Taller Melgas en Curvas de Nivel FINAL

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA

DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO Ing. José Antonio Forero Saavedra

TALLER Nº 6. MELGAS EN CURVAS DE NIVEL PARA ARROZ GRUPO 5 Integrantes: _____________________________________________________________________ Edgar G. Gutiérrez (273967) Ricardo E. Pérez (273960) Marlon Y. Pérez (274059) _____________________________________________________________________

Martes, 02 DE JUNIO 2015 BOGOTÁ D.C, COLOMBIA

ENUNCIADO. Para el mismo predio del taller N° 5 (Figura 1) diseñe un sistema de melgas en curvas de nivel para un cultivo de arroz. Incluya la disposición del sistema y determine las capacidades de los diferentes componentes de la infraestructura del mismo. La información básica es la siguiente         

Infiltración: F = 0,6198t 0,661 + 7; F = mm, t = min Lamina neta para la primera fase: 45mm Capacidad total de retención de humedad: 182mm Lamina de saturación en la zona de raíces: 187mm Evapotranspiración máxima: 7,6 mm/día. Evapotranspiración promedia: 6,4 mm/día. Percolación profunda estimada: 10 mm/día. Embalse predeterminado: 85mm El regador trabaja 8 días 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 cálculos de escorrentía, asumiendo que la precipitación no es el factor predominante. Presente una programación adecuada del drenaje de campo. Incluya las recomendaciones necesarias para la construcción del sistema de riego y drenaje. Incluya también todas las recomendaciones necesarias para una correcta operación del sistema.

Figura 1. Topografía del Terreno

ESTIMACION DE PARAMETROS BASICOS Como se considerara criterios de máxima eficiencia para el diseño 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 estableció el siguiente método de estimación: 

Eficiencia Esta se determinó mediante la relación existente entre la lámina que se requiere en la zona de raíces (LÁMINA NETA) y la sumatoria entre esta y la lámina que se establece en el tiempo de cubrimiento total de la melga o tn/4 (LAMINA BRUTA). Ya que al asumirse un sistema de máxima eficiencia se supone un Riego Normal donde la lámina infiltrada al llegar al caballón (su parte más alta) será la misma que la lamina neta o la requerida en la zona de raíces sin permitir pérdidas por percolación profunda en ese punto, por lo tanto: 𝑥 = 0 → 𝐹(0) = 0.6198 (0)0.661 + 7 𝑡𝑛 𝑡𝑛 0.661 𝑥 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎 → 𝐹 ( ) = 0.6198 ( ) +7 4 4

figura 2 vista melga de perfil 𝑆𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑡𝑛: 𝐿𝑁 = 45𝑚𝑚 → 45 𝑚𝑚 = 0.06198 (𝑡𝑛)0.661 + 7 1

45 𝑚𝑚 − 7 0.661 𝑡𝑛 = ( ) → 𝑡𝑛 = 506.15 𝑚𝑖𝑛 0.6198 𝐿𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴 𝑃𝐴𝑅𝐴

𝑡𝑛 : 4

𝑡𝑛 506.15 𝑚𝑖𝑛 0.661 𝐹 ( ) = 0.6198 ( ) +7 4 4

𝑡𝑛 𝐹 ( ) = 22.19 𝑚𝑚 4

Entonces, como se mencionó anteriormente, se tiene el cálculo de la eficiencia como se muestra a continuación:

𝐿𝑍𝑅 𝑜 𝐿𝑁 (𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎) 𝐿𝑍𝑅 45𝑚𝑚 = = 𝑡𝑛 𝐿𝐵 (𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎) 𝐿𝑍𝑅 + 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑓( 4 ) 45 𝑚𝑚 + 22.19 𝑚𝑚 = 𝟎. 𝟔𝟔𝟗𝟕 (𝟔𝟔. 𝟗𝟕%) Lamina bruta

𝑬𝒂 =



𝑳𝒃 = 45 𝑚𝑚 + 22.19 𝑚𝑚 = 𝟔𝟕. 𝟐𝟎 𝒎𝒎 

(2)

Frecuencia de riego Al ya conocerse la lámina requerida en la zona de raíces, se estima la frecuencia de riego usando como parámetro de diseño la Evapotranspiración Máxima al ser un requerimiento crítico, como se muestra a continuación: 𝐹𝑟 =

𝐹𝑟 =

𝐿𝑍𝑅 𝐸𝑇𝑀𝐴𝑋

45 𝑚𝑚 7.6 𝑚𝑚/𝑑í𝑎

𝑭𝒓 = 𝟓. 𝟗𝟐 𝒅í𝒂𝒔 ≈ 𝟔 𝒅í𝒂𝒔

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO 

Diseño de los caballones

Como primer paso en el diseño del sistema se determina la altura de los caballones, para esto se tiene en cuenta la siguiente ecuación: 𝐻𝑐 = ∆ℎ + 𝐿𝑏 + 𝑏𝑙 + 𝐴𝑠 Donde: Hc=Altura del caballón en cm ∆ℎ = 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 varía entre 6 cm a 12 cm según 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 máximas y mínimas del terreno así como su longitud.

𝑺=

100.25 − 98.65 = 0.004 ≈ 𝟎. 𝟒% < 0.5% 400 − 0

Donde este cumple con la restricción de aplicabilidad de terrenos con pendientes menores a 0.5%. Ahora, para calcular el intervalo vertical entre caballones se realiza una interpolación lineal entre el intervalo anteriormente mencionado

S (%) 0 0.4 0.5

𝟎% → 𝟔 𝒄𝒎 𝟎, 𝟒% → ∆𝒉 𝟎, 𝟓% → 𝟏𝟐 𝒄𝒎

Δh (cm) 6 X 12

∆𝒉 → 𝟏𝟎, 𝟖 𝒄𝒎

Se divide el lote en un numero de franjas que sea acorde más que todo a la frecuencia de riego que con el horario de trabajo del regador, para que el cultivo no vaya a sufrir estrés por humedad, para esto inicialmente se calcula la caída total del sistema dada por la diferencia entre mayor y menor curva de nivel en el lote: C𝒂𝒊𝒅𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟏𝟎𝟎. 𝟐𝟓 𝒎 − 𝟗𝟖. 𝟔𝟓 𝒎 = 𝟏. 𝟔 𝒎 Ahora, para encontrar el número de franjas en las que el lote se dividirá, se toma la caída total y la dividimos entre el ∆ℎ, de la siguiente manera: # 𝑭𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂𝒔 =

𝟏, 𝟔 𝒎 = 𝟏𝟒, 𝟖𝟏 𝟎, 𝟏𝟎𝟖 𝒎

Con la finalidad de que el número de franjas sea múltiplo de la frecuencia de riego, se toma un valor menor de intervalo vertical entre caballones, se seleccionó un valor de ∆ℎ = 0.09 𝑚 𝑜 9 𝑐𝑚, con eso el número de franjas será: # 𝑭𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂𝒔 =

𝟏, 𝟔𝒎 = 𝟏𝟖 𝟎, 𝟎𝟗𝒎

De esta manera cumpliendo el requisito anteriormente mencionado. b. Altura del caballón La SCS (Servicio de Conservación de Suelos) recomienda que el borde libre del no sea inferior a 8 cm y la tolerancia por asentamiento sea como mínimo de 9 cm, por diseño se usaran estos valores, teniendo en cuenta el intervalo entre caballones nuevamente calculado, o sea 10 cm. Como resultado se tiene como altura mínima de los caballones:

𝑯𝒄 = ∆𝒉 + 𝑳𝒃 + 𝒃𝒍 + 𝑨𝒔 𝑯𝒄 = 𝟗 𝒄𝒎 + 𝟔. 𝟕𝟐 𝒄𝒎 + 𝟖 𝒄𝒎 + 𝟗 𝒄𝒎 𝑯𝒄 = 𝟑𝟐. 𝟕𝟐 𝒄𝒎

Donde 𝐻𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑎𝑙𝑙ó𝑛 (𝑐𝑚) ∆ℎ = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑏𝑎𝑙𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 (𝑐𝑚) 𝐿𝑏 = 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 (𝑐𝑚) 𝑏𝑙 = 𝐵𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 (𝑐𝑚) 𝐴𝑠 = 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑐𝑚)  a.

Dimensiones de Melgas, # de Melgas y Restricciones para el regador Restricciones para el regador

Como se tiene la restricción de que el regador trabaja 8 días por intervalo de riego pero la frecuencia de riego es 6 días, se recomienda dividir el terreno en esta ocasión en función de la FRECUENCIA DE RIEGO o múltiplos de 6. 1 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠⁄ 𝑑𝑖𝑎 2 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠⁄ 12 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 → 𝑑𝑖𝑎 3 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠⁄ 18 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 → 𝑑𝑖𝑎 . . . 6 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 →

De lo anterior se tiene como recomendación que: EL REGADOR DEBE DISMINUIR SUS DÍAS DE TRABAJO DE 8 A 6 DIAS con el fin de evitar efectos de estrés hídrico a la planta, ya que si se toma como parámetro de diseño el jornal del trabajador, el cultivo dejaría de recibir agua durante dos días que tiene de más el horario de trabajo del regador a la frecuencia de riego del cultivo. b.

Ancho de las franjas

De acuerdo a como se había estimado anteriormente, el número de franjas en función de la caída total del terreno debido a las cotas de la parte más alta y baja, es 18 por cuestiones prácticas de diseño y manejo de riego. # 𝑭𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂𝒔 =

𝟏, 𝟔𝒎 = 𝟏𝟖 𝟎, 𝟎𝟗𝒎

Para el caso del ancho como se tiene que el predio tiene 400 m y se configurarán 18 franjas, entonces el ancho de cada melga será: 𝒘=

c.

400 𝑚 = 𝟐𝟐. 𝟐𝟐 𝒎 18 𝐹𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎𝑠

Longitud de las melgas

Se tiene como restricción la recomendación hecha por el SCS de los Estados Unidos, en que la longitud máxima para los drenes debe ser de 200 m en caso de tener una sola salida de drenaje (parámetro de diseño adoptado para este sistema), o en otras palabras la longitud máxima de la melga será de 200 m. Como parámetro de diseño, se adoptó una longitud de melga de 200 m.

d.

Diseño del sistema

De acuerdo a lo anterior, se tiene como diseño tanto de configuración como dimensiones del lote como se muestra en la figura adjunta:

figura 3 diseño preliminar

Como resumen se tiene que: # 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 = 4 # 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎𝑠 = 18 # 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 = 72 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

De acuerdo a lo estipulado, para cumplir con la frecuencia de riego el trabajador cubrirá: # 𝒎𝒆𝒍𝒈𝒂𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒅𝒊𝒂 =

# 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 72 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 𝒎𝒆𝒍𝒈𝒂𝒔 = = 𝟏𝟐 𝐹𝑟 6 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝒅𝒊𝒂

Entonces como configuración se tiene que el riego será de 12 melgas por día, o sea de 3 franjas por día. Para el caso de áreas, se tiene: 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 (400 𝑚 ∗ 800 𝑚) 320000 𝑚2 = = 𝐹𝑟 6 𝑑𝑖𝑎𝑠 6 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑨𝟏 = 𝟓𝟑 𝟑𝟑𝟑 𝒎𝟐 /𝒅𝒊𝒂

Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝐴1 =

Área por franja 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 = 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 ∗ 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝐹𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒇𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂 = 𝟖𝟎𝟎 𝒎 ∗ 𝟐𝟐. 𝟐𝟐 𝒎 = 𝟏𝟕 𝟕𝟕𝟔 𝒎𝟐 Área de cada melga 𝒂𝒓𝒆𝒂 𝒎𝒆𝒍𝒈𝒂 =

𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 𝟏𝟕 𝟕𝟕𝟔 𝒎𝟐 = = 𝟒𝟒𝟒𝟒 𝒎𝟐 # 𝑀𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 𝟒

CONSIDERACIONES ESPECÍFICAS EN EL DISEÑO PARA EL CULTIVO DE ARROZ. Como procedimiento de diseño para el caso específico del cultivo de arroz, además de la metodología anteriormente utilizada, se calculan los siguientes parámetros que permitirán establecer el caudal de diseño 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 ¼ del tiempo necesario para que se infiltre la Lamina Neta. Con este criterio se pretende lograr mayor uniformidad de distribución de agua que sea posible, en la aplicación del agua…” (FORERO SAAVEDRA, 2000)

a.

Tiempo Necesario para que se Infiltre la Lámina Neta (Tn)

Como ya se definió una ecuación de infiltración y al inicio del documento, tomando la lámina neta de la primera fase y despejando el tiempo se puede decir que: 𝐹 − 7 1/0.661 𝑇𝑛 = ( ) 0.6198 45 − 7 1/0.661 𝑇𝑛 = ( ) → 𝑇𝑛 = 506.16 min 0.6198 Entonces se obtiene que 𝑻𝒏⁄𝟒 = 𝟏𝟐𝟔. 𝟓𝟒 𝒎𝒊𝒏

b.

̅𝟏 ) Lámina Promedio Infiltrada ( 𝒁

Primero se estima que

𝑻𝒏 𝟖

= 𝟔𝟑. 𝟐𝟕 𝒎𝒊𝒏

Ahora se puede determinar la lámina promedio infiltrada (𝑎 ecuación de infiltración dada y usando

𝑍1̅ = 0,6198 (

c.

𝑇𝑛 . 8

𝑇𝑛⁄ 8) , a partir de la misma

𝑇𝑛 0,661 ) → 𝑍1̅ = 0,6198 (63.27 𝑚𝑖𝑛)0,661 8 ̅ 𝟏 = 𝟗. 𝟔𝟏 𝒎𝒎 𝒁

̅𝟏 ) Lámina Promedio Superficial ( 𝒚

Tomando el valor obtenido para el intervalo vertical entre caballones se puede determinar esta lámina así: 𝑦̅1 = 𝑦̅1 =

d.

90 𝑚𝑚 2

∆ℎ 2 →

̅𝟏 = 𝟒𝟓 𝒎𝒎 𝒚

Caudal por unidad de área de riego (q1)

Este es el caudal para proporcionar una lámina equivalente a la suma de la lámina ̅ 𝟏 y la lámina promedio almacenada, 𝒚 ̅𝟏 . Sin embargo, para esto se promedio infiltrada, 𝒁

hace la aproximación de asumir que la función de infiltración y avance son lineales. De esta forma se obtiene: 4(𝑧̅1 + ̅̅̅) 𝑦1 𝑞1 = 6(𝑡𝑛) 𝒒𝟏 =

4(9,61 𝑚𝑚 + 45 𝑚𝑚) 𝒎𝟑 = 𝟎, 𝟎𝟕𝟏𝟗𝟐 6(506,16 𝑚𝑖𝑛) 𝒔 ∗ 𝒉𝒂

El valor de 6 resulta de la conversión de unidades. e.

Tiempo por posición (tp)

Este tiempo es cuando en cada punto de la melga se recibe la lámina neta o más. Es decir, la suma del tiempo para satisfacer la necesidad hídrica (𝑻𝒏⁄𝟒) más el tiempo necesario para cubrir la melga ( 𝑻𝒏). 5 5 𝒕𝒑 = ( ) ∗ 𝑇𝑛 = ∗ 506,16 𝑚𝑖𝑛 4 4 𝒕𝒑 = 𝟔𝟑𝟐, 𝟕𝟎 𝒎𝒊𝒏

= 10.545 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

<

𝟏𝟐 𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔

Como se estipulo en el enunciado, el sistema de riego tiene como restricción que para esta etapa, el riego solamente es posible realizarlo en horas diurnas. En comparación con lo anterior se ve que cumple al no excederse del horario establecido de solo horas diurnas. f.

Número de posiciones de riego por día (N’)

Resulta ser el entero de la relación entre el tiempo de riego por día expresado en minutos y el tiempo por posición, en min. De esta forma, el número de posiciones se indica como: 𝑁 ′ = 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 [60 ∗

ℎ 10.545 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 ] = 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 [60 ∗ ] 𝑡𝑝 𝟔𝟑𝟐, 𝟕𝟎 𝒎𝒊𝒏 𝑁′ = 1

ℎ = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑔𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑔𝑜 El valor de 60 resulta de la conversión de unidades de tiempo. De acuerdo con las condiciones que se tienen para este caso, el número de posiciones que se pueden hacer por día es 1.

g.

Determinación del área total regada por posición (A1)

Por el paso anterior se conoce que el número de posiciones por día es 1. De acuerdo con esto, se estima el área de dicha posición como: 𝑨𝟏 =



𝑁′

𝐴 32 ℎ𝑎 = = 𝟓, 𝟑𝟑 𝒉𝒂 ∗ 𝑑𝑟 1∗6

Fase De Humedecimiento

Esta fase consiste en el humedecimiento de las semillas y plántulas, con riegos muy ligeros y frecuentes, además de láminas muy pequeñas (mojes). Generalmente se llevan los suelos hasta capacidad de campo a la profundidad mínima manejable después de la siembra en seco. (FORERO SAAVEDRA, 2000) Para el caso específico del arroz, se considera los parámetros 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 área que puede ser regada de forma simultánea (A1). 𝑸𝒇𝟏 = 𝒒𝟏 ∗ 𝑨𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟕𝟏𝟗𝟐 

𝒎𝟑 𝒎𝟑 ∗ 𝟓, 𝟑𝟑 𝒉𝒂 = 𝟎. 𝟑𝟖𝟑𝟑𝟑 𝒔 ∗ 𝒉𝒂 𝒔

Fase De Inundación

Durante esta fase se establece que toda el área de riego debe cubrirse con agua con una lámina de embalse, Ep, durante un el tiempo necesario para que el cultivo agote la mitad de la inundación disponible en la zona de raíces al 50% de su capacidad de retención, a la máxima tasa de evapotranspiración. Para ocurra eso, Ep, debe encontrarse entre 50 mm y 100 mm, para este caso como parámetro de entrada se dio un embalse predeterminado de 85 mm. Como procedimiento inicial se determina el tiempo de la fase de inundación o ti, definida anteriormente, como se muestra a continuación: 𝑡𝑖 =

720 ∗ (0,5 ∗ 𝐴𝑇) 𝐸𝑇𝑚𝑎𝑥

Donde: 𝐴𝑇 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑎í𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝐶𝐶 𝑦 𝑃𝑀𝑃. 𝐸𝑇𝑚à𝑥 = 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎

Como parámetros de entrada se determinaron en el enunciado del diseño que: 𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅 = 𝟏𝟖𝟐 𝒎𝒎 𝑬𝑻𝒎à𝒙 = 𝟕. 𝟔 𝒎𝒎/𝒅𝒊𝒂 Entonces

720 ∗ (0,5 ∗ 182) 7,6 𝑡𝑖 = 8621,05 min = 6 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑡𝑖 =

Teniendo este tiempo de inundación pasamos a calcular el caudal correspondiente a esta fase el cual depende también de:

𝑄𝑓2 𝐿𝑠 𝛥ℎ = 𝑦𝑖 2 𝐸𝑝 𝐿𝑝𝑐 𝐴

∆ℎ (𝐿𝑠 + 2 + 𝐸𝑝 + 𝐿𝑝𝑐 ) =[ ]∗𝐴 6𝑡𝑖

𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑎í𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑛 (𝑚𝑚) = 187𝑚𝑚 𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑚𝑚) = 45 𝑚𝑚 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑏𝑎𝑙𝑠𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜 (𝑚𝑚) = 85 𝑚𝑚 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑖 (𝑚𝑚). Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32 ℎ𝑎

Antes de aplicar la ecuación del caudal, debemos entonces calcular la lámina perdida por percolación profunda durante el tiempo de inundación, sabiendo como parámetro de entrada que la percolación profunda estimada es de 10mm/día, de la siguiente manera: 𝐿𝑝𝑐 =

10 𝑚𝑚 1 𝑑𝑖𝑎 ∗ ∗ 8621,053 𝑚𝑖𝑛 𝑑𝑖𝑎 1440 𝑚𝑖𝑛 𝐿𝑝𝑐 = 59,868 𝑚𝑚

Reemplazando entonces para encontrar el caudal correspondiente tenemos que: 𝑄𝑓2 = [

(187𝑚𝑚 + 45 𝑚𝑚 + 85 𝑚𝑚 + 59.868 𝑚𝑚) ] ∗ 32 𝐻𝑎 6 ∗ 8621.05 𝑚𝑖𝑛 𝑸𝒇𝟐 = 𝟎. 𝟐𝟑𝟑𝟏



Fase De Mantenimiento De La Inundación

𝒎𝟑 𝒔

Durante esta fase tenemos un caudal que debe restituir continuamente al embalse el agua que se pierde por percolación profunda, más aquella requerida por el cultivo de arroz, de acuerdo a la siguiente ecuación: 𝐿𝑝𝑐 𝐸𝑡 𝑄𝑓3 = ( + )∗𝐴 8640 8640 Donde: 𝐿𝑝

𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 10 𝑚𝑚/𝑑í𝑎

𝐸𝑇

𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 6.4 𝑚𝑚/𝑑í𝑎

𝐴

Á𝑟𝑒𝑎 (ℎ𝑎) = 32ℎ𝑎

Reemplazando entonces para determinar el caudal en esta fase tenemos que: 𝑄𝑓3 = (

10 6,4 + ) ∗ 32 𝐻𝑎 8640 8640

𝑸𝒇𝟑 = 𝟎. 𝟎𝟔𝟎𝟕 

𝒎𝟑 𝒔

CAUDAL A DRENAR – ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

Como se dijo anteriormente, en este tipo de riego es necesario drenar una parte del ̅𝟏 . Por lo tanto, caudal aplicado que equivale a la lámina promedio de almacenamiento 𝒚 se determina el caudal a drenar por unidad de riego. La lámina promedio infiltrada no se tiene en cuenta ya que esta ya ha sido infiltrada. 𝑞𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡í𝑎 =

4(𝑦 ̅̅̅) 4 ∗ (45 𝑚𝑚) 𝑚3 1 = = 0,05927 6(𝑡𝑛) 6 ∗ (506,16 𝑚𝑖𝑛) 𝑠 ∗ ℎ𝑎

Y teniendo en cuenta el área a drenar por posición (3 franjas por posición o por día), el caudal de escorrentía es 𝑄𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡í𝑎/𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 = 𝐴1 ∗ 𝑞𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡í𝑎 = 3¨𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎𝑠 ∗ 5,33 ℎ𝑎 ∗ 0,05927

𝑚3 𝑚3 = 0.9477 𝑠 ∗ ℎ𝑎 𝑠𝑒𝑔

Fase

Tiempo por Caudal etapa (min) (m3/s)

Frecuencia (días)

Humedecimiento Inundación

632.70 8621,05

0,3833 0,2331

6 -

0,0607

-

0.3159

6

Mantenimiento inundación Drenaje

de

la

Vale la pena resaltar que la inundación, 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 pequeño caudal. Es por esto que el tiempo para esta fase es de 8621,05 min (aproximadamente 6 días), Otro aspecto a destacar es que la fase de humedecimiento contempla no solo el tiempo de infiltración de la lámina neta sino que también el tiempo de cobertura de la melga, o sea el tiempo estimado por posición 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: 𝑄𝑅 = 𝑞1 ∗ 𝐴𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 𝑚3 𝑚3 𝑄𝑅 = 0,07192 ∗ 1,77 ℎ𝑎 = 0.1272 𝑠 ∗ ℎ𝑎 𝑠 Número de canales regadores: Longitud de cada canal regador:

18 800 m

b. Canal alimentador: Para determinar la capacidad de este canal, se hace un procedimiento similar al paso anterior. La única diferencia es que el área es el área por posición (5,33 ha) 𝑄𝐴 = 𝑞1 𝐴1 𝑚3 𝑚3 → 𝑄𝐴 = 0,07192 ∗ 5,33 ℎ𝑎 = 0.3833 𝑠 ∗ ℎ𝑎 𝑠 Número de canales alimentador: Longitud de cada canal alimentador:

1 400 – 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 máxima (200 m). Por tanto, la capacidad de este dren es función del área de la melga:

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑞𝑒𝑠𝑐 𝐴𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎 𝑚3 𝑚3 = 0,05927 ∗ 0,44 ℎ𝑎 = 0.02628 𝑠 ∗ ℎ𝑎 𝑠

Número de drenes de campo: Longitud de cada dren de campo:

72 200 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 número de melgas para cada franja (4 melgas por franja). Su capacidad se define como: 𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑞𝑒𝑠𝑐 𝐴𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 𝑚3 𝑚3 𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 0,05927 ∗ 1.77 ℎ𝑎 = 0.1049 𝑠 ∗ ℎ𝑎 𝑠 O simplemente 𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 ∗ # melgas por franja 𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 0.02628

𝑚3 𝑚3 ∗ 4 = 0.1051 𝑠 𝑠

Número de drenes longitudinal de campo: 18 Longitud de drenes longitudinal de campo: 800 m

Por facilidad de construcción se determina construir un solo canal de drenaje que abarque las 4 melgas por franja, el cual tendrá una longitud de 800 m.

c. Dren colector de campo: Este dren recoge el agua a drenar del número de franjas regadas por día de riego, que en este caso son 3:

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 𝑞𝑒𝑠𝑐 𝐴1 𝑚3 𝑚3 = 0,05927 ∗ 5.33 ℎ𝑎 = 0.31591 𝑠 ∗ ℎ𝑎 𝑠

Número de drenes colectores finales: Longitud de drenes colectores finales:

1 378 m

RECOMENDACIONES 

RIEGO Y DRENAJE

Primeramente ya que la construcción de las melgas se hará en el sentido de las curvas de nivel, las dimensiones y el área de cada una de ellas será un valor aproximado al real. Se propone un área aproximada para cada melga de 0.44 ha (L= 200 m y w= 22 m). Aclarando que la construcción de franjas igualmente se debe hacer siguiendo las curvas a nivel. En cuanto a la construcción 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 sección "CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE LOS CANALES ". Lo concerniente a el cronograma del drenaje, la programación será 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 días ya que en esta fase se debe mantener el nivel adecuado de humedad sin incurrir en un exceso. En las demás fases en donde el cultivo permanece inundado se recomienda drenar cada 6 días como mínimo. A continuación se ilustra una tabla donde se resume el cronograma de drenaje. Etapa Humedecimiento Inundación Mantenimiento de la Inundación 

Frecuencia de drenaje Todos los días Fr crítica = Cada 6 días mínimo Fr crítica = Cada 6 días mínimo

RECOMENDACIONES DE OPERACIÓN:

El diseño esta dado para periodos de ETmax y LNmax (profundidad de raíces máxima) que el tiempo de riego es de 10 horas y 33 minutos para el riego por cada posición, que corresponde a 3 franjas, es decir, 5.33 ha regadas al mismo tiempo, equivalente a un caudal de Q = 0,38333

m3 . seg

Con respecto a la frecuencia de riego, se determina para estas condiciones una frecuencia de 6 días. Cambiando así la disposición del operario para regar (que son 8 días) para cumplir con los requisitos de frecuencia de riego del cultivo. A continuación se presenta la programación del riego recomendada. Día 1 2 3 4 5 6

Franja Regada Franjas 1 – 2 – 3 Franjas 4 – 5 – 6 Franjas 7 – 8 – 9 Franjas 10 – 11 – 12 Franjas 13 – 14 – 15 Franjas 16 – 17 – 18

O como se muestra en el siguiente esquema de riego:

Como criterio de diseño se selecciona la Profundidad de Raíces Máxima junto con la evapotranspiración máxima, ya que estos parámetros representan el máximo estado de desarrollo fenológico que el cultivo puede alcanzar, y en el cual se verán los requerimientos máximos de lámina necesaria para que el cultivo se desarrolle de manera óptima, el cual, el sistema debe estar en capacidad de proporcionar.

Sin embargo, para cada una de las etapas, estos parámetros como la Evapotranspiración y la Profundidad de raíces, varia. Por lo cual La Frecuencia, la lámina de riego y los caudales requeridos, también 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 hídricos del cultivo de manera precisa y disminuyendo las pérdidas que se pueden presentar. A continuación se puede visualizar un ejemplo de la variabilidad de la evapotranspiración en función del tiempo para el cultivo de Arroz:

Figura 1. Ejemplo de comportamiento anual de la evapotranspiración de las gramíneas forrajeras en Villahermosa, Teapa y El Triungo. México. (Ruíz-Álvarez & al., 2011)

El caudal más 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 lámina pequeña para evitar el desarrollo de plagas que puedan afectar el crecimiento del arroz (ya que en este estado fenológico se encuentran más vulnerables a efectos externos). Por lo tanto el sistema debe estar en la capacidad de suplir la cantidad más crítica de agua que es esta, y por ende suplir las demás fases. Por lo cual se propone la siguiente programación tentativa para el riego:

RIEGO Fase

Humedecimiento

Tiempo por etapa (min) 632.7 632.7 632.7 632.7 632.7 632.7

Tiempo por etapa (hr) 10.545 10.545 10.545 10.545 10.545 10.545

Hora Tentativa Inicio

Hora Tentativa Final

7:00 a. m. 7:00 a. m. 7:00 a. m. 7:00 a. m. 7:00 a. m. 7:00 a. m.

5:32 p. m. 5:32 p. m. 5:32 p. m. 5:32 p. m. 5:32 p. m. 5:32 p. m.

Caudal (m3/s) por posicion 0.3833 0.3833 0.3833 0.3833 0.3833 0.3833

FRANJAS A REGAR

DIA

1-2-3 4-5-6 7-8-9 10 - 11 - 12 13 - 14 - 15 16 - 17 - 18

1 2 3 4 5 6

Es importante destacar que la inundación, 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 pequeño caudal. Es por esto que el tiempo de riego para esta fase es de 8621,05 min (aproximadamente 6 días).

BIBLIOGRAFIA

• FORERO SAAVEDRA, J. A. (2000). Riego por melgas en curvas de nivel. Bogotá, D.C: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería. • Ruíz-Álvarez, O., & al., e. (2011). Requerimiento de riego y predicción del rendimiento en gramíneas forrajeras mediante un modelo de simulación en Tabasco, México. Agrociencia , 45 (7), 745-760.