 = equivalente en mm de 1/2 pulgada. b) Blanney-Cridle: produce una tabla de cálculo P mensual Coef Incremento Acumulado 25 0.95 24 24 50 0.90 22 46 75 0.82 20 66 100 0.65 16 82 125 0.45 11 93 150 0.25 6 99 175 0.05 1 100 EFICIENCIA: es el último valor que nos falta evaluar de la ecuación "fundamental del riego". Existen valores de eficiencia, en Israelsen se mencionan hasta siete, pero solo consideraremos dos: Volumen Utilizado Ef = _____________________ = 1 - Pérdidas Volumen Entregado a) Eficiencia de conducción: se involucran todas las pérdidas que hay desde la toma por el canal maestro, terciarios, cuaternarios y comuneros hasta llegar a la parcela del chacarero.




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El origen de las pérdidas está dado por: . evaporación . infiltración .mal manejo de compuertas Volumen realmente entregado a la chacra V1 Efc = _________________________________________ = ____ Volumen captado en la toma V2 Figura 7: Esquema de conducción. Valores para cálculos de la eficiencia de conducción. b) Eficiencia de aplicación: se involucran las pérdidas originadas por la operación de riego en el área de implantación del cultivo. Volumen de Aplicación V3 Efa = ___________________________________________ = ____ Volumen de agua entregado a la chacra V1 Las pérdidas que se producen son debido a: . infiltración en las acequias . percolación por debajo de la zona radicular. . escurrimiento superficial que da al canal de desagüe o colector. Estas dos eficiencias están relacionadas dando ligar a la eficiencia del sistema: V3 Ef = Efa * Efc = ______ V1




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Con todos estos datos podemos dar lugar al Balance Hídrico que se realiza mes a mes; para ello se utiliza un cuadro, en el que se incluyen las variables para calcular el ciclo, Figura 8:

Figura 8: Tabla para cálculo del Balance Hídrico. El valor de NR lo obtendremos del cuadro expresado en milímetros; pero luego se lo podrá transformar en las otras unidades: m3/ha; lt/seg/ha, etc. Este análisis se va ha hacer para cada uno de los cultivos que debe implantarse en el área, por lo que se obtendrán todas las necesidades mensuales. Si tenemos ideas de la superficie a regar podemos hacer la siguiente curva: de volúmenes en función del tiempo, equivale a Necesidad Volumétrica Mensual.

Figura 9: Gráfico de Necesidades Volumétricas Mensuales. Esta curva se puede hacer también para volúmenes unitarios ( o sea por unidad de hectárea). Si volvemos ahora a "q" ( caudal ficticio continuo ). Si tenemos una superficie para riego S, nuestra pregunta será que caudal de agua nos hace falta:

Q = S * q




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[lt/seg] = [ha] * [lt/seg/ha] a partir de esta fórmula podríamos obtener el caudal necesario para poder regar una superficie determinada conociendo el caudal ficticio continuo ( relación muy importante ). ECUACIÓN FUNDAMENTAL DEL RIEGO Es una relación de volúmenes que permite relacionar la dotación con la dosis, prácticamente en todas las operaciones de riego se tiene en cuenta esta ecuación, ya sea a nivel de surco o del distrito ( siempre es válida su aplicación ). Regar tiene como objetivo satisfacer las necesidades en agua que tiene la planta que es algo continuo en el tiempo, pero la mecánica del riego es discontinua o sea que en la mayoría de los métodos de riego se trata de satisfacer una necesidad continua con riegos discontinuos. La mecánica que permite relacionar estos dos aspectos es el almacenamiento del agua en el suelo, y cualquiera sea la forma de entregar el agua, siempre la operación de recarga será discontinua ( con excepción del riego por goteo ). Siempre hay una carga, una descarga, una carga, etc. La ecuación fundamental de riego a nivel de unidad parcelaria ( puede se un surco o una melga ) será: a dicho elemento se le debe incorporar una dosis (d) en toda la superficie (S), de ello se deduce el volumen a incorporar, pero no se puede entregar ese volumen en un instante sino que se hará en un tiempo (t), mediante el caudal (Q):

Q * t = d * S donde : d = dosis S = superficie a regar t = tiempo de aplicación Q = caudal de aplicación

si se despeja t: t = d * S /Q despejando Q: Q = S * ( d/t ) y (d/t) = veloc. de infiltración por lo que: Qred. = S * I esta última expresión establece un limite para la superficie por la velocidad de infiltración da un caudal que seria el podría infiltrar continuamente en toda la superficie, si el caudal es mayor parte del mismo no infiltrara, escurrirá; y si es menor, faltará, por lo que el caudal determinado se denominara "Caudal Reducido".

Qred = S * I que dependiendo del método de riego será: a) aspersión: Qred. = Ib * S




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b) tiempo cortos: Qred. = Ip * s Ip = infiltración promedio Operando entre las ecuaciones llegamos a: tr = d * S / Q = ( d * S )/( I * S )

tr = d / I donde: tr = tiempo de riego que es el tiempo que debe esta el agua sobre el suelo ( corra o este estática ). Hay también tiempos de riego distintos según el método de riego empleado: riegos cortos tr = d / Ip aspersión o goteo tr = d / Ib Analicemos los tiempos: la ecuación del tiempo de riego comienza a tener validez cuando toda la superficie tiene una lamina que se infiltra con una velocidad I, pero para lograr ello es necesario un tiempo anterior. Si suponemos una melga con acequia de alimentación y colector. El tiempo que tarda el agua en ir desde la acequia al colector es la que denominaremos "tiempo de mojado". Pero a medida que ingrese el agua al terreno se van cubriendo puntos que tendrán agua, por lo que en ellos ya habrá comenzado la infiltración. Si en el gráfico siguiente marcamos un punto "O" que indica tiempo y/o altura de agua que está por encima, se tendrá una cierta ordenada igual a ( tM) yn el punto final el tiempo será cero ( no se habrá infiltrado hasta ese instante ninguna porción de la lámina de agua ). Se pretende que en todo el suelo de la melga se tenga igual lámina infiltrada, por lo que deberá dejar el agua que escurra durante un tiempo, entonces se llegará a la siguiente figura de tiempo o láminas infiltradas.

Fig. 10: Gráfico de tiempo y laminas infiltradas. El triángulo superior de la figura es la lamina que se nos va a percolación en profundidad, esta agua desde el punto de vista del riego no se pierde. Nos indicaría la eficiencia de nuestra aplicación de lámina. Se procura que el tiempo de mojado sea una cuarta parte del tiempo de riego.




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Si luego de un tiempo ( tM + tR ) se corta el suministro de agua, los puntos se irán secando desde más arriba hacia más abajo, en estos el agua permanecerá más tiempo que en los de arriba, se tiene un nuevo elemento que denominaremos "tiempo de recesión" tREC ( en los surcos este elemento no será tenido en cuenta). Debe tenerse en cuenta que el tiempo de recesión no es igual al tiempo de mojado, por la razón hidráulica de que ahora el suelo está mojado, por lo que no retiene el agua. Si se tiene en cuenta, puede aprovecharse esta situación y el tiempo de aplicación será:

tA = tm + tR - tREC por lo que disminuirán las perdidas, en los surcos se cumple aproximadamente que:

tREC = 0.05 * tR Concluyendo: tA = tM + tR - tREC para melgas o fajas

tA = tM = tR para surcos Analizaremos ahora los conceptos de caudales máximos y caudales reducidos que utilizaremos en nuestra operación de riego. El tiempo tM debería ser lo mas breve pues ello condiciona la eficiencia de aplicación, para lograr que el agua se desplace más rápidamente por la superficie a regar es necesario mayor energía, implica mayor tirante, implica mayor caudal; este caudal es superior al necesario para infiltrar y será el QMAX. que en cualquier método de riego estará delimitado por la erosión que pueda provocar sobre el suelo, por lo que también se lo denomina "QMAX no erosionable o no erodible". Q reducido será el que satisface las necesidades de infiltración del suelo. . naturaleza del suelo . de la pendiente del terreno . de la longitud de la se suele utilizar como forma de calculo del Qred, en lugar de la formula anteriormente vista, la sigue en general el Qmax depende de: Si volvemos ahora a analizar la ecuación fundamental, aplicando los superficie a regar

Qred. = 1/2 a 1/3 * QMAX. Si volvemos ahora a analizar la ecuación fundamental, aplicando los conceptos vistos, para un surco esta se transforma en:

QMAX * tM + QRED * tR = d * S aquí ya aparece la eficiencia pues la lámina "d" ya no puede ser la neta, como se consideró antes, pues el volumen considerado en el primer miembro es mayor al volumen necesario. El




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primer término del primer miembro es el volumen adicional que se incorpora al suelo, de allí obtendremos la eficiencia del riego: dn * S Efa. = --------------- QMAX * tR + dn * S la eficiencia será: Q * tR tR 4 Efa = -------------- = --------- = ---- = 0.8 si tM+tR/4 Q* ( tM+tR) tR/4+tR 5 lo que nos produciría una eficiencia del 80 %, con lo que estaríamos frente a un buen proyecto ( recordemos que lo que se puede calcular es tR ). La Efa. depende de otros valores además del tM, como los tres últimos factores ya vistos en el párrafo expresado, y que nos daban el valor total del Efa. Se toma como valores aceptables de Efa a aquellos que superan el 60 %. Normalmente el QMAX que puede utilizarse según las características del suelo y de la pendiente de este, depende de la longitud que se le dé al surco, esta longitud se determina en forma práctica por el siguiente procedimiento: a) se busca alguna formula de las existentes que nos dé el QMAX teórico según el tipo de suelo y la pendiente, se hacen 4 surcos suficientemente largos y se los marca cada 10 metros con piquetes. b) se seleccionan otros caudales para el ensayo que sean el doble y la mitad del QMAX y uno intermedio. c) se ensaya cada surco con un caudal diferente, produciéndose gráficos tiempos distancias como se indica en la Figura 11, la velocidad se anulará al infiltrarse totalmente el Q.

Gráfico 11: Cálculo práctico de la longitud de surcos.




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De este suelo se conoce el valor de "I", se conoce también "dn" por lo que se puede calcular el tiempo de riego a partir de la fórmula:

tR = dn/I se desea que tM=tR/4, por lo que en el gráfico de la figura 11 se marca tM=tR/4, se traza una paralela a las abcisas hasta cortar el diagrama de caudales y se obtiene la longitud máxima del surco. La ecuación fundamental también puede ser expresada como: dn * S Q * t = ________________ Ef donde Q involucra a todos los caudales utilizados y "t" también involucra a todos los tiempos analizados. Analizando siempre en pequeña escala: surcos: Q * ( tM + tR ) = dn * S / Ef melgas: Q * ( tM + tR - tREC ) = dn * S / Ef inundación Q * ( tM + t ) = dn * S / Ef donde el "t" correspondiente a la inundación debe ser lo más corto posible, el necesario para llenar el cuenco de inundación. En general en el caso de cuencos de inundación el tiempo tM + t es menor que el tiempo de riego, no importa pues ya que el agua está embalsada, se aumenta el caudal todo lo que se pueda, siempre que no se produzca inundación. TURNADO Se le aplica al suelo una cierta lámina "dn" y se lo lleva a capacidad de campo, esa lámina es consumida día a día por la planta hasta que se agota, en general la relación entre la "dn" y la "Etd" ( evapotranspiración diaria ) nos dará el tiempo que tarda en agotarse la "dn" y este es el turnado de riego: si no existe precipitación: Tr = dn / Etd se expresa en horas, días, segundos, etc El valor de la Etd, es el uso consuntivo, en realidad es la N de la planta, pero cuando nosotros calculamos la N como: N = ETR - P si se desprecia P, se tiene que N = ETR, por lo que el valor de la Ndiaria=Nmensual/30.




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Finalmente: Tr = dn * 30 / N si hacemos db = dn / Ef y Nb = N / Ef llegamos a que: Tr = db * 30 / Nb Se podría calcular la Tr como d/N, siempre que estos valores tengan implícito la misma eficiencia. El Tr tiene un aspecto interno de la parcela, ya que es la parcela la que se va regando de acuerdo a Tr, pero también tiene un aspecto externo a la parcela en lo que hace a la distribución de aguas a cada parcela. Ejemplo: Riego base ( sin precipitaciones ) riego complementario Etd = 6 mm/día N= 180mm-80 mm =100 mm dn = 60 mm P = 80 mm Tr = 60mmm / 6 mm/día = 10 días N/30 = 3,33 mm Tr = 60 mm/3,33 mm/día Tr = 20 días dura más por que tendría que llover 3,3 mm/día. NUMERO DE RIEGOS: Se evalúa a partir de la formula: Nriego = N/dn de allí Tr = días en el mes/ Nriego O sea que cada un tiempo Tr se debe reponer la lamina dn, o sea un volumen: dn*S/Ef. Sabemos que: Tr = db*30/Nb y Nb diaria = Nb/30 Tr = db/Nb diaria = db / q donde q = Nb / (30 días/mes*24 horas/día * 3600 seg/hora) en tal caso a db hay que expresarlo ya en lt./ha. Tr = db/q = [lt/ha]/[lt/seg*ha] = [seg.] luego esta cantidad se lleva a su equivalencia en días y se tiene la cantidad de días y fracciones de días en los cuales se conserva dn.




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NOTA: "dn" tiene incorporada a la Efa. Tr = db /q q * Tr = db que significan físicamente: q * Tr = volumen de agua db = volumen capaz de recibir el suelo. S * q * Tr = db * S la dotación es = S * Q y db = dn /Efa lo que nos indica la relación entre dotación y dosis Q * t = dn * S / Efa = Tr * q * S Tr * q = db = dn / Efa Este análisis es a nivel de unidad de riego. Si analizamos ahora a nivel de parcela se tiene que:

Q * t = Tr * q * S durante el tiempo "t" habrá que incorporar el caudal "Q" a la parcela En la ecuación tenemos que:

caudal * tiempo = tiempo * caudal si hacemos t = tr

Q = q * S "t" no puede ser mayor que Tr, pues se dejaría así de regar una parte de la parcela, por lo que tiene una limitación.

t <= Tr sabemos que: S = Q / q El "q" es conocido mes a mes por el balance hídrico, además se conoce S, falta conocer el Q necesario para satisfacer la necesidad de riego, ese caudal será aquel que cumple la relación:

Q = q * S




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El tiempo será t = Tr cuando se realice esto a nivel de sistema, cuando realmente el canal maestro derive a un caudal que sea Q = q * S, esto resultará de analizar todo el distrito. Q1 = q * S1 Q2 = q * S2 Q3 = q * S3 Q4 = q * S4

QT = ΣQi = Σ q * Si = q * ( S1 + S2 + S3 + S4 ) Este análisis deberá hacerse para el mes de consumo pico. Dentro de la sección de riego Si, el análisis será distinto, podría entregarse el "q" a cada Si a cada chacra de ese sistema durante un cierto tiempo o bien, dividir el Q de acuerdo a la superficie de cada chacra y entregarlo continuamente, pero esto último si no se tiene una cantidad de agua suficiente, ya que al dividirlo se tienen caudales tan pequeños que se infiltran y no llegan a regar, además se estaría continuamente regando y no posibilitaría hacer otra actividad en el campo. Q1 = q * S1 Q1 * Tr = q1 * S1 * Tr = Q1 * t1 = Q2 * t2 = ..... Q1 = q * S1 = q * S1,1 + q * S1,2 + ..... Desde el distrito y hasta la sección de riego donde los Q son siempre constantes tiene sentido que t = Tr, pero a nivel de parcela se tiene un Q a nivel de parcela que puede ser igual a Q = q * S o distinto, en general no puede ser menor que q * S, sino "t" debería ser mayor que Tr.

Qd > = q * S Esto se debe a que el Q que es el que se va a entregar en la punta de la chacra es el caudal o módulo de distribución que es el mínimo caudal que se entrega a nivel de parcela (QD) y surge de un estudio del agrónomo acerca de la determinación del caudal que no le creará problemas al; chacarero, en general se lo denomina "mano de agua" y es del orden de los 30 lt/seg, que es el máximo caudal que puede manejar un hombre con una azada sin que sea superado. En general se hace el siguiente procedimiento, se determina la superficie de la sección de riego:

S = Qd /q normalmente la superficie de la sección no es exactamente esa S calculada y por ello que el turnado de riego real es menor que el teórico, por lo que se tiene que:

t = Tr * q * S / Qd si Qd > q * S implica que t < Tr




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si se divide ambos miembros por S, se tendrá el tiempo unitario (tu), que es el tiempo que se tardará en regar por unidad de superficie: tu = Tr * q / Qd En la sección de riego se tiene que: S1 = S1,1 + S1,2 + S1,3 + ..... por lo que: t = S1 * tu = S1,1 * tu + S1,2 * tu + S1,3 * tu + ..... cada término Si,i * tu es el tiempo durante el cual se entregará agua a cada chacra. Sintetizando: tu = tiempo / Superficie En general en una parcela se tendrá que:

ti = Si,i si Si,i = 5 has. y tu =5.5 hs/has

implica que: ti = 27.5 hs. pero si para infiltrar 60 mm con una i = 20 mm/hora, se tendrá una tr = 3 horas, por lo que ti/tr = 9. Se deben regar 9 elementos de las 5 has, es decir 0.56 has simultáneamente para cubrirse las 27.5 has con un caudal de 30 lt/seg. El ajuste de los caudales que vienen desde afuera de la chacra, con los caudales internos se hace de acuerdo a la simultaneidad con que se riegan los sectores de la chacra. NECESIDAD DE AGUA PARA LAVADO DE SUELOS: Con respecto a la calidad del agua para riego debemos remitirnos a las especificaciones del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, que tiene como variable el R.A.S. (Relación Absorción Sodio) y la conductividad eléctrica ( o su equivalente salino). Como características físicas se evalúan el contenido de materiales en suspensión, que serían limos y arcillas, que disminuyen la permeabilidad de los suelos. Para analizar el aspecto físico propiamente dicho se evalúa el contenido de sales ( estimado a partir de la conductividad eléctrica). Ejemplo: agua buena <= 1.000 mmhos agua aceptable <= 2.000 mmhos




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Posteriormente aparece el concepto de presencia de sodio que contiene el agua, expresado en porciento, debido a que su acción de catalizador de los fenómenos de masa, además disputa con la arcilla el intercambio iónico, esto se evalúa por medio del R.A.S., que se calcula como: Na RAS = _________________ (Ca+Mg)/2 o como porciento: Na Na [%] = _____________________ Mg + Ca + P + Na La siguiente relación puede tomarse como válida: E.C. * 10 **6 __________________ = E pm 10 donde : E.C. * 10 **6 = conductividad eléctrica expresada en micromho. E pm = miliequivalentes expresados en partes por millón Otra relación que suele tomarse como válida es: 0.64 * EC * 10**6 = p.p.m. donde p.p.m. = sales disueltas en partes por millón. Además podemos calcular el porciento de sales disueltas en el agua: p.p.m. 0.64 *EC10^6 0.64*EC10^6 Psa = _______ * 100 = _______________ * 10**2 = ______________ 10**6 10**6 10**4 La resistencia de las plantas a la concentración salina en el suelo es variable. Las plantas que tienen una elevada tolerancia a la salinidad, soportan valores de conductividad eléctrica que van desde: Elevada 10000 a 18.000 de EC*10^6 Tolerancia mediana 10.000 a 4.000 Tolerancia débil 4.000 a 2.000




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En general se nos plantearan los siguientes problemas para la evaluación de la sobredosis necesarias para que la planta tenga agua de los limites tolerables, para ello deberemos conocer como influye la salinidad del suelo sobre el agua del riego, partiremos del siguiente concepto. Estrato de saturación del suelo: Se satura una muestra de suelo con el agua que posteriormente se realice el riego, luego se extrae el agua, ya sea por succión o por vacío y se calcula el valor del porcentaje de sales que contiene dicha agua, de acuerdo a la formula: Ps.a. * H P sa = ____________ 100 donde : H = contenido de humedad en el momento del ensayo ( del suelo ) El riego ( si se hace con agua salada ) produce un enriquecimiento del porcentaje de sales del suelo: P sar. * CC Pss = _______________ 100 donde: Pss = incremento del porcentaje salinidad del suelo Psar = porcentaje de salinidad del agua de riego CC = humedad de la capacidad de campo. NOTA: H y CC están expresados en humedad en peso. La siguiente tabla nos resume la variación de la concentración de sales en función de la humedad, para el agua contenida en un suelo determinado: Pss C.C. M.P. 25% 0.05 3.3 5.7 0.075 4.8 8.1 0.10 6.0 11.0 0.125 8.0 13.2 0.15 9.5 15.7 los valores de concentración están dados en EC*10^6 ( en micromho), la capacidad de campo esta a 25%. Además se debe incrementar la lamina de riego para la sobredosis, que estará dada por la formula siguiente:

dd ECr P = _____ = ______ dr ECd

donde: dd = lamina de agua de drenaje dr = lamina de agua de riego




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ECr = conductividad eléctrica del agua de riego ECd = conductividad eléctrica del agua de drenaje Ejemplo Práctico: Nuestra agua de riego tiene una ECr = 1.140 ; y queremos mantener un valor de Pss(%) = 0.075, por lo que será necesario tener una agua de drenaje de ECd = 4.800, por lo que el incremento de la lamina de riego en porcentaje será: P = ECr/Ecd = 1.140 / 4.800 = 24% Por lo que la lamina a aplicar será igual a: d = 1.24 * dr Evapotranspiración corregida: Es el segundo enfoque de la corrección de la dosis para riego. Las fórmulas climáticas nos dan valores de evapotranspiración mensuales, no se podrá llevar a una relación diaria sin tener errores gruesos. Las fórmulas de Et diaria serian necesarias para el calculo de capacidades de embalses o reservorios para el suministro adecuado de volúmenes de agua a las zonas de riego. Podemos realizar el gráfico numero 12, que es la curva característica de una planta, y el área bajo esa curva nos definiría el volumen de agua para dicha planta. Supondremos que el gráfico 12 esta dado para un intervalo mensual ( seria para el mes pico ). La evapotranspiración mensual seria el área bajo la curva. Si suponemos que el turnado es igual a N0 días, y el volumen de riego o dosis de riego será igual a D; tiene que ser igual a la evapotranspiración diaria promedio del intervalo por el número de días:

D0 = ETd * N0

Gráfico Nro. 12. Uso Consuntivo de un cultivo.




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Este volumen de agua será entregado a las parcelas en el periodo N0 por medio de un determinado caudal, que estará dado por: D0 Etd * N0 ETd q =_______ = ___________ = ______ N0*T N0 * T T donde : T = horas por día que se podría regar. Si t = 24 horas q = caudal ficticio continuo. Supongamos ahora que en un mismo suelo tenemos dos plantas que tengan las mismas necesidades de agua, por lo que su ETd serán iguales, pero la profundidad radicular de una de ellas será menor que la de la otra, habrá dos turnados diferentes : N1 y N2. Tendremos entonces que N1 > N2; además tendremos los dos valores de ETd para cada intervalo : ETd1 y ETd2. Consideraremos además que los tiempos de riego diario T serán los mismos para los dos cultivos: ETd1 ETd2 q1 =______ q2 =______ T T si nuestros intervalos están en el pico, sucederá que: ETd2 > ETd1 por lo que: q2 > q1 que si tenemos un cultivo de turnado pequeño puede llegar a suceder que el mes de pico la ETd del cultivo (media) puede llegar a ser la máxima del mes, por lo que tendríamos un cultivo que nos exija un caudal muy elevado. Hecho que puede evitarse para un cultivo de turnado mucho mayor. La Evapotranspiración corregida sirve solamente para ser introducida en el balance hidrológico, que será mayor que la ETR; CALCULAR EL CAUDAL FICTICIO CONTINUO MÁXIMO PARA DISEÑO DE UN CANAL. El factor de corrección para pasar de ETR a ETRcorregida es función de la dosis diaria: dt Corrección [mm] [%] 30 60 50 40 100 20 180 0




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Debido a que tendremos diferentes cultivos y posiblemente diferentes suelos para un sistema de riego, para poder calcular la dosis teórica se procederá de la siguiente manera: V dt = ______ * As * D 100 S1d1 + S2d2 + ..+Sndn d = ________________________ S con este valor de dosis ponderada entramos en la tabla anterior y se puede calcular así el coeficiente de mayorización. Los resultados obtenidos se acercan a los valores máximos de ET diarios máximos, que es lo que nos interesa determinar.



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