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1. 1
IRRIGACIONES
CONTENIDO
MODULO I : PLANEAMIENTO Y DISEÑO DE OBRAS DE RIEGO
UNIDAD I: PLANIFICACION Y FORMULACION DEL PROYECTO DE RIEGO
1.1 Generalidades
1.2 Irrigación y sistemas de riego
1.3 Generalidades del riego en el Perú y la región
1.4 El Sistema Nacional de Inversión Pública
1.5 El proyecto de riego
1.5.1 Identificación
1.5.2 Formulación
1.5.3 Evaluación
1.5.4 Conclusiones
1.6 Consideraciones básicas de diseño
UNIDAD II: DEMANDA Y DOTACION DE RIEGO
2.1 Evapotranspiración potencial
2.2 Procedimientos de cálculo para determinar la ETP y ETR.
2.3 Cédula de cultivo y coeficiente de cultivo.
2.4 Evapotranspiración real
2.5 Precipitación efectiva
2.6 Requerimiento y eficiencia de riego
2.7 Módulo de riego
2.8 Demanda neta y caudal de captación.
2.9 Programación de riego y calendario de cultivos.
2.10 Calidad de agua de riego.
UNIDAD III: PLANEAMIENTO Y DISEÑO DE OBRAS DE CAPTACIÓN
3.1 Generalidades
3.2 Tipos de Obras de captación.
3.3 Ubicación.
3.4 Captación con presa de derivación.
3.5 Captación tipo tirolesa.
3.6 Partes de una captación para riego
3.7 Diseño de la ventana de captación
3.8 Diseño de presa o barraje
3.9 Diseño de obras de limpia
2. 2 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
UNIDAD IV: DISEÑO DE CANALES
4.1 Generalidades
4.2 Flujos en canales abiertos
4.3 Clasificación de canales
4.4 Elementos de la sección de un canal
4.5 Ecuaciones básicas de diseño
4.6 Diseño de canales abiertos
4.7 Planeamiento hidráulico
UNIDAD V: DISEÑO DE OBRAS COMPLEMENTARIAS
5.1 Generalidades
5.2 Sistema de drenaje
5.3 Diseño de pozas de amortiguamiento
5.4 Aliviadero lateral
5.5 Aforadores
5.6 Transiciones
3. 3
IRRIGACIONES
I UNIDAD: PLANIFICACION Y FORMULACION
DEL PROYECTO DE RIEGO
1.1 GENERALIDADES
La vida en la tierra depende del agua. Dos terceras partes de la Tierra están
cubiertas de agua, que paradójicamente no puede utilizarse para el consumo
humano por su alto contenido sódico, aún cuando conforman un amplio y
complejo ecosistema que permite la vida de ingente cantidad de seres vivos –
desde plancton casi microscópico hasta grandes cetáceos como la ballena, o
aves como el martín pescador o el alcatraz, entre otros muchos-. En el tercio de
la superficie terrestre, la vida depende del agua dulce, y por allí comienzan los
problemas, que se generan en particular por el crecimiento desmedido de la
población mundial, la contaminación bioquímica del agua, el uso indiscriminado
de éste recurso sin eficiencia y/o eficacia, y el ya alarmante calentamiento global
por un lado y el oscurecimiento global por otro, que hace del agua uno de los
recursos actualmente más preciados y que debe preservarse para las
generaciones futuras.
Dentro de los muchos usos que se le da al agua en beneficio del ser humano
en particular, está el riego para la producción agrícola, que hoy en día ha cobrado
extrema importancia por su desgarradora escasez en diversas zonas del planeta,
como África por ejemplo. América del Sur y más puntualmente nuestro país, no
escapa de esa situación, por lo que en la actualidad se han sumado esfuerzos
dentro del Ministerio de Agricultura, para promover y ejecutar obras hidráulicas,
para embalsamiento y regulación, hidroenergía y particularmente riego. El trabajo
inmediato en el afianzamiento de grandes cuencas, la recuperación y
reconstrucción de proyectos de riego y el cambio de sistema de riego, dejando
de lado los riegos por gravedad para convertirlos en riego por aspersión y/o
goteo, todo ello para lograr áreas de producción que garanticen en un futuro
combatir la escasez de alimentos.
4. 4 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
El riego de tierras agrícolas supone la utilización del un 70% de los recursos
hídricos en el mundo. En los países en vías de desarrollo –donde se encuentra
el Perú-, muchas veces el agua utilizada para regadío representa el 95% del total
de usos del agua, y juega un papel esencial en la producción y seguridad de los
alimentos. No olvidemos que aún en nuestros países, se sigue cultivando en
épocas de avenida, utilizando directamente el agua por precipitación y
supeditados a la capacidad del suelo para retener la humedad, que en definitiva
determinará cuales son los cultivos que van a producir con éxito y también, cuál
será la época del año más apropiada para su siembra.
La agricultura en base a sistemas de riego, es ventajosa por el control de la
humedad del suelo y por el uso efectivo del agua. Ello permite la siembra en
cualquier época del año si los factores climáticos lo permiten. A largo plazo, el
desarrollo y mejora de las estrategias agrícolas para nuestros países esta
condicionado al mantenimiento, mejora y expansión de la agricultura de regadío.
Por lo mencionado. la necesidad de riego en el Perú tiene particular
importancia, especialmente en la Sierra donde las inversiones ejecutadas en
proyectos de aprovechamiento hidráulico se encuentran en una proporción de
5% a 95% con respecto a la Costa. Considerado Puno uno de los departamentos
del Perú con mayor cantidad de habitantes, de los cuales la mayoría se encuentra
en las zonas rurales y que carecen de los medios necesarios para su desarrollo
social y económico; en tal sentido los esfuerzos de los gobernantes es entrar con
una Política de Desarrollo Sostenido, por medio de proyectos de inversión que
estén orientados a mejorar las condiciones de vida de todos los pobladores del
campo, e indirectamente de la población en general.
1.2 Irrigación y sistemas de riego
1.2.1 Conceptos
Israelsen (1985) dice que: “irrigación es la aplicación artificial del agua en
el suelo con el propósito de suplir a éste de la humedad esencial para el
crecimiento de las plantas”.
Otro concepto define: “Irrigación es el aporte a los terrenos de cultivo de
un volumen controlado y oportuno de agua, descontando de dicho volumen la
masa aprovechable de las lluvias a fin de lograr el desarrollo de los cultivos
hasta la maduración de sus frutos”.
Por lo que considero que irrigación es: “un sistema artificial de riego para
complementar la humedad necesaria en el suelo para el desarrollo de las
plantas; usando para el efecto, técnicas de planificación, formulación,
construcción, operación y seguimiento”.
1.2.2 Sistemas de riego
Se entiende por SISTEMA “Al conjunto de elementos que se
interrelacionan e interactúan entre sí con el propósito común de lograr un
5. 5
IRRIGACIONES
objetivo. A su vez, los elementos pueden ser igualmente subsistemas bajo el
mismo concepto”.
Bajo éste concepto, un sistema de riego estará compuesto por varios
subsistemas que interrelacionados entre sí, interactúan para lograr la
producción agrícola de un área de riego o parcela. Los subsistemas para Un
riego superficial por gravedad son: Sistema de almacenamiento y regulación,
sistema de captación, sistema de conducción, sistema de distribución y el
sistema de drenaje.
1.2.3 Métodos de riego
Para definir que método de riego utilizar, deben considerarse diversos
factores que permitirán decidir al respecto. Estos factores son:
La topografía del terreno y la forma de la parcela.
Las características físicas del suelo, en particular la capacidad para
almacenar el agua de riego.
Tipo de cultivo, (conocer sus requerimientos de agua para maximizar su
producción y su comportamiento cuando falte agua).
La disponibilidad de agua y su precio.
La calidad del agua de riego.
La disponibilidad de la mano de obra.
El costo de las instalaciones de cada sistema de riego (inversión inicial,
ejecución del riego y mantenimiento del sistema).
El efecto en el medio ambiente.
Existen tres métodos de riego: métodos superficiales (de gravedad y de
gravedad tecnificados), métodos presurizados (aspersión, micro aspersión y
goteo) y métodos sub superficiales. Un método experimental de buenos
resultados es el riego por hidroponía.
1.2.3.1 Riego por superficie
Son métodos, en los que el agua se aplica directamente sobre la
superficie del suelo por gravedad o escurrimiento. Existen dos métodos: el
riego por gravedad y el riego por gravedad tecnificado.
En el riego por gravedad: Se identifican dos métodos, el riego por gravedad
propiamente dicho y el riego por anegamiento o inundación.
El riego por gravedad se caracteriza por distribuir el agua sobre la
superficie terrestre por medio de canales y conductos, donde el agua fluye
por acción de la gravedad o por el desnivel o pendiente de los mismos. Es
común cuando se tiene alta disponibilidad del recurso hídrico. La principal
ventaja de éste método de riego es su bajo costo de aplicación. Las
6. 6 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
desventajas son varias, por ejemplo: El alto desperdicio de agua en el
proceso de riego que obliga a construir obras de drenaje, las labores
agrícolas de distribución del agua requiere de una capacitación a los
regantes hasta su dominio del proceso, el exceso de agua de riego puede
originar la salinización del suelo o el lavado de los nutrientes y abonos, la
necesidad de pendiente en las áreas de riego, entre otras.
Dependiendo de la forma de conducción del agua se pueden dividir en
dos tipos: riego por surcos y riego por melgas. Según la topografía y el tipo
de sistematización que se haya realizado en la parcela se pueden dividir en
dos grupos principales: Con pendiente o Sin Pendiente.
Cuando se riega sin pendiente, es decir, cuando la superficie a regar
es “llana”, el método consiste en “cubrir” el surco o la melga con el volumen
deseado de agua y luego cerrar éste y pasar a regar otro surco o melga. El
surco o la melga permanecen con agua hasta que el volumen se infiltra. Las
pérdidas se producen por percolación excesiva en cabecera.
Cuando se riega con pendiente, el riego consiste en hacer escurrir el
agua durante un tiempo suficientemente para que se infiltre el volumen que
se desea aplicar. Las pérdidas además de producirse por infiltración
diferencial en cada punto se producen por escurrimiento al pie de la parcela.
El riego por anegamiento o inundación consiste en inundar
completamente la superficie de la parcela. El agua tiene un movimiento
descendente homogéneo y total. Es aconsejable solo para cultivos
específicos como el arroz.
El riego por gravedad tecnificado: Es un método que busca evitar
pérdidas que se producen en el método por gravedad tradicional, con el
objeto de mejorar el control y la homogeneidad en que el agua es
aplicada. En éste método destacan:
o Conducción por tuberías: Reducen las pérdidas por conducción
fuera de los límites de los cuadros de cultivo.
o Dosificadores a los surcos: Son métodos que logran que el caudal
que recibe cada surco sea el mismo, esto se logra mediante el uso de
“sifones” para tomar agua de canales o de orificios uniformes y
regulables.
o Riego discontinuo o con dos caudales: Especialmente diseñado
para riego con pendiente. Buscan mejorar la uniformidad de
infiltración a lo largo de los surcos y reducir a un mínimo las pérdidas
por escurrimiento al pie, mediante la interrupción del caudal o el uso
de caudales variables (con caudales grandes se logra un mojado más
rápido del surco, aportando luego un caudal mínimo que se infiltra
casi en su totalidad).
1.2.3.2 Riego presurizado
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IRRIGACIONES
Este tipo de métodos, requieren de una terminada presión de agua para
operar y se diferencian por las características de emisores que se utilicen. La
presión se obtiene por una diferencia de cota entre la fuente de agua y el sector
a regar, o mediante un equipo de bombeo. El agua se conduce al suelo
mediante tuberías.
Las ventajas que presenta el método son varias, por ejemplo: Se adaptan
mejor a las aplicaciones frecuentes de escaso volumen a las que las plantas
reaccionan mejor. Son más eficientes en el uso del agua. Manejo mas
económico al no requerir mucha mano de obra y al no humedecer todo el suelo.
No precisan sistematización del terreno. El principal inconveniente radica en la
mayor inversión que requiere, tanto en lo que a equipos de riego se refiere
como a la infraestructura de riego.
Por éste método se tienen tres tipos: el riego por aspersión, el riego por
micro aspersión y riego por goteo.
Riego por aspersión: Este método simula el aporte de agua por lluvia,
mediante el uso de aspersores conectados a un sistema de tuberías que
distribuyen el agua en la parcela o área de riego. Se busca aplicar una lámina
que sea capaz de infiltrarse en el suelo sin producir escorrentía. Los diversos
sistemas existentes van desde los equipos autopropulsados como los
cañones regadores o los equipos de avance frontal, hasta equipos de
diferentes dimensiones de alas móviles.
Sus ventajas son: La conducción hasta el cultivo se hace por tuberías sin
pérdidas, la aplicación (si el sistema está bien diseñado) es uniforme, los
equipos móviles se prestan para la aplicación de riegos complementarios
debido a que pueden desplazarse y no precisan sistematización de los
terrenos.
Riego por micro aspersión: Similar al anterior pero a escala muy reducida.
Se disponen de una gran cantidad de mangueras de riego que recorren las
líneas del cultivo con emisores individuales o para un grupo de plantas. Moja
una superficie relativamente pequeña.
Las ventajas son: No moja la totalidad del suelo, permite el riego por debajo
de las copas de las plantas sin mojarlas. Se utiliza para regar arbustos o
árboles bajos (por ejemplo la vid, frutales, etc.)
Riego por goteo (o localizado): El agua se conduce a presión por tuberías
y luego por mangueras de riego que recorren las hileras del cultivo.
El emisor, externo o incorporado a la manguera de riego, es un “gotero” de
caudal y separación variable según el suelo y los cultivos. Aplica el agua en
forma de gotas que se van infiltrando a medida que caen.
Las ventajas son: No moja la totalidad del terreno, no moja las hojas por lo
que no es tan exigente en calidad de agua, no tiene piezas móviles y es de
8. 8 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
fácil mantenimiento, es de gran uniformidad. Su uso es en general para
frutales y arbustos y para cultivos en general.
1.2.3.3 Riego sub superficial
En éste método se aplica el agua de riego bajo la superficie del suelo
de manera que en un área insaturada se produce el humedecimiento del
perfil del suelo por desplazamiento de un frente húmedo por capilaridad
desde el emisor a su alrededor hasta mojar la zona radicular.
El riego sub superficial tiene el mismo diseño que el de goteo la única
diferencia entre ellos, estriba que el goteo coloca el agua gota a gota en la
superficie, mientras que el otro la deja escurrir poco a poco a través de la
pared de un tubo semipermeable o también a través de pequeños agujeros
o emisores construidos a lo largo del lateral, enterrados en el suelo a una
profundidad no mayor a los 0.60 m.
Sus ventajas son: Trabaja a baja presión (lo que determina la
posibilidad de conectarlo directamente con una cañería de conducción o con
un pequeño equipo de bombeo). Ahorro sensible del agua (sólo se consume
agua para la evapotranspiración, no hay gastos de evaporación debido a que
el suelo no se humedece superficialmente). Ahorro de tareas culturales
(como no hay un humedecimiento superficial las malezas no crecen). La
percolación del suelo se reduce (la aplicación no es superficial). Las labores
culturales se pueden realizar durante el riego (no entorpece para nada el
pasaje y el movimiento de la maquinaria por estar los tubos enterrados).
Puede ser totalmente automatizado.
Las desventajas son el elevado costo de instalación (a pesar de no
tener goteros, las alas laterales tienen una construcción especial que eleva
su costo). Se necesita agua absolutamente limpia (desprovista de elementos
tales como el hierro y el calcio que puedan taponar los emisores).
1.3 EL RIEGO EN EL PERU, POLITICAS Y REALIDADES
1.3.1 Política y estrategia nacional de riego en el Perú
El 10 de junio de 2003, por Resolución Ministerial Nº 0498-2003-AG se
aprueba la POLITICA Y ESTRATEGIA NACIONAL DE RIEGO, tienen el
propósito de precisar el conjunto de acciones respecto a las cuales el Estado
prioriza su participación, así como la modalidad de su intervención en el riego,
en base a los Lineamientos de Política Agraria, los acuerdos internacionales y la
legislación peruana sobre la materia y la legislación sobre Regionalización y
Gobiernos Regionales.
Como Objetivo General se plantea: “contribuir a mejorar la rentabilidad y
competitividad de la agricultura de riego, mediante el aprovechamiento intensivo
y sostenible de las tierras y el incremento de la eficiencia en el uso del agua”.
9. 9
IRRIGACIONES
Las políticas nacionales de riego se establecen en ocho temas básicos:
I. Institucionalidad del riego: Políticas
1. Ordenar la institucionalidad del sector público relacionada con la gestión del
agua de riego y delimitar claramente ámbitos de competencia, funciones y
responsabilidades, reconociéndose:
a. Un Organismo Nacional de los Recursos Hídricos, responsable de
normar y controlar el aprovechamiento multisectorial sostenible del
agua.
b. Una Autoridad Nacional del Subsector Riego, responsable de
promover supervisar y monitorear el aprovechamiento eficiente del
agua de riego, la operación y mantenimiento adecuado de la
infraestructura de riego y drenaje, y la protección de recursos agua-
suelo.
c. Organismos de cuencas responsables de elaborar planes maestros de
gestión del agua y de supervisar y controlar el aprovechamiento del
recurso hídrico y su preservación; con la participación de los Gobiernos
Regionales y Locales como promotores del manejo sostenible del agua
de riego
2. Fortalecer la participación del sector privado:
a. Reconociendo a las organizaciones de usuarios de agua de riego como
responsables en su ámbito de la administración y operación y
mantenimiento de la infraestructura de riego y drenaje.
b. Promoviendo la reestructuración y modernización de las organizaciones
de usuarios para alcanzar el auto sostenimiento para aprovechar
eficientemente del recurso hídrico y la operación y mantenimiento de
la infraestructura de riego a su cargo.
II. Consolidación de la infraestructura hidráulica mayor: Políticas
1. Subsidiar, en los casos necesarios, las inversiones en proyectos de
rehabilitación, reconstrucción y protección de la infraestructura mayor, con
el propósito de asegurar la actual oferta de agua, en tanto tengan
características de bien público.
2. Garantizar la adecuada administración, operación y mantenimiento de la
infraestructura hidráulica mayor de uso multisectorial a cargo del Estado
mediante subsidios temporales decrecientes y con plazo determinado.
10. 10 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
3. Promover la inversión privada para la conclusión de obras hidráulicas
mayores rentables a fin de aprovechar la oferta de agua.
III. Tecnificación del riego y drenaje: Políticas
1. Promover y subsidiar parcialmente, según características de bien público,
inversiones privadas de acuerdo con el orden de prioridad:
a. Proyectos para mejorar las características técnicas de la infraestructura
menor de distribución, medición y control y la eficiencia de aplicación
del agua de riego;
b. Proyectos para consolidar (rehabilitar, mejorar y proteger) la
infraestructura de captación, conducción y obras complementarias de
riego;
c. Proyectos para mejorar o incrementar el aprovechamiento conjunto-
colectivo de aguas subterráneas para fines agrícolas; y
d. Proyectos para recuperar suelos afectados con problemas de drenaje
y salinidad.
2. Promover la inversión privada en proyectos para mejorar el riego e
incorporar tierras a la agricultura, reasignando los recursos hídricos
ahorrados por mejoramiento de la eficiencia de riego.
3. Promover la inversión privada en proyectos para tratamiento de aguas
residuales y utilizarlas en fines agroforestales y cultivos de tallo largo.
IV. Investigación y capacitación en riego: Políticas
1. Generar y adaptar tecnologías de riego mejorado en función a las actividades
productivas de cada valle y a los requerimientos de las organizaciones de
usuarios, aprovechando la capacidad instalada en las universidades y de
las instituciones públicas y privadas.
2. Capacitar y difundir paquetes tecnológicos integrados de riego, promoviendo
la participación de las universidades e instituciones publicas y privadas que
trabajan brindando asistencia técnica a agricultores organizados.
3. Capacitar a las organizaciones de usuarios en la administración y
aprovechamiento eficiente y eficaz del agua de riego, así como la adecuada
operación y mantenimiento de la infraestructura de riego y drenaje bajo su
responsabilidad.
V. Derechos de agua en bloque (colectivo) para riego: Políticas
11. 11
IRRIGACIONES
1. Propiciar el otorgamiento de derechos registrables de agua por bloques
(corporativo) de riego, sobre la base de una dotación básica de hasta
10000 m3
por hectárea-año.
2. Regular el otorgamiento de dotaciones de agua adicionales al básico, de
acuerdo a la disponibilidad de agua y la demanda de los usuarios, hasta un
límite máximo que cautele el uso eficiente del agua y la protección del agua
y del suelo.
VI. El riego en la gestión integrada de recursos hídricos: Política
1. Gestionar la oferta y demanda de agua de riego en el marco del manejo
integrado de los recursos hídricos de las cuencas hidrográficas,
considerando su uso multisectorial, la protección de la cuenca, y la
prevención de emergencias.
VII. Medidas ambientales relacionadas con el riego: Políticas
1. Integrar el control de la calidad del agua de riego con el volumen de agua
dentro de un sistema de gestión integrado de la cuenca hidrográfica,
descentralizado y participativo, que integre el desarrollo regional con la
protección del medio ambiente, tanto de los organismos no destinatarios
como beneficiarios que se encuentran en la flora y fauna de la tierra
cultivada y los medios acuáticos.
2. Priorizar en forma concertada con otros sectores la conservación de suelos
en las zonas productoras de sedimentos perjudiciales a los reservorios y a
la infraestructura de riego.
3. Concertar con otros sectores, la implementación de acciones para proteger
a la agricultura de los daños ocasionados por la contaminación del agua,
entre otras por las provocada por los pasivos ambientales de otros
sectores.
4. Desincentivar los cultivos de alto consumo de agua en áreas con
problemas de degradación de suelos, de riesgo para la salud, y problemas
ambientales en general.
5. Reducir la contaminación de las aguas de riego residuales y evitar que sus
descargas contaminen fuentes de agua superficial y subterránea.
VIII. Financiamiento de la gestión del agua de riego: Políticas
1. El financiamiento de los costos de administración operación y mantenimiento
de la infraestructura de riego y drenaje, dentro de los bloques, será
exclusiva competencia de los usuarios.
12. 12 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
2. El financiamiento de los costos de suministro (administración, operación y
mantenimiento de la infraestructura de riego y drenaje) a cargo del Estado,
será de exclusiva competencia de los usuarios a través de tarifas de agua
de riego establecidas sobre la base de las dotaciones básicas de riego.
3. Promover el uso técnico y eficiente del agua mediante cargas adicionales
a la tarifa para las dotaciones de agua complementarias a las dotaciones
básicas.
4. Regular la tarifa y sus cargas adicionales a través de la Autoridad Nacional
de Recursos Hídricos, estableciendo plazos para su gradual
implementación.
1.3.2 Breve historia del riego en el Perú
La agricultura en el Perú se remonta más de 5.000 años, cuando la cultura
Chavín construía sistemas de riego simples y redes de canales al norte de Lima.
La cultura Nazca desarrolló un sistema de riego con canales cubiertos para
reducir el efecto de evaporación y pérdida consecuente del agua. Más al sur, la
cultura Tiahuanaco desarrolló sistemas de riego y cultivos basados en los waru
waru.
El imperio Inca (siglo XI al XVI), desarrolló un sistema avanzado de riego,
que suministraba agua a 700.000 hectáreas de diversos cultivos en la fértil zona
costera y en la sierra. Un claro ejemplo de su alta tecnología se aprecia en Tipón,
Pisac, Ollantaytambo, Tambomachay y otros valles interandinos.
Con la colonización española, éstos adelantos en riego quedaron
postergados por más de 300 años (la minería se convirtió en la actividad
económica principal), lo que provocó una reducción de la producción agrícola y
el estancamiento del desarrollo de la infraestructura del riego.
El siglo XX inició con la creación del Cuerpo de Ingenieros de Minas y
Aguas (1904) y el Servicio Hidrológico (1911). En 1914, el gobierno peruano
contrató al ingeniero estadounidense Charles Shutton para asesorar en obras
públicas para el desarrollo del riego. En la década de los años 20 se lanzaron los
primeros proyectos de riego estatales a gran escala. La inversión pública en riego
creció de 8,7% en 1905 hasta el 18,62% en 1912, tendencia que continuó hacia
1930.
Desde 1945 hasta 1948, el Gobierno aprobó el Plan Nacional de Riego y
Mejoramiento del Riego. Hacia 1956, la inversión pública alcanzó niveles sin
precedentes con hasta el 50% de inversión total. Se tienen por ejemplo las
transferencias de agua del río Quinoz al río Piura (Región Piura) y del río Chotano
al río Chancay-Lambayeque (Región Lambayeque), proyectos implementados en
ese momento y durante la década del 60. Entre 1950 y 1980, el 90% de la
inversión en riego se dirigió a la región costera y solo el 10% a la sierra del Perú
incluyendo el Altiplano.
13. 13
IRRIGACIONES
La reforma agraria de 1969 y la inestabilidad política contribuyeron a un
escaso rendimiento de la agricultura, ya que cambiaron profundamente las
relaciones de producción en el campo, interrumpieron la organización de
sistemas productivos en las mejores tierras agrícolas y forzaron parte de la
capacidad empresarial.
En 1989, el Gobierno por el Decreto Supremo 037-89-AG transfirió las
responsabilidades de operación y mantenimiento de los sistemas de riego a las
juntas de usuarios, con el objetivo de desvincular al estado, fomentar la inversión
privada y estimular la independencia y la sostenibilidad financiera de las juntas
mediante el establecimiento de tarifas de agua. El fracaso de las juntas de
usuarios, obligó al gobierno peruano a seguir siendo el mayor actor en el
desarrollo del riego, que estaba concentrada en la región costera. El 76% de la
inversión en la región costera entre 1978 y 1982 se concentró en los tres
proyectos más importantes de riego en Majes (Región Arequipa), Chira-Piura
(Región Piura) y Tinajones (Región Lambayeque). Esta tendencia se mantuvo
durante los años 90.
En 1996, el Gobierno, con el apoyo del Banco Mundial, creó el Programa
Sub sectorial de Irrigaciones (PSI), que, con éxito desarrolló las capacidades de
las juntas de usuarios en la costa, redujo la importancia de la inversión pública
en el sector, mejoro la sostenibilidad financiara de las juntas y aumento la
inversión privada en la mejora técnica de los sistemas de riego.
En la actualidad, aproximadamente 1,7 millones Ha de los 2,6 millones
totales cultivados de Perú tienen disponible algo de infraestructura de riego. Sin
embargo, solo 1,2 millones Has. se irrigan realmente cada año debido al pobre
rendimiento de los sistemas de riego.
1.3.3 Realidad del riego para el desarrollo agrícola y rural
La agricultura de riego es cada vez más importante en el desarrollo y
crecimiento de Perú. La agricultura emplea al 30% de la población de Perú,
representa más del 13% del PIB y más del 10% de las exportaciones totales
(US$ 1.600 millones en 2005). Dos tercios del PIB agrícola se producen en la
costa del Pacífico, debido a que los cultivos de alto valor y la tecnología de
riego han tenido un gran impacto en el desarrollo rural de la costa.
Perú tiene aproximadamente 107 cuencas fluviales y una disponibilidad per
cápita de 77.600 m3, la más alta de América Latina. Los Andes dividen al Perú
en tres cuencas naturales de drenaje: la cuenca del Pacífico (53 ríos), la cuenca
del Atlántico (32 ríos) y la cuenca del Titicaca (13 ríos).
14. 14 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Sin embargo, solo un 4.3% del territorio peruano, es decir 5.5 millones de
hectáreas se dedica a la agricultura, de los que 3.75% son de secano y 1.75%
están dotados de infraestructura para riego (ver tabla 01).
“Fuente”: Portal Agrario (1994)
.
La árida cuenca del Pacífico, con 37 millones de metros cúbicos (m3)
disponibles por año, contiene solo el 1,8% de los recursos hídricos de Perú.
Unos 53 ríos que fluyen hacia el oeste desde los Andes hasta la costa,
suministran la mayor parte del agua usada para el riego. Solo cerca del 30%
de estos ríos son perennes. El abastecimiento de agua irrigada durante todo el
año para aproximadamente el 40% del área de regadío es poco confiable, sin
TABLA 01: Área con infraestructura de riego y áreas de regadío
(en miles de hectáreas)
Región Infraestructura (a) % De regadío (b) % (b/a)
Costa 1.190 68 736 66 61
Sierra 453 26 289 26 63
Selva 109 6 84 8 77
Total 1.752 100 1.109 100
El Perú tiene una extensión territorial de 1'285,215 Km2
y comprende tres grandes
regiones naturales con características muy diferentes en topografía y clima: costa,
sierra y selva.
a) Costa: Esta región se caracteriza por su topografía plana y normalmente
exenta de lluvias, dispone de 13 millones de hectáreas. Las áreas bajo riego
tienen una extensión aproximada de 760,000 Ha, es decir, 5.6% de su
superficie, distribuida en 52 valles que cruzan el desierto costero desde las
estribaciones de la cordillera de los Andes en su flanco occidental hasta su
desembocadura en el Océano Pacifico. En la costa existen 1'637,000 Ha con
aptitud agrícola (para cultivos en limpio y permanentes).
b) Sierra: Esta región posee una superficie total de 39 millones de hectáreas, de
las cuales 1'361,000 Ha son tierras aptas para cultivos, es decir, 3.5% de su
superficie total. Sin embargo, se explotan 1'517,000 has debido a la presión
demográfica, cultivándose las tierras en laderas aptas para otros usos como
cultivos permanentes y pastos naturales.
c) Selva: Esta región es la más extensa del país. Con una superficie aproximada
de 75 millones de hectáreas. En la actualidad se dedican 440,000 Ha para
cultivos en limpio, es decir 0.6% de su extensión, pese a que esta región tiene
una capacidad de uso mayor de sus tierras en agricultura de 4'600,000 Ha (6.1
%).
ONERN, 1985
15. 15
IRRIGACIONES
ningún tipo de almacenamiento regulador. La cuenca del Atlántico contiene el
97% de toda el agua disponible y recibe casi 2 mil millones m3 anuales. El área
del lago Titicaca recibe 10 millones m3 anualmente. La mayoría de las
precipitaciones ocurren entre noviembre y mayo, el resto del año, el riego
depende de sistemas de baja tecnología.
“
FFuente: INEI 2007
Aproximadamente el 80% de la extracción de agua en el Perú se utiliza
para el riego; sin embargo, la mayor parte del agua (65%) se pierde debido a
sistemas de riego ineficientes. Se estima que la eficiencia total del uso del agua
en riego es aproximadamente del 35%, debido a sistemas de distribución con
fugas, uso extensivo de métodos de riego por gravedad o inundación, con una
eficiencia total estimada de 50%.
Muy pocas veces se mide el agua y las tarifas se calculan, en su mayoría,
en función de las hectáreas más que del volumen de agua utilizado. El manejo
inadecuado del riego unido a sistemas ineficientes de riego, conducen a las
prácticas generalizadas de riego, con agricultores que utilizan agua por encima
de las necesidades de los cultivos y de la disponibilidad de agua.
1.3.4 Marco legal e institucional
El marco constitucional de Perú establece que los recursos hídricos son
propiedad exclusiva y responsabilidad administrativa del gobierno nacional. El
gobierno permite el uso del agua en condiciones especiales y tras el pago
correspondiente de una tarifa, aunque mantiene la propiedad y el control total.
La Ley General de Aguas 17752 de 1969 considera el agua como un
producto básico agrícola y, por tanto, no reconoce otros usos del agua.
Cuenca fluvial
Área de
superficie
(1.000 km2)
Disponibilidad
de agua (miles
de m3 anuales)
Disponibilidad
de agua (m3 per
cápita/año)
Cantidad
de ríos
Pacífico 279,7 37.363,0 2.027,0 53,0
Atlántico 958,5 1.998.405,0 291.703,0 32,0
Titicaca 47,0 10.172,0 9.715,0 13,0
Total 1.285,2 245.940,0 77.534,0 98,0
16. 16 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
En 2003, el Gobierno aprobó la Estrategia Nacional de Riego, Resolución
Ministerial Nº 0498-2003-AG, que tiene como objetivo mejorar la rentabilidad y
la competitividad de la agricultura de regadío. Igualmente, el Programa de
Riego Tecnificado (PRT, Ley Nº 28585 y su Reglamento DS 004-2006-AG),
aprobado en 2006, tiene como objetivo reparar, desarrollar y mejorar los
sistemas de riego en todo Perú.
Un proyecto de ley de Estrategia Nacional para la Gestión de los
Recursos Hídricos, actualmente en fase de revisión de la Comisión Agraria,
reconocerá la naturaleza multisectorial del agua y modificará el marco
institucional y legal anterior, incluido el riego, para llevar a cabo una gestión
integrada de los recursos hídricos.
En el marco institucional, las reformas de la última década redujeron las
tareas técnicas que eran responsabilidad del Ministerio de Agricultura y crearon
numerosas unidades ejecutivas semiautónomas y programas especiales en los
ámbitos nacional, regional y local. En 2008, el gobierno peruano creó la
Autoridad Nacional del Agua, organismo adscrito al MINAG.
La Autoridad Nacional del Agua (ANA) es responsable del diseño y
puesta en marcha a escala nacional de las políticas sobre recursos hídricos
sostenibles y riego.
El Instituto Nacional de Investigación Agraria estudia tecnologías
innovadoras y de bajo costo para mejorar la gestión de los recursos hídricos y
riego. El Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) estudia y
divulga información acerca de los eventos climáticos y su impacto en los
recursos hídricos.
El gobierno nacional está transfiriendo funciones a los gobiernos
regionales y locales. Finalmente, cuatro agencias de cuencas fluviales
(Jequetepeque, Chira-Piura-Chancay-Lambayeque, Chillón-Rímac-Lurín y
Santa) completan los organismos involucrados en la gestión de los recursos
hídricos.
1.4 El Sistema Nacional de Inversión Pública
El Sistema Nacional de Inversión Pública –SNIP- es un sistema
administrativo del Estado que a través de un conjunto de principios, métodos,
procedimientos y normas técnicas certifica la calidad de los Proyectos de
Inversión Pública (PIP). Con ello se busca:
Eficiencia en la utilización de recursos de inversión
Sostenibilidad en la mejora de la calidad o ampliación de la provisión de los
servicios públicos intervenidos por los proyectos.
Mayor impacto socio-económico, es decir, un mayor bienestar para la
población.
17. 17
IRRIGACIONES
La inversión pública debe estar orientada a mejorar la capacidad
prestadora de servicios públicos del Estado de forma que éstos se brinden a los
ciudadanos de manera oportuna y eficaz. Esto se consigue con proyectos
sostenibles que operen y brinden servicios a la comunidad permanentemente.
Hay diferentes actores en el SNIP y cada uno de ellos es responsable de
cumplir determinadas funciones a lo largo de la preparación, evaluación ex ante,
priorización, ejecución y evaluación ex post de un proyecto.
Conforman el SNIP:
El Órgano Resolutivo o más alta autoridad ejecutiva de la entidad,
(Alcaldes, Presidentes de Gobiernos Regionales, Ministros, etc.)
Las Unidades Formuladoras (UF) u órganos responsables de la
formulación de los estudios de preinversión.
Las Oficinas de Programación e Inversiones (OPI) encargadas de la
evaluación y declaración de viabilidad de los PIP y
Las Unidades Ejecutoras (UE) responsables de la ejecución, operación y
mantenimiento y evaluación ex post de los PIP en las diferentes entidades
públicas de todos los niveles de Gobierno.
Las disposiciones del SNIP se aplican a más de 1980 Unidades
Formuladoras (UF) y más de 920 Oficinas de Programación e Inversiones (OPI)
de alrededor de 850 entidades sujetas al sistema entre Ministerios, Institutos,
Escuelas Nacionales, Universidades Nacionales, Empresas de FONAFE,
Gobiernos Regionales, Gobiernos Locales, Empresas de Tratamiento
Empresarial, etc.
1.4.1 El ciclo del proyecto
El Ciclo de Proyecto contempla las Fases de Preinversión, Inversión y
Post inversión. Durante la Fase de Preinversión de un proyecto se identifica un
problema determinado y luego se analizan y evalúan -en forma iterativa-
alternativas de solución que permitan para encontrar la de mayor rentabilidad
social. En la Fase de Inversión se pone en marcha la ejecución proyecto
conforme a los parámetros aprobados en la declaratoria de viabilidad para la
alternativa seleccionada de mientras que, en la Fase de Post Inversión, el
proyecto entra a operación y mantenimiento y se efectúa la evaluación ex post.
18. 18 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
(*) La declaración de viabilidad es un requisito para pasar de la fase de preinversión a
la fase de inversión.
1.4.2 El proyecto de riego: Guía metodológica para un proyecto de riego menor
Con la creación del Sistema Nacional de Inversión Pública, se ha
reordenado la inversión pública de los diferentes sectores estatales. Para ello,
el Ministerio de Economía y Finanzas por intermedio de la Dirección General
de Política de Inversiones (que controla el SNIP), ha publicado una serie de
guías, pautas y procedimientos para facilitar la identificación, formulación y
evaluación social de proyectos de inversión, como es el caso del sector
agricultura y particularmente, para la elaboración de proyectos de riego menor
a nivel de perfil, cuyo contenido se detalla a continuación:
MÓDULO I: ASPECTOS GENERALES
1.1 Nombre del proyecto
1.2. Unidad formuladora y unidad ejecutora del proyecto
1.3. Matriz de involucrados
1.4. Marco de referencia
MÓDULO II: IDENTIFICACIÓN
2.1. Diagnostico de la situación actual
2.2. Definición del problema, sus causas y efectos
2.3. Objetivo del proyecto
2.4. Alternativas de solución
MÓDULO III: FORMULACIÓN
3.1. Análisis de la demanda
3.2. Análisis de la oferta
19. 19
IRRIGACIONES
3.3. Balance oferta demanda. Balance hídrico
3.4. Planteamiento técnico de las alternativas de solución
3.5. Costos a precios de mercado
MÓDULO IV: EVALUACIÓN
4.1. Evaluación social
4.2. Análisis de sensibilidad
4.3. Sostenibilidad
4.4. Impacto ambiental
4.5. Selección de alternativas
4.6. Organización y gestión
4.7. Cronograma de ejecución del proyecto
4.8. Matriz del marco lógico (MML)
MÓDULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
MÓDULO VI: ANEXOS
1.4.2.1 Aspectos generales
Describe brevemente el proyecto incluyendo una adecuada definición del
nombre del proyecto, la identificación de la Unidad Formuladora y la Unidad
Ejecutora, la matriz de involucrados y el marco de referencia del proyecto.
El nombre del proyecto Debe tener tres características fundamentales:
Naturaleza de la intervención (instalación, mejoramiento o ampliación del
sistema de riego) para solucionar el problema identificado. Objeto de la
intervención (Servicio de agua para riego). Localización geográfica (ubicación
de los beneficiarios dentro del área de influencia del proyecto).
Se señala el nombre de la Unidad Formuladora (del responsable del
perfil, dirección, teléfono y fax). Se detalla la Unidad Ejecutora (UE), (nombre
de la unidad propuesta para la ejecución del proyecto, competencias y
funciones de la UE, su capacidad técnica y operativa para ejecutar el proyecto).
La Matriz de involucrados Incluye información sobre los grupos sociales
y entidades, públicas o privadas, que se relacionarán con las inversiones, la
operación y el mantenimiento del proyecto (gobierno nacional, gobiernos
regionales y locales, junta de regantes, organizaciones de productores,
comunidades campesinas y potenciales beneficiarios, ONGs nacional e
internacional).
El marco de referencia indaga sobre los antecedentes del proyecto,
realiza una breve descripción del proyecto y de la manera cómo éste se
enmarca en los Lineamientos de Política Sectorial-funcional, los Planes de
Desarrollo Concertados y el Programa Multianual de Inversión Pública, en el
contexto nacional, regional y local. Es fundamental que tome en consideración
20. 20 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
la Política y la Estrategia Nacional de Riego del Perú, aprobadas con la RM
0498-2003-AG en junio de 2003.
1.4.2.2 Identificación del proyecto
Este punto tiene como finalidad definir el problema a solucionar y las
alternativas de solución.
Diagnóstico de la situación actual
Definición del problema: Se debe consignar claramente cuál es el problema
que se va a resolver, para lo cual es muy importante que se haga un
diagnóstico que incluya los siguientes puntos como mínimo:
a. Características del problema
b. Población y zona afectada
c. Características socioeconómicas y culturales de la población afectada
d. Intento de soluciones anteriores
e. Posibilidades y limitaciones para implementar la solución al problema
Análisis de objetivos: La definición y análisis de los objetivos se realizará a
partir de la definición del árbol de medios y fines. La solución del problema
central constituye el objetivo central o propósito del proyecto.
Planteamiento de Alternativas: A partir del análisis realizado en el punto
2.2. se definirán las alternativas posibles que serán evaluadas.
1.4.2.3 Formulación
Se establecerá la demanda que atenderá el proyecto; sobre la base de
ésta se definirán los recursos necesarios para la inversión y operación, así
como los respectivos presupuestos, para cada una de las alternativas a
analizarse.
Horizonte del proyecto: En función de la naturaleza del proyecto, aplicando
criterios establecidos en el sector o para proyectos similares se determinará
el horizonte temporal de evaluación del proyecto. Uno de los criterios podrá
ser la vida económica del PIP (período de maduración) o del activo principal.
Análisis de demanda: Se deberá describir las características generales de
la demanda, así como la identificar las principales variables que inciden en
ella. Hecho esto podrá realizarse una proyección de la misma, sobre la base
de supuestos que deberán describirse.
Análisis de oferta: Se analizará cuáles son las formas de provisión del bien
o servicio que existen y si son suficientes para cubrir la demanda o se
requiere incrementarlas.
Costos en la situación “sin proyecto”: Se consignarán todos los costos
del proceso de producción o dotación del bien o servicio y su proyección en
el mismo horizonte determinado en el punto 3.1.
Costos en la situación “con proyecto”: Se deberá presentar una
proyección de los costos para las diferentes alternativas del proyecto, tanto
21. 21
IRRIGACIONES
los costos de inversión como los de operación y mantenimiento, para el
horizonte determinado en el punto 3.1.
Costos incrementales: Se calculan como la diferencia entre la situación
“con proyecto” menos la situación “sin proyecto”.
1.4.2.4 Evaluación del Proyecto
Es muy importante identificar adecuadamente cuáles son los beneficios
directos atribuibles al proyecto, para tratar, de ser posible, de valorarlos en la
misma moneda en que se valoraron los costos.
De no ser posible la valoración de los beneficios, se deberán determinar
indicadores que estén relacionados con el logro de metas de provisión del bien
o servicio analizado, que permitan luego una comparación de las alternativas.
Beneficios en la situación “sin proyecto”: Se deberán estimar los
beneficios derivados de la satisfacción de la demanda actual por el bien o
servicio que se provee y su proyección en el mismo horizonte determinado
en el punto 3.1.
Beneficios en la situación “con proyecto”: Se deberá presentar una
proyección de los beneficios para las diferentes alternativas del proyecto,
para el horizonte determinado en el punto 3.1.
Beneficios incrementales: Se calculan como la diferencia entre la situación
“con proyecto” menos la situación “sin proyecto”.
Impacto ambiental: Es necesaria la identificación de los impactos directos
positivos y negativos del proyecto y el planteamiento de medidas de
mitigación. De igual modo, se deberá elaborar un plan de manejo ambiental,
sobre la base de cifras estimadas gruesas.
Evaluación económica:
o Metodología costo/beneficio: Este método se aplica a proyectos en los
que, los beneficios se pueden valorar y por tanto, se pueden comparar
directamente con los costos. Los beneficios y costos que se comparan
son los “incrementales”. Se utilizarán indicadores de Valor Actual Neto
(VAN) y Tasa Interna de Retorno (TIR). Se seleccionan las alternativas
cuyo VAN sea mayor que 0 y TIR mayor a 1.
o Metodología costo/efectividad: Este método se aplica cuando los
beneficios atribuidos al proyecto no se pueden valorar monetariamente.
Se debe hacer una buena selección de los Indicadores de metas, para
permitir la evaluación de las diferentes alternativas. Generalmente se
seleccionan las alternativas de menor costo por indicador y cuyo valor
está por debajo de las líneas de corte previamente establecidas.
Análisis de sensibilidad: Se deberá analizar escenarios en los cuales se
puede generar un cambio sustantivo en alguna variable que afecte ya sea los
beneficios o costos del proyecto.
Análisis de Sostenibilidad: La sostenibilidad se refiere a la posibilidad que
el proyecto genere los beneficios esperados a lo largo de su vida. Se deberá
analizar en referencia a:
a. los arreglos institucionales previstos para las fases de operación y pre-
operación del proyecto;
22. 22 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
b. la capacidad de gestión de la organización encargada del proyecto en su
etapa de inversión y operación
c. la disponibilidad de recursos;
d. financiamiento de los costos de operación y mantenimiento, señalando
cuáles y para qué serían los aportes de las partes interesadas(Estado,
beneficiarios, otros);
e. la participación de los beneficiarios.
Selección y priorización alternativas: De acuerdo con el resultado de los
indicadores utilizados en la evaluación económica se ordenarán las
alternativas en orden de prioridad, procediendo luego a seleccionar la(s)
mejor(es) alternativa(s).
Matriz del marco lógico para la alternativa seleccionada: Se presentará
la matriz definitiva del marco lógico de la alternativa seleccionada o de las
alternativas priorizadas; es importante la definición de indicadores medibles
y verificables, así como la realización de líneas de base a efectos de un
adecuado seguimiento, monitoreo y evaluación de los proyectos.
1.4.2.5 Conclusiones
Según el resultado de la evaluación económica, de impacto ambiental y
del análisis de sostenibilidad del proyecto, se concluirá respecto a la viabilidad
del proyecto.
1.5 Consideraciones básicas para un proyecto de riego
Un proyecto de riego o aprovechamiento hidráulico, sea éste grande o
pequeño, complejo o simple, debe tomar en cuenta diversos aspectos que se
interrelacionan entre si y que pueden ser decisivos en una buena ejecución y
operación del sistema de captación -que viene a ser la parte más importante del
sistema de riego-, incluso en las decisiones a nivel económico, porque pueden
definir su ejecución, postergación o archivo definitivo.
De allí que deben tomarse en consideración, inicialmente, tres factores que
van a incidir en un diseño óptimo, en una construcción con calidad y en una
operación y mantenimiento eficiente. Estos factores son:
Calidad del proyecto de riego
Conocimiento de la fisiografía y geomorfología del ámbito del proyecto
Incidencia del factor humano en todas las etapas del proyecto (desde su
concepción hasta su operación y mantenimiento en el período de vida útil)
Hay que tener en cuenta que en el diseño de estructuras hidráulicas, por sus
características y porque el agua es un recurso impredecible, es siempre de difícil
diseño y debe recurrirse a métodos analíticos y de investigación en modelos
hidráulicos. La observación y análisis del comportamiento de las obras hidráulicas
en un proyecto de riego, están vinculadas a una serie de requerimientos de
carácter técnico, legal, ambiental y de diseño, más aún cuando estas obras son
para el uso y beneficio del ser humano, las consideraciones a tenerse en cuenta
son:
23. 23
IRRIGACIONES
La necesidad del proyecto de riego por los beneficiarios
La voluntad política y social de su financiación
El análisis social y económico de los beneficiarios
La disponibilidad del área de riego y del recurso hídrico
Ubicación de la bocatoma, área de riego, embalses, túnel o trasvase.
Topografía de la posible zona de captación y embalses
Fisiografía y morfología y geodinámica de la zona de captación
Daños y reparaciones ambientales y cambios hidrológicos en la zona
Hidráulica fluvial del cauce del río.
Planeamiento hidráulico.
Diseño hidráulico y estructural.
La viabilidad del proyecto de riego.
Procedimientos constructivos.
Ejecución, operación y mantenimiento.
Por otro lado, la planificación del sistema de riego -que incluye los
subsistemas de captación, conducción, distribución y drenaje-, implica considerar
acciones y actividades relacionadas que concluyen con el éxito del proyecto,
eliminando la posibilidad de cualquier imprevisto en su formulación, diseño,
ejecución, operación y mantenimiento. El Plan debe considerar algunas
actividades de importancia como son:
Definir las necesidades, objetivos y estrategias del Proyecto.
Magnitud del proyecto.
Datos básicos.
Reconocimiento en campo y gabinete.
Condiciones geográficas de apoyo y obstrucción
Condiciones locales de servicios que apoyen o afecten la construcción.
Levantamientos de apoyo e investigación.
Perfiles de emplazamiento.
Investigaciones hidrológicas.
Investigaciones geotécnicas.
Materiales para la construcción.
Protección del ambiente.
Ingeniería de proyecto.
Formulación de costos y presupuestos.
Operación y mantenimiento posterior.
24. 24 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
II UNIDAD: DOTACION DE RIEGO Y CAUDAL
DE CAPTACIÓN
2.1 GENERALIDADES
La realidad agrícola del Perú se ha convertido en un tema discutible.
Mientras que en la Costa se realizan grandes obras de riego como Tumbes,
Chira-Piura, Olmos, Chinecas, Jequetepeque, Chavimochic, Pasto Grande,
Majes o Tacna, entre otros; en la sierra se tienen escasos proyectos como Río
Cachi, PELT (en Puno), y en selva prácticamente ninguno.
25. 25
IRRIGACIONES
La respuesta es fácil, toda la franja costera tiene terrenos en limpio,
fácilmente cultivables pero no tienen el agua necesaria o dependen de los ríos
de la sierra. En cambio, la sierra y la selva, tienen abundante agua pero los
terrenos agrícolas son pequeños, en ladera, valles interandinos o altiplanicies
(caso de Puno), que son susceptibles a fenómenos como heladas,
precipitaciones sólidas (granizadas, nevadas) o la sequía. Temores que hacen
de la agricultura, una práctica de riesgo, además de no poseer grandes áreas de
riego cultivables.
De allí que, hacer riego extensivo en la sierra se descarta de plano. Lo que
se tiene que desarrollar en la sierra y particularmente en nuestra zona, es el riego
menor, vigorizando las estrategias de producción y productividad en base a
cultivos resistentes a las inclemencias del tiempo, a cultivos de alto valor
comercial y a cultivos ancestrales. De modo que se exploten adecuadamente las
pocas tierras aptas para el cultivo con sistemas de riego por gravedad y
aspersión, dependiendo de la disponibilidad de agua y de la inversión que éstos
generen en relación a los beneficiarios del proyecto.
2.2 EVAPOTRANSPIRACION
2.2.1 Evaporación
La evaporación es un proceso físico por el cual el agua (o sustancia en
estado líquido) es devuelta a la atmósfera en forma de vapor de agua1
, tras
haber adquirido energía suficiente para vencer la tensión superficial2
. La
evaporación está determinada por el poder evaporante de la atmósfera3
.
2.2.2 Transpiración
La transpiración es el resultado del proceso físico–biológico, por el cual
el agua cambia del estado líquido al gaseoso a través del metabolismo de las
plantas, pasando finalmente a la atmósfera.
Las plantas, con el desarrollo de las hojas y los sistemas conductores
(xilema y floema)4
, pueden captar el agua junto con el alimento y repartirlos a
todas las células del vegetal. El agua llega en gran cantidad a las hojas,
1
Vapor de agua es el proceso de condensación del agua contenida en la atmósfera en forma
gaseosa. Es una concentración muy pequeña de agua, inferior al oxígeno y nitrógeno, vital tanto
para la generación de la precipitación y del efecto invernadero en la atmósfera.
2
Tensión superficial es la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de
una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.
3
El poder evaporante de la atmósfera se caracteriza por la altura de agua que la atmósfera es
capaz de absorber si dispone de toda el agua necesaria. El poder evaporante de la atmósfera está
influido por una serie de variables de mayor o menor importancia como: del déficit higrométrico, la
temperatura del aire, la insolación, la velocidad y turbulencia del aire, la presión atmosférica, la
salinidad del agua.
4
El xilema, transporta agua e iones desde las raíces hasta las hojas. El floema, transporta sacarosa
en solución y otros productos de la fotosíntesis desde las hojas hacia las células no fotosintéticas
de la planta.
26. 26 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
absorbida por las raíces, y por medio de los estomas5
(ver gráfico adjunto)
pierden agua en gran cantidad, sólo una pequeña parte se utiliza en la
fotosíntesis, el resto pasa al exterior en forma de vapor (la vaporización ocurre
dentro de la hoja, en los espacios intercelulares, y el intercambio del vapor con la
atmósfera es controlado por la abertura estomática), proceso conocido como
transpiración.
2.2.3 Evapotranspiración
La evapotranspiración es la suma de la evaporación y la transpiración,
fenómenos que se dan simultáneamente. La evapotranspiración es el resultado
del proceso por el cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso
directamente o a través de la planta y vuelve a la atmósfera en forma de vapor.
2.2.4 Evapotranspiración potencial
La evapotranspiración potencial es la máxima evapotranspiración posible
bajo las condiciones climáticas existentes cuando el suelo está a capacidad de
campo y cubierto completamente de cobertura vegetal.
Thornthwaite definió el término de evapotranspiración potencial como la
cantidad máxima posible de agua que perdería el suelo por evaporación y
transpiración, suponiendo que éste estuviera saturado.
2.2.5 Evapotranspiración de referencia (ETo)
Dado que el concepto de (ETP) es difuso, pues cada tipo de planta
evapotranspira una cantidad de agua diferente, la Organización Mundial de las
Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (FAO) en su Guía para las
necesidades hídricas de los cultivos, de Doorembos y Pruitt (1975, 1977)
adopta el concepto de evapotranspiración de referencia.
La evapotranspiración de referencia se define como la tasa de
evapotranspiración de una superficie de referencia, que ocurre sin restricciones
de agua, y se denomina ETo. La superficie de referencia corresponde a un
cultivo hipotético de pasto con características específicas.
El concepto de una superficie de referencia fue introducido con el fin de
obviar la necesidad de definir los parámetros únicos de evaporación para cada
cultivo y etapa de crecimiento. La superficie de referencia se asemeja a una
superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, creciendo activamente,
sombreando totalmente la tierra y con un adecuado aporte de agua (Allen,
Pereira, Smith, & Raes, 1998). Expertos de la FAO definieron la superficie de
5
Estos son pequeñas aberturas en la hoja de la planta a través de las cuales atraviesan los gases y el
vapor de agua de la planta hacia la atmósfera
27. 27
IRRIGACIONES
referencia como: “Un cultivo hipotético de referencia con una altura asumida de
0,12 m, una resistencia superficial fija de 70 s/m y un albedo de 0,23”.
Los valores de evapotranspiración de los diferentes cultivos se relacionan
con la evapotranspiración de la superficie de referencia (ETo) por medio de los
coeficientes de cultivo.
2.2.6 Evapotranspiración real
La evapotranspiración real o actual, es la que se produce en condiciones
reales, teniendo en cuenta que la cobertura no es siempre completa y los
niveles de humedad en los suelos son variables.
ETP es mayor o igual que ETR
El valor de la evapotranspiración real con relación a la potencial, depende
del estado de energía del agua en el suelo y de factores fisiológicos de la
planta. Así, es diferente para las distintas especies y para las diferentes fases
del ciclo vegetativo de los cultivos.
En irrigación se usa el término Uso Consuntivo de agua para los
cultivos, comprende la cantidad de agua usada en un área dada por unidad
de tiempo, en transpiración, formación de los tejidos, evaporación del suelo y
precipitación interceptada por la vegetación.
Dado que la proporción de agua usada en formación de tejidos es muy
pequeña en relación con la evapotranspiración total, el uso consuntivo se
supone igual a la evapotranspiración real.
2.2.7 Factores que afectan a la Evapotranspiración
Los factores que intervienen en el proceso de evapotranspiración son
diversos, variables en el tiempo y en el espacio y se pueden agrupar en
aquellos de orden climático, los relativos a la planta y los asociados al suelo.
Son todos aquellos factores que influyen a la evaporación y la
transpiración. Se pueden agrupar de la siguiente manera:
a) Factores meteorológicos:
Radiación solar: la energía necesaria para que se desarrollen los
procesos de evaporación y transpiración es proporcionada en su mayor
parte por la radiación solar. La cantidad potencial de radiación disponible
depende de la localización geográfica (latitud) y del momento del año en
el que se quiere evaluar el proceso de evapotranspiración. La radiación
real que incide en la superficie evaporante viene determinada por la
28. 28 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
turbidez atmosférica y la presencia de nubes, las cuales pueden reflejar
o absorber una parte de la radiación.
Se define como radiación neta a la suma algebraica del balance de
radiación solar de onda corta y el balance de radiación de onda larga. El
balance de radiación de onda corta es la diferencia entre la radiación
solar global incidente en una superficie y la reflejada por esa superficie.
El balance de radiación de onda larga es la diferencia entre la
radiación emitida por las nubes y partículas atmosféricas hacia la
superficie y la emitida a su vez por esta superficie. Una parte de la
energía disponible como radiación neta se utiliza en el proceso de
evapotranspiración, y otra parte se utiliza también en el calentamiento o
enfriamiento del aire y del suelo. Si una superficie vegetal está bien
provista de agua, lo normal es que la mayor parte de la radiación neta se
utilice en el proceso de evapotranspiración (Martín de Santa Olalla y De
Juan, 1993).
Temperatura del aire: La temperatura del aire varía en función de la
radiación solar que incide sobre una superficie y el calor emitido y/o
transmitido por el suelo. Esa variación en la temperatura del aire influye
en el proceso de ET en la medida que modifica los valores del déficit de
presión de vapor. Cuanto más cálido es el ambiente mayor será la ET a
igualdad del resto de condiciones. Esto se debe a que la capacidad de
retención de vapor de agua por parte del aire y por lo tanto, el déficit de
presión de vapor son mayores en esas condiciones Allen et al. (1998).
Velocidad del Viento: Durante el proceso de ET, la atmósfera que rodea
a la superficie de evapotranspiración se va saturando de vapor de agua.
Si no hay renovación de esa masa de aire, la tasa de ET va
disminuyendo, pero si el viento reemplaza el aire húmedo por otro más
seco, el proceso continúa. Cuanto mayor sea la velocidad de viento,
mayor será esa renovación y por lo tanto mayor será la cantidad de vapor
que pierde la superficie de evapotranspiración hasta llegar a un límite
máximo. Este límite estará determinado por factores propios de la
vegetación y del suelo (conductividad hidráulica, estado hídrico, etc.)
Allen et al. (1998).
Humedad del aire: El movimiento de vapor de agua desde la superficie
de evapotranspiración al aire que la rodea dependerá de la diferencia de
presión de vapor entre ambos medios. En ambientes áridos, la atmósfera
tiene un gran poder desecante y la tasa de ET es muy elevada (si existe
suficiente agua disponible) mientras que en ambientes más húmedos, a
igualdad de otros factores, esta tasa es menor Allen et al. (1998).
b) Factores ambientales o de manejo:
Factores como la salinidad del suelo, la fertilidad, la presencia de
horizontes impenetrables, el grado de afección por plagas o enfermedades
u otros que puedan afectar al desarrollo normal del cultivo pueden modificar
la tasa de ET disminuyendo su valor. También deben tenerse en cuenta la
cobertura del suelo, la densidad de plantación, el área foliar, la altura del
29. 29
IRRIGACIONES
cultivo y por supuesto, la disponibilidad de agua en el suelo. Cuando el
cultivo crece y va cubriendo el suelo, la tasa de ET aumenta como
consecuencia del incremento del área foliar y de la altura de las plantas.
c) Factores relacionados con la vegetación:
La temperatura de una superficie cubierta por un vegetal dependerá de
su estructura y de su capacidad de regulación térmica. Estas
características pueden hacer variar el balance de energía y, por lo tanto, la
evapotranspiración de esa cubierta vegetal (Martín de Santa Olalla y De
Juan, 1993). El albedo de una cubierta vegetal, su área foliar o su
rugosidad aerodinámica son consideradas por muchos autores como
determinantes de la ET. Estas características dependen del tipo de planta,
de la variedad, de su estado de desarrollo y altura, etc.
26/04/03 10
Lluvia
Evapotranspiración
(ET)
Transpiración
(T)
Evaporación
(E)
Riego
(R)
Contenido de humedad
del suelo
Flujo lateral
Drenaje
Profundidad de raíces
regada
Profundidad de raíces no
regada
30. 30 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
2.2.8 Factores que intervienen en el uso consuntivo
Se entiende por uso consuntivo (UC), como la cantidad de agua gastada en
un área de cultivo por unidad de tiempo; que en términos generales vendría a ser
igual a la Evapotranspiración real.
ETR
UC
Los factores que intervienen en el uso consuntivo son: los factores de
caracterización del suelo, factores agrológicos, factores climáticos y los factores
hidrológicos.
a) Factores de caracterización del suelo
Son factores relativos al suelo donde se cultivan las plantas, referidos a
sus características externas como internas. Estos factores son:
CARACTERISTICAS EXTERNAS: Corresponden al estudio exterior,
horizontal y visible del terreno o de la superficie del suelo.
Pendiente: Se define como la inclinación o declive del terreno con respecto
al plano horizontal se expresa en porcentaje.
CLASES DE PENDIENTE % DESCRIPCION
- Casi a nivel 0-2 Arable y riego intensivo
- Ligeramente inclinado 2-7 Arable y riego intensivo
- inclinado 7-15 Arable y riego con limitaciones
- moderadamente empinado 15-25 Regable por métodos especiales
- empinado 25 a más. Sin aptitud para riego
Relieve: Referido a la conformación de la superficie del terreno, puede
limitar el riego.
CLASES DESCRIPCION REQU. DE NIVELACION
- - Plano Superficie uniforme No requiere nivelación
- - Casi plano Superficie con microaccidentes
espaciados
Nivelación ligera o de
emparejamiento
- - Ligero
ondulado
Superficie con microaccidentes
poco espaciados
Nivelación moderada
- ondulado Superficie con microaccidentes
juntos
Nivelación fuerte o
pesada
- Muy ondulado Superficie accidentada o
quebrada
Nivelación remota
31. 31
IRRIGACIONES
Erodabilidad: Se refiere a la presencia de erosión del suelo por efectos
del agua.
CLASES DESCRIPCION
- Nula Sin peligro de erosión
- Ligera Erosión Laminar
- Moderada Erosión por canalículos
- Severa Erosión por surcos
- Extremadamente severa Erosión por cárcavas
CARACTERISTICAS INTERNAS: Se refieren al estudio interior, vertical y no
visible del perfil del suelo.
Profundidad: Corresponde al espesor de la capa de suelo efectivo hasta
donde serían o son capaces de penetrar las raíces de las plantas sin
limitaciones parta su crecimiento.
Clases Profundidad (cm)
Profunda Mayor de 100
Mediana 60-100
Superficial 30 - 60
Muy superficial 15 - 30
Efímera Menos de 15
Textura: Se define como la proporción porcentual relativa de partículas de
arcilla, limo y arena, hasta un diámetro de 2 mm ; incluyendo dentro de su
estudio a los elementos gruesos denominados modificadores texturales,
como las gravas y las piedras. Las clases texturales están definidos por el
triángulo de Atterberg.
Grupos texturales Clases texturales
Arenosos Arenoso
Franco-arenosos Arena franca, franco-arenoso
Francos Franco, franco-limoso, limoso
Franco arcillosos Franco-arcilloso-arenoso, Franco-
arcilloso-limoso, franco-arcilloso
Arcillo arenosos Arcillo arenoso
Arcillosos Arcillo limoso, arcilloso
Densidad aparente y real (Da, Dr): La densidad aparente refleja el
contenido total de porosidad en un suelo y es importante para el manejo de
los suelos (refleja la compactación y facilidad de circulación de agua y aire).
Su valor varía entre 1.20 a 1.80 expresado en gr/cm3 o kg/dm3.
La densidad real es el peso de las partículas sólidas del suelo por unidad
de volumen, viene a estar por los 2.65 expresado en gr/cm3
, TM/m3.
32. 32 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Porosidad (N): Es la relación que existe entre los espacios vacíos
ocupados por el agua y/o el aire y el volumen bruto total del mismo suelo.
100
)
1
(
Dr
Da
N
Contenido de humedad del suelo: Es la relación de pesos o volúmenes de
la cantidad de agua existente en el suelo y la cantidad de suelo seco
correspondiente, expresado en porcentaje.
100
s
h
Hs
Donde: h = Peso del agua del suelo
s = Peso del suelo seco
Permeabilidad (k): Es el grado de rapidez que permite el suelo para dejar
pasar fluidos como el agua a través de su masa, expresado en términos de
velocidad y que tiene y/o viene a constituir la conductividad hidráulica.
Clase Velocidad de flujo (cm/h)
muy lenta Menor de 0.1
lenta de 0.1 a 0.5
Moderadamente lenta de 0.5 a 2
moderadamente Rápida de 2 a 5
rápida de 5 a 25
muy rápida de 25 a más
Drenaje: Es la facilidad y rapidez con que el agua excedente o gravitacional
del suelo es eliminada fuera de éste a fin de proporcionar las condiciones
adecuadas a la planta. Depende de muchos factores, especialmente de la
permeabilidad del suelo y del a topografía del terreno.
Clases Descripción
Muy pobre El agua es eliminada muy lentamente. Nivel freático
en la superficie, gran parte del año
Pobre El agua es eliminada muy lentamente, permanece el
suelo mojado por largos períodos de tiempo
Imperfecto El agua es eliminada lentamente, permanece el suelo
mojado por algún período significativo de tiempo.
Bueno El agua es eliminada del suelo, pero no rápidamente
Ligeramente excesivo El agua es eliminada del suelo algo rápida
33. 33
IRRIGACIONES
Excesivo El agua es eliminada rápidamente del suelo, siendo
el suelo de escasa retentividad.
Muy excesivo El agua es eliminada muy rápidamente del suelo,
siendo éste de retentividad casi nula o nula.
Salinidad: Es la concentración de sales solubles y de sodio intercambiable
en el suelo. Esta característica se relaciona con el drenaje del suelo, el
desarrollo y crecimiento de las plantas y los niveles de aplicación del agua
de riego.
b) Factores agrológicos
Son los valores relativos a las Plantas, donde influye la especie, la
variedad y desarrollo vegetativo.
c) Factores climáticos
La variación del clima es determinante y depende principalmente de la
precipitación, temperatura, humedad, luminosidad y viento.
d) Factores hidrológicos
Los factores hidrológicos están en función a la disponibilidad de agua,
práctica y eficiencia de riego, para evitar la exageración del agua o la poca
cantidad e agua en las plantas.
2.2.9 Métodos de cálculo de la evapotranspiración
2.2.9.1 Métodos directos
Permite la determinación de las dotaciones de riego haciendo pruebas en
campo y laboratorio. Dentro de éstos métodos tenemos:
a. Parcelas demostrativas (granjas experimentales)
Consiste en seleccionar dentro del área de riego, una parcela que, a
criterio del proyectista, sea un área representativa (debe seleccionarse por
similitud de las condiciones estructurales y agrológicas del suelo), y que
permita analizar en ese suelo:
Insolación (temperatura)
Pendiente (para drenaje)
Temperatura del suelo
34. 34 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Tipo de suelo (horizontes6
)
Luego de saber todo eso se hace un análisis en la parcela con diferentes
tipos de Plantas y controlar:
Temperatura
Riego
Crecimiento
Maduración
Drenaje
Nutrientes.
Finalmente, con los resultados obtenidos (base de datos), se gen realiza
parta toda el área de riego.
b. Lisímetros
Un lisímetro se puede definir como un contenedor de suelo, con o sin
cultivo, instalado en una parcela que representa las condiciones
ambientales de la zona y que se utiliza para determinar el consumo de agua
del suelo desnudo, de un cultivo o de una pradera de gramíneas.
Aboukhaled (1982),
Los lisímetros basan su funcionamiento en el control y medida de los
componentes del balance hídrico y son los únicos instrumentos que
realmente permiten medir directamente la ET. Hay varios tipos de
lisímetros los cuales presentan distintas formas de medición de los
componentes del balance hídrico. Según Jensen (1973), se pueden
establecer tres categorías:
Lisímetros de capa freática constante: Donde parte del contenedor se
mantiene saturado artificialmente de forma que desde allí llegue el agua
por ascenso capilar hasta la zona donde se sitúan las raíces. Controlando
el volumen de agua necesario para mantener el freático al mismo nivel
durante un tiempo, el aporte de agua por riego o lluvia y la variación de
la humedad en el suelo, se puede obtener el valor de la ET en ese
periodo.
6
Horizontes del suelo se denominan a una serie de niveles horizontales que se desarrollan en el
interior del mismo y que presentan diferentes caracteres de composición, textura, adherencia, etc.
El perfil del suelo es la ordenación vertical de todos estos horizontes. Clásicamente, se distingue
en los suelos completos o evolucionados tres horizontes fundamentales: Horizonte A, o zona de
lavado vertical: Es el más superficial y en él enraíza la vegetación herbácea. Su color es oscuro por
la materia orgánica o humus elaborado. Horizonte B o zona de precipitación: Carece de humus, en
él se depositan los materiales arrastrados desde arriba (materiales arcillosos, óxidos, hidróxidos
metálicos, carbonatos, etc.), Horizonte C o roca madre, o subsuelo, constituido por la parte más alta
del material rocoso in situ, sobre el que se apoya el suelo, más o menos fragmentado por la
alteración mecánica y la química. Horizonte D u horizonte R o material rocoso: es el material rocoso
subyacente que no ha sufrido ninguna alteración química o física.
35. 35
IRRIGACIONES
Lisímetros de drenaje: Permiten la medida del volumen de agua de
percolación profunda mediante un sistema de drenaje o succión. El
funcionamiento de lisímetros de capa freática constante y de drenaje se
pueden integrar en uno sólo que permita tanto medir como controlar y
variar la capa freática y el drenaje. Faci (1992).
Lisímetros de pesada: Permiten la medida de la variación de la masa
del contenedor en el tiempo. Ese cambio de peso indica las entradas y
salidas de agua dentro del contenedor. Si la variación es positiva
(aumento de masa) indica una entrada por riego o lluvia, si es negativa
(pérdida de masa) indica una salida por drenaje (controlado) o por ET.
Este tipo de instrumentos permiten medidas de ET muy exactas en
periodos muy cortos de tiempo: días, horas o fracciones de hora y con
precisiones de décimas de milímetro. Existen diversos sistemas de
pesada: mecánicos, hidráulicos y de flotación. Faci (1992).
Para éste método, se selecciona un área representativa de la parcela de
riego, en la que se construye el lisímetro. El lisímetro consiste en un recipiente
impermeable enterrado y cerrado lateralmente, de modo que el agua drenada
por gravedad (la que hubiera infiltrado hasta el acuífero), es captada por un
drenaje. En su construcción debe tenerse cuidado de restituir el suelo que se
excavó, en las mismas condiciones o similares a las que se encontraba.
Próximo a él debe existir un pluviómetro, termómetros ambiental y de suelo.
La ETP se despeja de la siguiente ecuación de balance hídrico en el
lisímetro.
Precipitación = ETP + Infiltración + Δ almacenamiento
36. 36 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Para calcular Δ almacenamiento, se mide la humedad del suelo, se
calcula una lámina de agua equivalente expresada en mm.
Mediante riego el método es más simple, debido a que se debe mantener
el suelo en condiciones de humedad óptima y la ecuación sería la siguiente:
Precipitación + Riego = ETP + Infiltración
c. Tanque evaporímetro Clase A7
Este método consiste en encontrar una relación entre la tasa de
evapotranspiración producida en un lisímetro y la tasa de evaporación
producida en un tanque de evaporación clase A, en base al cual se determina
un coeficiente empírico con el que se puede efectuar luego las lecturas de
evaporación y obtener indirectamente la evapotranspiración potencial para
condiciones ambientales específicas.
El tanque de evaporación clase A permite estimar los efectos integrados
del clima (Radiación, temperatura, viento y humedad relativa), en función de
la evaporación registrada de una superficie de agua libre de dimensiones
estandar.
ETP = Ktanque * E
Donde: ETP : Evapotranspiración potencial (mm/día)
Ktanque : Coeficiente empírico de tanque
E : evaporación libre de tanque clase A (mm/día)
Existe una metodología alternativa propuesta por FAO para determinar la
evapotranspiración potencial a partir de registros de evaporación de tanque
clase A.
7
El tanque Clase A es circular, 120,7 cm de diámetro y 25 cm de profundidad. Está construido de hierro
galvanizado o de láminas de metal (0,8 mm). El tanque se sitúa sobre una plataforma de madera en
forma de reja que se encuentra a 15 cm por encima del nivel del suelo. El tanque debe estar a nivel. Una
vez instalado, el tanque se llena con agua hasta 5 cm por debajo del borde y el nivel del agua no debe
disminuir hasta más de 7,5 cm por debajo del borde. Si el tanque es galvanizado, debe ser pintado con
pintura de aluminio. El lugar de instalación debe estar cubierto preferentemente con pasto, en un área
de 20 por 20 m, abierto a todos lados para permitir la circulación del aire.
37. 37
IRRIGACIONES
Las lecturas del tanque se realizan diariamente temprano en la mañana a
la misma hora que se mide la precipitación. Las mediciones se realizan dentro
de un área estable (comúnmente un cilindro de metal de cerca de 10 cm de
diámetro y 20 cm de profundidad con una pequeña abertura en la base para
permitir el flujo de agua, con un micrómetro de medición), situada cerca del
borde del tanque.
d. Evapotranspirómetro
Consta de un tanque que se ha llenado de tierra y sembrado con un
cultivo que cubre completamente la superficie. Una sección de
abastecimiento permite mantener en forma continua un plano freático alto,
de modo tal que dicho suelo se puede suponer en las condiciones óptimas
de humedad (CC). El control del volumen del agua en el tanque de
abastecimiento permite determinar la evapotranspiración en función del
tiempo. La estimada por este sistema es por lo tanto la evapotranspiración
potencial.
2.2.9.2 Métodos Indirectos
Son métodos que se realizan en laboratorio y son teóricos, existen varios
métodos para estimar o medir la ETP. La precisión y confiabilidad varía de unos
a otros, muchos solo proveen una aproximación.
Las medidas directas son muy costosas y mayormente se usan para
calibrar los métodos que utilizan los datos climatológicos. Las técnicas más
frecuentes usadas son:
Métodos micrometeorológicos.
Método hidrológico o de balance de agua
Métodos climatológicos
a) Métodos micrometeorológicos. Balance de energía
38. 38 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Ya que el proceso de evapotranspiración depende del intercambio de
energía en la superficie vegetal y está limitado por la cantidad de energía
disponible, la tasa de ET puede determinarse a partir del principio de
conservación de la energía. La energía que llega a una superficie debe ser
igual a la que se libera en un periodo de tiempo determinado.
El balance de energía que se puede establecer en una superficie en un
periodo, por ejemplo, diario, es el siguiente, expresando todos sus términos
en MJ/ m2
día:
Rn - G - λ ΕΤ - Η = 0
Siendo: Rn = Radiación neta.
G = Flujo de calor del suelo.
λ ET = Flujo de calor latente.
H = Flujo de calor sensible.
λ = lambda
La radiación neta (Rn), es positiva durante el día y negativa durante la
noche. El valor total de 24 horas es casi siempre positivo salvo en
condiciones de extrema nubosidad o de gran altitud.
El flujo de calor del suelo (G) es la energía utilizada en calentar el suelo.
Toma valores positivos cuando el suelo está calentándose y negativos
cuando se enfría. En términos relativos a la Rn, G es lo suficientemente
pequeño como para poder ser ignorado en la mayoría de los casos, al
menos, a escala diaria.
El flujo de calor latente (λ ET) es la energía necesaria para realizar el
cambio de fase del agua líquida a vapor sin aumentar su temperatura. Será
positivo cuando se esté produciendo evaporación y negativo cuando haya
condensación.
El flujo de calor sensible (H) es la energía empleada en calentar el aire.
Es positivo cuando éste se calienta y negativo cuando se enfría.
En el balance de energía solo se consideran flujos verticales y por lo
tanto se ignoran los flujos advectivos de energía. Así, la ecuación se ha de
aplicar sobre superficies de vegetación homogénea y lo suficientemente
extensas para eliminar la posibilidad de interferencia de flujos horizontales
en el balance. Tampoco se tiene en cuenta otros términos de energía como
el calor almacenado o liberado por la planta o la energía necesaria para
actividades metabólicas ya que no son significativos respecto a los otros
cuatro componentes del balance.
b) Método hidrológico. Balance de agua
39. 39
IRRIGACIONES
La evapotranspiración también se puede calcular a partir de la
obtención de los componentes del balance de agua en una porción de
suelo con una superficie determinada y una profundidad correspondiente
al alcance de las raíces. Este balance se puede establecer en un periodo,
por ejemplo, diario. La siguiente expresión define este balance. Todas las
variables se indican en mm/día:
ET = R + Pr ± ΔSF − RO − PP + CR ± ΔSW
Siendo: ET = Evapotranspiración
R = Altura de agua aportada por riego.
Pr = Precipitación
ΔSF = Flujo sub superficial
RO = Pérdidas por escorrentía.
PP = Pérdida por percolación (fuera de alcance de raíces).
CR = Ascenso capilar de agua.
ΔSW = Variación del contenido de agua en el suelo.
El método exige la determinación de los flujos de entrada y salida del
balance durante un periodo de tiempo. La diferencia entre el agua aportada
a esa porción de suelo y la extraída en un cierto periodo de tiempo será
igual al cambio en su contenido de agua en ese tiempo.
Los aportes por riego (R) y precipitación (PE) son fácilmente
cuantificables. Generalmente, salvo en casos de pendiente del terreno
elevada, el flujo sub superficial (ΔSF) a través de las paredes laterales del
volumen de suelo considerado se puede ignorar. En el caso de terrenos sin
pendiente, se pueden despreciar también las pérdidas por escorrentía
(RO).
Para poder definir correctamente el ascenso capilar (CR) o el drenaje
(PP) sería necesario disponer de tensiómetros de forma continua en las
parcelas estudiadas. Teóricamente estas variables se podrían calcular si
se conoce la conductividad hidráulica del terreno y su variación en función
del contenido de agua.
En éste método, todas las variables pueden medirse con precisión
mediante el uso de lisímetros. En áreas grandes estos pueden ser
estimados y la ET calculada como un residual.
Para medir las variaciones de humedad en el suelo (ΔSW) es necesario
conocer la evolución y la distribución de las raíces en el perfil del suelo.
Esto depende tanto de la evolución de la parte aérea del cultivo como del
medio edáfico donde se desarrolla la planta. El contenido hídrico en esa
zona del perfil se puede medir directamente o estimarse a partir de datos
del potencial hídrico del suelo. Estos valores se pueden conseguir por
métodos gravimétricos, dispersión de neutrones, reflectometría en el
dominio del tiempo o de la frecuencia, etc. (Martín de Santa Olalla y De
Juan, 1993).
40. 40 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
c) Métodos climatológicos
Muchos investigadores han propuesto ecuaciones en base a datos
meteorológicos. Además éstas, han sufrido modificaciones para ser
aplicables a diferentes regiones.
Método de Penman-Monteith modificado por la FAO
En 1990, la FAO convocó a un panel de expertos e investigadores
en riego para que, en colaboración con la Comisión Internacional y
Drenaje y con la Organización Meteorológica Mundial, para la revisión de
metodologías para el cálculo de ETo para los cultivos. Este panel
recomendó el método combinado de Penman-Monteith como nuevo
método estandarizado para el cálculo de la evapotranspiración. El
método FAO Penman-Monteith fue desarrollado haciendo uso de la
definición del cultivo de referencia como un cultivo hipotético con una
altura asumida de 0,12 m, con una resistencia superficial de 70 s/m y un
albedo de 0,23 y que representa a la evapotranspiración de una
superficie extensa de pasto verde de altura uniforme, creciendo
activamente y adecuadamente regado. El método reduce las
imprecisiones del método anterior de FAO Penman y produce
globalmente valores más consistentes con datos reales de uso de agua
de diversos cultivos. Su dificultad radica en la cantidad de datos que lo
sustentan.
El método de FAO Penman-Monteith para estimar ETo, es:
)
34
,
0
1
(
)
(
273
900
)
(
408
,
0
2
2
u
e
e
u
T
G
R
ET
a
s
n
o
Donde: ETo= Evapotranspiración de referencia (mm/día)
Rn = Radiación neta en la superficie del cultivo (MJ m-2
día-1
)
Ra = Radiación extraterrestre (mm/día)
G = Flujo del calor de suelo (MJ m-2
/día)
T = Temperatura media del aire a 2 m de altura (°C)
U2 = Velocidad del viento a 2 m de altura (m/s)
es = Presión de vapor de saturación (kPa)
ea = Presión real de vapor (kPa)
es - ea = Déficit de presión de vapor (kPa)
= Pendiente de la curva de presión de vapor (kPa/°C)
= Constante psicrométrica (kPa/°C)
Método de Thornthwaite
41. 41
IRRIGACIONES
Thornthwaite (1948) desarrolló una ecuación empírica basada en la
temperatura para la determinación de la evapotranspiración potencial
mensual en mm. Esta ecuación se expresa de la siguiente forma:
1) Se calcula un “índice de calor mensual” (i) a partir de la temperatura
media mensual (t):
514
.
1
5
t
i
2) Se calcula el “índice de calor anual (I ) sumando los 12 valores de i:
i
I
3) Se calcula la ETP mensual “sin corregir” mediante la fórmula:
a
SinCorr
I
t
ETP
.
10
16
Donde: ETPsin corr = ETP mensual en mm/mes para meses de 30 días y
12 horas de sol (teóricas)
T = temperatura media mensual (ºC)
I = índice de calor anual
a = 675 x 10-9
x I3
- 771 x 10-7
x I2
+ 1792 x 10-5
x I + 0,49239
4) Corrección para el nº de días del mes y el nº de horas de sol:
)
30
(
*
)
12
(
sin
d
N
ETP
ETP corr
Donde: ETP = Evapotranspiración potencial corregida
N = Número máximo de horas de sol, dependiendo del
mes y de la latitud (Tabla Nº 1)
D = Número de días del mes
42. 42 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Tabla Nº 01: Número máximo de horas de sol, por mes y latitud
Método de Hargreaves ajustado (1975)
En 1975, George H. Hargreaves ajusta el método de Jerald D.
Christiansen. Para hacerlo más sencillo y aplicable, anulando el proceso
convectivo de la altura y por tanto el incremento de la ETP. La relación es la
siguiente:
FA
F
RSM
ETP .
.º
.
0075
.
0
32
)º
5
9
(
º
C
F
Donde: ETP = Evapotranspiración potencial mensual
0.0075= Constante de interrelación entre ETP y radiación
RSM = Radiación solar incidente mensual en su equivalente
de evaporación (mm/mes)
ºF = Temperatura media mensual en grados Farenheit
FA = Factor de altitud (en miles de metros)
La radiación solar incidente mensual se calcula por:
2
1
.
.
075
.
0 S
RMM
RSM
Donde: RMM = Radiación solar mensual al tope de la atmósfera o
extraterrestre en su equivalente de evaporación (mm)
S = Porcentaje de horas de sol mensual, observado,
referido al tope probable mensual.
44. 44 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
0 15.0 15.5 15.7 15.3 14.4 13.9 14.1 14.8 15.3 15.4 15.1 14.8
Fuente: FAO, Boletín Riego y Drenaje N° 24. Las Necesidades de agua de los cultivos. Roma 1976 pag. 24
La radiación solar mensual RMM, se calcula por:
DM
RMD
RMM .
Donde: RMD = Radiación solar diaria al tope de la atmósfera o extraterrestre
en su equivalente de evaporación (mm), dado para cualquier
latitud y mes del año según el mapa de radiación solar
mundial.
DM = Número de días del mes
El factor de altitud (FA) es la relación para corregir el efecto de altitud y
neutralizar el efecto convectivo, queda definido por:
F A = 1 0.06 x ALT
2.3 Determinación de la Evapotranspiración del cultivo (real)
2.3.1 Coeficiente de cultivo
El coeficiente de cultivo Kc, describe las variaciones de la cantidad de agua
que las plantas extraen del suelo a medida que se van desarrollando, desde la
siembra hasta la cosecha.
En los cultivos anuales normalmente se diferencian 4 etapas o fases de
cultivo:
o Inicial: Desde la siembra hasta un 10% de la cobertura del suelo
aproximadamente.
o Desarrollo: Desde el 10% de cobertura y durante el crecimiento activo de la
planta.
o Media: Entre floración y fructificación, correspondiente en la mayoría de los
casos al 70-80% de cobertura máxima de cada cultivo.
o Maduración: Desde madurez hasta la cosecha o recolección.
El Kc presenta valores pequeños al inicio del desarrollo del cultivo y aumenta
a medida que se incrementa la cobertura del suelo. El valor máximo se alcanza
durante la floración, se mantienen durante la fase media y finalmente decrecen
durante la maduración.
Lo mejor es disponer de valores de Kc para cada cultivo obtenidos en la zona
y para distintas fechas de siembra, pero en ausencia de esta información se
pueden usar valores referenciales de Kc, presentados en la bibliografía
especializada.
45. 45
IRRIGACIONES
Figura 04:
Esquema de la variación del coeficiente de cultivo (Kc)
2.3.2 Evapotranspiración del cultivo
Cuando la evapotranspiración se produce sin ninguna restricción de agua en
el suelo se conoce como evapotranspiración del cultivo (ETc) y corresponde a la
cantidad de agua que debe ser aportada al suelo estacionalmente mediante lluvia
y/o riego.
La evapotranspiración del cultivo se calcula mediante la ecuación:
ETc = ETo x Kc
Donde: ETc = Evapotranspiración del cultivo, en mm/día
ETo = Evapotranspiración de referencia, en mm/día
Kc = Coeficiente de cultivo (adimensional)
2.4 Precipitación efectiva
Para establecer las necesidades hídricas de un cultivo en una zona
determinada es necesario conocer los aportes de agua por precipitación que
ocurren durante el ciclo del cultivo.
De esta precipitación habrá una fracción variable que contribuirá a
compensar parte de la evapotranspiración del cultivo (ETc) y se conoce como
precipitación efectiva (PE) ya que no toda el agua que llega en forma de lluvia es
aprovechable por el cultivo. Algunas veces éste agua se recibe en un momento,
intensidad o cantidad que no es la óptima para el estado del cultivo. Incluso en
determinadas circunstancias puede resultar perjudicial (Dastane, 1978). Según
este autor, la precipitación efectiva incluye el agua de lluvia que:
Es interceptada por el cultivo.
Es evaporada desde la superficie del terreno.
Es utilizada por el cultivo en el proceso de transpiración.
Contribuye al lavado de sales.
Facilita determinadas operaciones culturales.
26/04/03 32
Kcfin
Kcmed
Kcinic
Tiempo (días)
inicial desarrollo media final
46. 46 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
Del mismo modo se puede hablar de precipitación inefectiva como el agua
de lluvia que:
Es arrastrada en forma de escorrentía superficial.
Percola por debajo de la profundidad de raíces.
Se mantiene en el suelo después de la cosecha pero no será utilizada en el
siguiente ciclo de cultivo.
Implica un proceso perjudicial o destructivo del cultivo.
Para la medida de la precipitación efectiva sería necesario tener en cuenta
los componentes que influyen en su caracterización. Estos componentes son
(Dastane, 1978):
Precipitación total.
Pérdidas por escorrentía superficial.
Profundidad del suelo explorable por las raíces.
Percolación profunda.
Evapotranspiración del cultivo.
Dastane (1978) ofrece una revisión de los posibles métodos disponibles para
la determinación de la precipitación efectiva por medio de ecuaciones empíricas.
Entre estos métodos se pueden encontrar:
Ecuación Renfro (Chow, 1964).
Método de U.S. Bureau of Reclamation (Stamm, 1967).
Método del índice de aridez (evapotranspiración potencial / precipitación)
(Dastane, 1978).
Método de Soil Conservation Service (SCS), U.S. Department of Agriculture
(Dastane 1978).
El método del Servicio de Conservación del Suelo del Departamento de
Agricultura de los Estados Unidos (USDA, SCS), es recomendable por considerar
la ETc como variable en su ecuación. Esto implica que la precipitación efectiva
(PE) en una misma región y mes es diferente para cada cultivo. La ecuación
general del método es (Cuenca, 1989):
)
*
00095
.
0
(
824
.
0
10
*
93
.
2
)
(
25
.
1
)
( ETcmes
t
P
d
f
PE
Donde: PE = Precipitación efectiva (mm/mes)
f(D) = Coeficiente derivado del nivel de agotamiento del suelo
D = Nivel de agotamiento de la humedad del suelo antes de un
riego (mm).
Pt = Precipitación total (mm/mes)
ETc= Evapotranspiración del cultivo (mm/mes)
El coeficiente f(D) se obtiene como sigue:
47. 47
IRRIGACIONES
3
7
2
5
)
(
10
*
32
.
2
)
(
10
*
94
.
8
116
.
0
53
.
0
)
( D
D
D
D
f
Cuenca (1989) propone considerar D =75 mm (que implica f(D) =1), salvo que se
tenga información específica de este valor. D varía en función del cultivo (especie
y variedad), tipo de suelo, manejo del cultivo, sistema de riego, etc.
Por las características de precipitación en la sierra del Perú, donde el período
de lluvias se concentra entre los meses de octubre a marzo, es necesario calcular
la precipitación efectiva (PE) en función a la precipitación mensual al 75% de
persistencia, es decir al 75% de probabilidades de que ocurra el evento.
Una ecuación apropiada es la relación de Goodrich, que sin ser muy precisa,
brinda resultados satisfactorios:
PM
SD
PE
*
6745
.
0
1
/
2
2
n
n
x
x
SD
Donde: PE = Precipitación efectiva o confiable al 75% de persistencia
SD = Desviación estandar de la serie estudiada por mes.
PM = Precipitación media mensual en mm
0.6745= Valor para el nivel del 75% de persistencia
2.5 Eficiencia de riego y cédula de cultivo
Finalmente, el objetivo del riego es restituir la humedad del suelo consumida
por los cultivos. Es fundamental que el agua sea aplicada en el momento
oportuno y en la cantidad suficiente, por lo que es necesario conocer la relación
agua-suelo-planta, teniendo en cuenta el diseño del sistema de riego. Esto
significa conocer la cédula de cultivo y la eficiencia con la que debe dotarse de
éste agua.
2.5.1 Eficiencia de riego
En el sistema de riego se producen pérdidas de agua, a partir del sistema
de distribución y durante su aplicación a las parcelas de riego.
La cantidad de pérdidas de agua es muy variable ya que dependen de
diversos factores, como las características de la red de distribución, el método
de riego empleado, la naturaleza de los suelos regados, las condiciones
climatológicas, etc.
Estas pérdidas se evalúan por la eficiencia del sistema de riego, es decir
por la relación entre la manera en que se ha realizado el riego, aprovechamiento
de agua por parte del cultivo y el ahorro de agua en su aplicación. Son tres
48. 48 Edgar Vidal HURTADO CHAVEZ
eficiencias a analizar: eficiencia de conducción (Ec), eficiencia de distribución
(Ed) y eficiencia de aplicación (Ea). El producto de estas eficiencias viene a ser
la Eficiencia total del riego.
2.5.1.1 Eficiencia de Conducción
En los canales de conducción de un sistema de riego, ocurren pérdidas de
agua por evaporación (espejo de agua expuesto) y por infiltración a través de
las juntas y paredes del canal. Se entiende que ésta eficiencia será igual al
caudal o agua total aplicada con el riego a la parcela (Ao), entre el caudal
originalmente captado (Ao).
100
x
Ao
Ap
Ec
En general, el agua que se pierde por evaporación del espejo de agua del
canal es muy reducida en comparación del agua que se pierde por infiltración.
2.5.1.2 Eficiencia de Aplicación
Es la relación entre el agua que queda almacenada en la zona de raíces
para ser aprovechada por el cultivo (Ar) y el agua total aplicada con el riego a la
parcela (Ap). Su valor dependerá del diseño, estado de los componentes de la
instalación y del manejo del riego. En el riego por superficie está entre 55% y
85%.
100
x
Ap
Ar
Ea
La eficiencia de aplicación
(Ea), representa hasta cierto
punto, la habilidad del
agricultor para aplicar el agua
de manera uniforme y precisa
en la zona de absorción de las
plantas.
La eficiencia de aplicación
(Ea) del sistema de riego
depende de las características
de su diseño y de su manejo.
En la Tabla 2.2 se dan algunas
(Ea) de orientación:
49. 49
IRRIGACIONES
Tabla 2.2. Eficiencia de Aplicación para distintos sistemas
de riego (Clemmens-Dedrick (1994).
SISTEMA DE RIEGO EA (%)
Inundación 40-60
Cañón de riego 60-75
Surcos 60-80
Superficie (escorrentía) 65-90
Cobertura móvil 65-85
Lateral de avance frontal 75-90
Goteo 85-90
Microaspersión 85-90
2.5.1.3 Eficiencia de uso o de déficit
Es la relación entre el agua transpirada por las plantas (At) y el agua
almacenada en la zona radicular (Ar).
100
x
Ar
At
Eu
2.5.1.4 Factores que influyen en la eficiencia de riego
Los factores que influyen en la eficiencia de riego son:
Superficies con topografía irregular que provocan el estancamiento del
agua en las depresiones y que dificultan la distribución uniforme del agua.
Métodos inadecuados para distribuir y aplicar el agua de riego.
Cuando el caudal aplicado no se ajusta a las condiciones de
permeabilidad del suelo: caudales excesivos en suelos poco permeables
(escorrentía) y caudales deficientes en suelos muy permeables.
Riego de los campos cuando los suelos están todavía húmedos.
Aplicación de volúmenes excesivos, sobrepasando la capacidad de
almacenamiento del suelo en la zona de raíces.
Falta de atención personal del agricultor durante la operación de riego
2.6 Demanda de riego
Demanda unitaria neta o consumo teórico
Hallados los factores básicos que necesita un cultivo (evapotranspiración
real o del cultivo ETc y la cantidad de agua de lluvia que queda disponible para
el cultivo o precipitación efectiva PE), puede calcularse la Demanda Unitaria
Neta o Consumo Teórico, que representa la cantidad de agua que el cultivo
debería tener a su disposición de forma artificial para lograr su completo
desarrollo.