Diseño de Riego Por Gravedad (Melgas y Surcos) Word 2007

CRITERIO DE SHOOKLEY, WOODWARD Y PHELAN PARA EL DISEÑO DE MELGAS En el diseño de melgas se trata de estimar el gasto que satisfaga las características de infiltración, la pendiente y el área de la melga de tal manera que todos los puntos a lo largo de ella, tengan al mismo tiempo de cobertura por la lámina de agua. Un método racional completo de diseño de melgas requiere la siguiente información: 1. !as características de infiltración del suelo. ". !a cur#a de a#ance. $. !a cur#a de recesión. %asta este punto &emos #isto criterios para estimar las cur#as de a#ance y ninguno de ellos se &a referido a las cur#as de recesión. 'omo &asta a&ora no &a podido determinarse adecuadamente las características &idráulicas de las melgas, no es posible posible (en esta etapa) desarrollar desarrollar un procedimie procedimiento nto completamente completamente racional. *in embargo, embargo, puede desarrollarse uno, si es que se asume ciertas relaciones &idráulicas empíricas. !os autores indican que las cur#as de a#ance y recesión serán ra+onablemente balanceadas, si es que se cumplen las dos características siguientes: a. El #olumen de agua aplicado a la melga es adecuado para cubrir el anc&o de melga con una profundidad promedio igual a la lámina de riego. b. El tiempo de infiltración en la cabecera de melga es igual al tiempo necesario para infiltrar la lámina de agua requerida para restituir la &umedad del suelo. Ecuaciones básicas para el diseño El #olumen de agua necesario para cubrir lamelga con una rofundidad igual a la lámina promedio de riego (&r), satisfaciendo la condición (a), es:

V = wLh r

(1)

onde : - #olumen eagua para cubrir la melga / anc&o de la melga !longitud de la melga &rlámina promedio del riego pero:

hr =

ha (")

 E

onde: &r !ámina promedio del riego &a lámina de agua necesaria para restituir la &umedad del suelo E eficiencia de aplicación e0presada en fracción de unidad. eempla+ando (") en (1):

V = wL

ha  E

($)

espués de aplicar el #olumen de agua de riego a la melgas, antes de comen+ar la recesión en la cabecera, transcurre algo de tiempo. Este tiempo se le conoce como tiempo pre#io a la recesión, 2r, o en otras palabras, palabras, al cesar la aplicación aplicación de agua a la melga, instantáneamen instantáneamente te no comien+a comien+a la recesión, recesión, sino que pasa algo de tiempo &asta que en la longitud cero comien+a a desaparecer la lámina de agua de la #ista. 3ara satisfacer la condición (b), la aplicación de agua a la melga será igual a:

T a=(T −T  R)

(4)

Donde:  Ta= Tiempo de aplicación de agua a la melga  T= Tiempo Tiempo requerido para para infltrar la lámina de agua agua necesaria para restituir restituir la humedad del suelo  TR= Tiempo previo a la recesión En consecuencia el volumen de agua aplicada a la melga será: V =Q ( T −T  R)

(!)

Donde: "= volumen de agua aplicada a la melga #= gasto de agua $or continuidad igualando (%) & (!) tenemos:

hr =

ha (")

 E

onde: &r !ámina promedio del riego &a lámina de agua necesaria para restituir la &umedad del suelo E eficiencia de aplicación e0presada en fracción de unidad. eempla+ando (") en (1):

V = wL

ha  E

($)

espués de aplicar el #olumen de agua de riego a la melgas, antes de comen+ar la recesión en la cabecera, transcurre algo de tiempo. Este tiempo se le conoce como tiempo pre#io a la recesión, 2r, o en otras palabras, palabras, al cesar la aplicación aplicación de agua a la melga, instantáneamen instantáneamente te no comien+a comien+a la recesión, recesión, sino que pasa algo de tiempo &asta que en la longitud cero comien+a a desaparecer la lámina de agua de la #ista. 3ara satisfacer la condición (b), la aplicación de agua a la melga será igual a:

T a=(T −T  R)

(4)

Donde:  Ta= Tiempo de aplicación de agua a la melga  T= Tiempo Tiempo requerido para para infltrar la lámina de agua agua necesaria para restituir restituir la humedad del suelo  TR= Tiempo previo a la recesión En consecuencia el volumen de agua aplicada a la melga será: V =Q ( T −T  R)

(!)

Donde: "= volumen de agua aplicada a la melga #= gasto de agua $or continuidad igualando (%) & (!) tenemos:

wL

ha  E

=Q ( T −T  R )

Despeando *:  L=

 EQ ( T −T  R)

(+)

w ha

Despeando #: Q=

wL ha  E (T −T  R )

(,)

En esta 4ltima ecuación, las 5!6 y 5& a6, generalmente están dadas y 526, el tiempo necesario para que se infiltre 5& a6 debe determinar determinarse se de la cur#a de infiltració infiltraciónn acumulada. acumulada. 3ara estimar los #alores de 5E6 y 52 6 sólo pueden aplicarse métodos apro0imados.

Tiempo previo a la recesión Este tiempo puede ser apro0imado, considerando la siguiente figura de anc&o unitario:

d's #

d d ## #i#

En la fgura se asume que el trecho (d's) el gasto se divide en dos una parte se infltra (qi) & la otra -u&e so.re la superfcie de la melga (q ) por lo tanto: q = q i + q0

(/)

(caudales unitarios)

 Tam.i0n  Tam.i0n se asume que la recesión recesión comien1a cuando un volumen volumen igual a la porción achurada drena2 Este volumen puede ser estimado de la siguiente 3orma:

d

∗d

2

d V  R = = S 2S 2

()

Donde: "R="olumen ="olumen de recesión por unidad de ancho d= tirante de agua 5=pendiente de la melga 5i se asume que dentro del tiempo previo a la recesión el tirante en el e6tremo aguas de.ao de la parte achur ada (d) permanece constante el gasto que -u&e so.re so.re la superfcie de la melga melga (q) es virtualmente constante lo mismo que el gasto de infltración (q i) o sea que el gasto que drena será igual: q = q i + q0

  (7)

El tiempo previo a la recesión será el tiempo necesario para drenar el volumen de recesión con un gasto (q) entonces: Q=

V  T 

T =

V  Q 2

d 2 V  R 2 S d   T  R= = = 2 Sq q q

(77)

$odemos asumir que la 3órmula de 8anning es aplica.le: 1

q= d n

5 /3

S

1/ 2

 

(79)

om.inando (77) con (79) para o.tener T R = 3(#ns) tenemos: 5

d 3=

nq 1

S2

d =(

nq 1

3

)

5

S2

( T  R=

nq 1

3

)

5

S2 2 Sq 6 /5

6/5

6 /5

6/ 5

n q n q T  R= = 6 / 10 8/5 2 qS S 2S

3ero:

q=

Q W 

6/ 5

n  Q T  R= 8 /5 (  ) W  2S

 

(7%)

que sustituido en (1$) da: 1/ 5

  (17)

*ustituyendo (17) en (8):

(

6 /5

( ) ) 

EQ n  Q  L= T − 8 / 5 Wha W  2S

1 /5

(19)

ue es la ecuación que nos permite estimar la longitud de melga, conociendo: E, , /, & a, 2, n, y *

Limitaciones de diseo M!"ima #on$it%d iferenciando (19) respecto a  e igualando a cero la ecuación:

[

dL E = T − dQ W h a

3 5S

6

1

]

Q 5 ( n ) (  ) =0 8 W  5 5

Q W 

¿ ¿

T =

 

3 5S

(18)

/

6 5

/

8 5

 ( n ) ¿

elacionando (17) y (18): 6

n5 T  R T 

2S

=

3 5S

1

Q 5 (  ) 8 W  5 6

1

Q n (  ) 5 8 W  5 5

5

T  R= T 

(1;)

6

espe)

M!"imo ti&ante El gasto a la entrada de la melga no debe e0ceder la altura de los bordos. ?eneralmente es muy difícil construir y mantener bordos de más de "@ cm de altura, pero algunas #eces es necesario construirlos con esta altura o más. Aordos altos no pueden ser cru+ados por la maquinaria agrícola. !os gastos usados para el riego por melgas no deben producir erosión, por lo que puede usarse el siguiente criterio: 3ara culti#os de desarrollo cerrado: − 0.75

Qmax. =0.06 ( 100 S )

onde, ma0., es el má0imo gasto en pies c4bicos por segundo y por pie de anc&o de melga y * es la pendiente en fracción de unidad. ebe notarse que en este capítulo sólo se &a dado unidades para esta relación empírica, el resto sonde e0presión general. !a siguiente tabla nos proporciona gastos má0imos. ?asto má0imo (pie$)BsegBpie. @.98; @.$$; @."@@ @.11> @.@;9 @.@77 @.@$@ @.@"8 @.@"1 @.@1= @.@18

3endiente (*) @.@@@9 @.@@1@ @.@@"@ @.@@7@ @.@@;9 @.@19@ @.@"9@ @.@$@@ @.@7@@ @.@9@@ @.@8@@

M'nimo ti&ante !os gastos deben ser lo suficientemente grandes como para formar una lámina de agua que fluya en la superficie del suelo. El gasto mínimo puede ser estimado con el siguiente criterio empírico: 0 .5

Qmí n.= 0 . 0004 L ( S )

En la que min.  esta dado en pies c4bicos por segundo y por pie de anc&o de melga, 5!6 en pies y 5*6 en fracción de unidad. 3endiente (*) @.@@@9 @.@@1@ @.@@"@ @.@@7@ @.@@;9 @.@19@ @.@"9@ @.@$@@ @.@7@@ @.@9@@ @.@8@@

?asto mínimo (pie$)BsegBpie. @.@@@@@=>7 @.@@@@1"89 @.@@@@1;=> @.@@@@"9$@ @.@@@@$787 @.@@@@7>@@ @.@@@@8$"7 @.@@@@8>"= @.@@@@=@@@ @.@@@@=>77 @.@@@@>;>8

E(iciencia de a)#icaci*n Es muy importante precisar la eficiencia de aplicación, y ésta debe estar basada en las condiciones de campo y en el mane