FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA

DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO

TALLER Nº 6. DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR MELGAS EN

CURVAS DE NIVEL PARA EL CULTIVO DE ARROZ

GRUPO No. 6 Kelly Andrea Contreras Zuluaga Cód. 273854 Nefer Steven Losada Cruz Cód. 274068 Marlon Yesid Perez Alfonso Cód. 274059 Jeison Andrey Sánchez Parra Cód. 274026

Presentado a: Ing. José Antonio Forero Saavedra

Jueves, 19 de Noviembre de 2015 Bogotá D. C.

ENUNCIADO.

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

Infiltración: F = 0,6198t0,661 + 7; F = mm, t = min

Lamina neta para la primera fase: 45mm

Capacidad total de retención de humedad: 182mm

Lamina de saturación en la zona de raíces: 187mm

Evapotranspiración máxima: 7,6 mm/día.

Evapotranspiración promedia: 6,4 mm/día.

Percolación profunda estimada: 10 mm/día.

Embalse predeterminado: 85mm

El regador trabaja 8 días por cada intervalo de riego en la fase 1 del cultivo de arroz,

y durante esta fase, el riego solamente se puede llevar a cabo en las horas diurnas.

Debe incluir los cálculos de escorrentía, asumiendo que la precipitación no es el factor

predominante. Presente una programación adecuada del drenaje de campo. Incluya las

recomendaciones necesarias para la construcción del sistema de riego y drenaje. Incluya

también todas las recomendaciones necesarias para una correcta operación del sistema.

Figura 1. Topografía del Terreno

ESTIMACION DE PARAMETROS BASICOS

Como se considerara criterios de máxima eficiencia para el diseño del sistema de riego

por melgas en curvas de nivel, no resulta recomendable asumir un valor cualquiera en

cuanto se refiere a la eficiencia del riego del mismo, por lo cual se estableció el siguiente

método de estimación:

Eficiencia

Esta se determinó mediante la relación existente entre la lámina que se requiere

en la zona de raíces (LÁMINA NETA) y la sumatoria entre esta y la lámina que se

establece en el tiempo de cubrimiento total de la melga o tn/8 (LAMINA BRUTA).

Ya que al asumirse un sistema de máxima eficiencia se supone un Riego

Normal donde la lámina infiltrada al llegar al caballón (su parte más alta) será la

misma que la lámina neta o la requerida en la zona de raíces sin permitir pérdidas

por percolación profunda en ese punto, por lo tanto:

𝑥 = 0 → 𝐹(0) = 0.6198 (0)0.661 + 7

𝑥 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎 → 𝐹 (𝑡𝑛

8) = 0.6198 (

𝑡𝑛

8)

0.661

+ 7

Figura 2 vista melga de perfil

𝑆𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑡𝑛: 𝐿𝑁 = 45𝑚𝑚 → 45 𝑚𝑚 = 0.06198 (𝑡𝑛)0.661 + 7

𝑡𝑛 = (45 𝑚𝑚 − 7

0.6198)

10.661

→ 𝑡𝑛 = 506.15 𝑚𝑖𝑛

𝐿𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴 𝑃𝐴𝑅𝐴 𝑡𝑛

8: 𝐹 (

𝑡𝑛

8) = 0.6198 (

506.15 𝑚𝑖𝑛

8)

0.661

+ 7

𝐹 (𝑡𝑛

8) = 16.61 𝑚𝑚

Entonces, como se mencionó anteriormente, se tiene el cálculo de la eficiencia como

se muestra a continuación:

𝑬𝒂 =𝐿𝑍𝑅 𝑜 𝐿𝑁 (𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎)

𝐿𝐵 (𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎)=

𝐿𝑍𝑅

𝐿𝑍𝑅 + 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑓(𝑡𝑛4

)=

45𝑚𝑚

45 𝑚𝑚 + 16.61 𝑚𝑚

= 𝟎. 𝟕𝟑𝟎𝟒 (𝟕𝟑. 𝟎𝟒%)

Lamina bruta

𝑳𝒃 = 45 𝑚𝑚 + 16.61 𝑚𝑚 = 𝟔𝟏. 𝟔𝟏 𝒎𝒎 (2)

Frecuencia de riego

Al ya conocerse la lámina requerida en la zona de raíces, se estima la frecuencia de

riego usando como parámetro de diseño la Evapotranspiración Máxima al ser un

requerimiento crítico, como se muestra a continuación:

𝐹𝑟 =𝐿𝑍𝑅

𝐸𝑇𝑀𝐴𝑋

𝐹𝑟 =45 𝑚𝑚

7.6 𝑚𝑚/𝑑í𝑎

𝑭𝒓 = 𝟓. 𝟗𝟐 𝒅í𝒂𝒔 ≈ 𝟔 𝒅í𝒂𝒔

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO

Diseño de los caballones

Como primer paso en el diseño del sistema se determina la altura de los caballones, para

esto se tiene en cuenta la siguiente ecuación:

𝐻𝑐 = ∆ℎ + 𝐿𝑏 + 𝑏𝑙 + 𝐴𝑠

Donde:

Hc=Altura del caballón en cm

∆ℎ = Intervalo vertical entre caballones en cm

Lb = Lamina bruta en cm

bl = Borde libre en cm

As =Tolerancia por asentamiento

Para encontrar el intervalo vertical entre caballones debemos conocer la pendiente del

terreno pues influye en este valor, ya que varía entre 6 cm a 12 cm según se tenga una

baja o una alta pendiente respectivamente.

a. Intervalo vertical entre caballones

Se calcula la pendiente del terreno pues se tiene las cotas máximas y mínimas del terreno

así como su longitud.

𝑺 =100.25 − 98.65

400 − 0= 0.004 ≈ 𝟎. 𝟒% < 0.5%

Donde este cumple con la restricción de aplicabilidad de terrenos con pendientes menores

a 0.5%. Ahora, para calcular el intervalo vertical entre caballones se realiza una

interpolación lineal entre el intervalo anteriormente mencionado

S (%) Δh (cm)

0 6

0.4 X

0.5 12

𝟎% → 𝟔 𝒄𝒎

𝟎, 𝟒% → ∆𝒉

𝟎, 𝟓% → 𝟏𝟐 𝒄𝒎

∆𝒉 → 𝟏𝟎, 𝟖 𝒄𝒎

Se divide el lote en un numero de franjas que sea acorde más que todo a la

frecuencia de riego que con el horario de trabajo del regador, para que el cultivo no

vaya a sufrir estrés por humedad, para esto inicialmente se calcula la caída total del

sistema dada por la diferencia entre mayor y menor curva de nivel en el lote:

C𝒂𝒊𝒅𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟏𝟎𝟎. 𝟐𝟓 𝒎 − 𝟗𝟖. 𝟔𝟓 𝒎 = 𝟏. 𝟔 𝒎

Ahora, para encontrar el número de franjas en las que el lote se dividirá, se toma la caída

total y la dividimos entre el ∆ℎ, de la siguiente manera:

# 𝑭𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂𝒔 = 𝟏, 𝟔 𝒎

𝟎, 𝟏𝟎𝟖 𝒎 = 𝟏𝟒, 𝟖𝟏

Con la finalidad de que el número de franjas sea múltiplo de la frecuencia de riego,

se toma un valor menor de intervalo vertical entre caballones, se seleccionó un valor de

∆ℎ = 0.09 𝑚 𝑜 9 𝑐𝑚, con eso el número de franjas será:

# 𝑭𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂𝒔 = 𝟏, 𝟔𝒎

𝟎, 𝟎𝟗𝒎 = 𝟏𝟖

De esta manera cumpliendo el requisito anteriormente mencionado.

b. Altura del caballón

La SCS (Servicio de Conservación de Suelos) recomienda que el borde libre del no sea

inferior a 8 cm y la tolerancia por asentamiento sea como mínimo de 9 cm, por diseño se

usaran estos valores, teniendo en cuenta el intervalo entre caballones nuevamente

calculado, o sea 10 cm. Como resultado se tiene como altura mínima de los caballones:

𝑯𝒄 = ∆𝒉 + 𝑳𝒃 + 𝒃𝒍 + 𝑨𝒔𝑯𝒄 = 𝟗 𝒄𝒎 + 𝟔. 𝟏𝟔𝟏 𝒄𝒎 + 𝟖 𝒄𝒎 + 𝟗 𝒄𝒎

𝑯𝒄 = 𝟑𝟐. 𝟏𝟔 𝒄𝒎

Donde

𝐻𝑐 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑎𝑙𝑙ó𝑛 (𝑐𝑚)

∆ℎ = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑐𝑎𝑏𝑎𝑙𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 (𝑐𝑚)

𝐿𝑏 = 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 (𝑐𝑚)

𝑏𝑙 = 𝐵𝑜𝑟𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 (𝑐𝑚)

𝐴𝑠 = 𝑇𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑐𝑚)

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

a. Restricciones para el regador

Como se tiene la restricción de que el regador trabaja 8 días por intervalo de riego pero la

frecuencia de riego es 6 días, se recomienda dividir el terreno en esta ocasión en

función de la FRECUENCIA DE RIEGO o múltiplos de 6.

6 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 → 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

𝑑𝑖𝑎 ⁄

12 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 →2 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

𝑑𝑖𝑎 ⁄

18 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 →3 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

𝑑𝑖𝑎 ⁄

.

.

.

De lo anterior se tiene como recomendación que:

EL REGADOR DEBE DISMINUIR SUS DÍAS DE TRABAJO DE 8 A 6 DIAS con el fin de

evitar efectos de estrés hídrico a la planta, ya que si se toma como parámetro de diseño el

jornal del trabajador, el cultivo dejaría de recibir agua durante cuatro días que tiene de

más el horario de trabajo del regador a la frecuencia de riego del cultivo.

b. Ancho de las franjas

De acuerdo a como se había estimado anteriormente, el número de franjas en función

de la caída total del terreno debido a las cotas de la parte más alta y baja, es 18 por

cuestiones prácticas de diseño y manejo de riego.

# 𝑭𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂𝒔 = 𝟏, 𝟔𝒎

𝟎, 𝟎𝟗𝒎 = 𝟏𝟖

Para el caso del ancho como se tiene que el predio tiene 400 m y se configurarán 18

franjas, entonces el ancho de cada melga será:

𝒘 = 400 𝑚

18 𝐹𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎𝑠= 𝟐𝟐. 𝟐𝟐 𝒎

c. Longitud de las melgas

Se tiene como restricción la recomendación hecha por el SCS de los Estados Unidos, en

que la longitud máxima para los drenes debe ser de 200 m en caso de tener una sola

salida de drenaje (parámetro de diseño adoptado para este sistema), o en otras

palabras la longitud máxima de la melga será de 200 m; y como no existe restricción por

la dirección de los vientos por posible oleaje que cause erosión de los caballones, solo se

tendrá en cuenta la restricción de drenaje.

Como parámetro de diseño, se adoptó una longitud de melga de 200 m.

d. Diseño del sistema

De acuerdo a lo anterior, se tiene como diseño tanto de configuración como dimensiones

del lote como se muestra en la figura adjunta:

Figura 3 diseño preliminar

Como resumen se tiene que:

# 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 = 4

# 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎𝑠 = 18# 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 = 72 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

De acuerdo a lo estipulado, para cumplir con la frecuencia de riego el trabajador cubrirá:

# 𝒎𝒆𝒍𝒈𝒂𝒔 𝒑𝒐𝒓 𝒅𝒊𝒂 =# 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

𝐹𝑟=

72 𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

6 𝑑𝑖𝑎𝑠= 12

𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠

𝑑𝑖𝑎

Entonces como configuración se tiene que el riego será de 12 melgas por día, o sea

de 3 franjas por día.

Para el caso de áreas, se tiene:

Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝐴1 =𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜

𝐹𝑟=

(400 𝑚 ∗ 800 𝑚)

6 𝑑𝑖𝑎𝑠=

320000 𝑚2

6 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑨𝟏 = 𝟓𝟑 𝟑𝟑𝟑 𝒎𝟐/𝒅𝒊𝒂

Área por franja

𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 = 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑒𝑟𝑟𝑒𝑛𝑜 ∗ 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝐹𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒑𝒐𝒓 𝒇𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂 = 𝟖𝟎𝟎 𝒎 ∗ 𝟐𝟐. 𝟐𝟐 𝒎 = 17 776 𝒎𝟐

Área de cada melga

𝒂𝒓𝒆𝒂 𝒎𝒆𝒍𝒈𝒂 =𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎

# 𝑀𝑒𝑙𝑔𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎=

17 776 𝒎𝟐

𝟒= 𝟒𝟒𝟒𝟒 𝒎𝟐

CONSIDERACIONES ESPECÍFICAS EN EL DISEÑO PARA EL CULTIVO DE

ARROZ.

Como procedimiento de diseño para el caso específico del cultivo de arroz, además de la

metodología anteriormente utilizada, se calculan los siguientes parámetros que permitirán

establecer el caudal de diseño necesario para que el cultivo cumpla con el siguiente criterio:

“…el caudal para cada melga debe ser lo suficientemente grande como para permitir la

cobertura de la superficie de la melga promedio en un tiempo no mayor a ¼ del tiempo

necesario para que se infiltre la Lamina Neta. Con este criterio se pretende lograr mayor

uniformidad de distribución de agua que sea posible, en la aplicación del agua…” (FORERO

SAAVEDRA, 2000)

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

Como ya se definió una ecuación de infiltración al inicio del documento, tomando la lámina

neta de la primera fase y despejando el tiempo se puede decir que:

𝑇𝑛 = (𝐹 − 7

0.6198)

1/0.661

𝑇𝑛 = (45 − 7

0.6198)

1/0.661

→ 𝑇𝑛 = 506.16 min

Entonces se obtiene que 𝑻𝒏𝟒⁄ = 𝟏𝟐𝟔. 𝟓𝟒 𝒎𝒊𝒏

b. Lámina Promedio Infiltrada ( �̅�𝟏)

Primero se estima que 𝑻𝒏

𝟒= 𝟏𝟐𝟔. 𝟓𝟒 𝒎𝒊𝒏

Ahora se puede determinar la lámina promedio infiltrada (𝑎 𝑇𝑛

4⁄ ) , a partir de la misma

ecuación de infiltración dada y usando 𝑇𝑛

4.

�̅�1 = 0,6198 (𝑇𝑛

4)

0,661

+ 7 → �̅�1 = 0,6198 (126.54 𝑚𝑖𝑛)0,661 + 7

�̅�𝟏 = 𝟐𝟐. 𝟏𝟗 𝒎𝒎

c. Lámina Promedio Superficial ( �̅�𝟏)

Tomando el valor obtenido para el intervalo vertical entre caballones se puede determinar

esta lámina así:

�̅�1 = ∆ℎ

2

�̅�1 = 90 𝑚𝑚

2 → �̅�𝟏 = 𝟒𝟓 𝒎𝒎

d. Caudal por unidad de área de riego (q1)

Este es el caudal para proporcionar una lámina equivalente a la suma de la lámina promedio

infiltrada, �̅�𝟏 y la lámina promedio almacenada �̅�𝟏. Sin embargo, para esto se hace la

aproximación de asumir que la función de infiltración y avance son lineales. De esta forma

se obtiene:

𝑞1 = 4(𝑧1̅ + 𝑦1̅̅ ̅)

6(𝑡𝑛)

𝒒𝟏 = 4(22.19 𝑚𝑚 + 45 𝑚𝑚)

6(506,16 𝑚𝑖𝑛)= 𝟎, 𝟎𝟖𝟖𝟒𝟗

𝒎𝟑

𝒔 ∗ 𝒉𝒂

El valor de 6 resulta de la conversión de unidades.

e. Tiempo por posición (tp)

Este tiempo es cuando en cada punto de la melga se recibe la lámina neta o más. Es decir,

la suma del tiempo para satisfacer la necesidad hídrica (𝑻𝒏𝟒⁄ ) más el tiempo necesario

para cubrir la melga ( 𝑻𝒏).

𝒕𝒑 = (5

4) ∗ 𝑇𝑛 =

5

4∗ 506,16 𝑚𝑖𝑛

𝒕𝒑 = 𝟔𝟑𝟐, 𝟕𝟎 𝒎𝒊𝒏 = 10.545 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 < 𝟏𝟐 𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔

Como se estipulo en el enunciado, el sistema de riego tiene como restricción que para

esta etapa, el riego solamente es posible realizarlo en horas diurnas.

En comparación con lo anterior se ve que cumple al no excederse del horario establecido

de solo horas diurnas.

f. Número de posiciones de riego por día (N’)

Resulta ser el entero de la relación entre el tiempo de riego por día expresado en minutos

y el tiempo por posición, en min. De esta forma, el número de posiciones se indica como:

𝑁′ = 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 [60 ∗ℎ

𝑡𝑝] = 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 [60 ∗

10.545 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠

𝟔𝟑𝟐, 𝟕𝟎 𝒎𝒊𝒏]

𝑁′ = 1

ℎ = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑔𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑒𝑔𝑜 El valor de 60 resulta de la conversión de unidades de tiempo.

De acuerdo con las condiciones que se tienen para este caso, el número de posiciones que

se pueden hacer por día es 1.

g. Determinación del área total regada por posición (A1)

Por el paso anterior se conoce que el número de posiciones por día es 1. De acuerdo con

esto, se estima el área de dicha posición como:

𝑨𝟏 =𝐴

𝑁′ ∗ 𝑑𝑟=

32 ℎ𝑎

1 ∗ 6= 𝟓, 𝟑𝟑 𝒉𝒂

Fase De Humedecimiento

Esta fase consiste en el humedecimiento de las semillas y plántulas, con riegos muy ligeros

y frecuentes, además de láminas muy pequeñas (mojes). Generalmente se llevan los suelos

hasta capacidad de campo a la profundidad mínima manejable después de la siembra en

seco. (FORERO SAAVEDRA, 2000)

Para el caso específico del arroz, se considera los parámetros anteriormente calculados

del numeral a la numeral f, y que el Caudal para esta etapa corresponde al producto entre

caudal unitario definido previamente (q1) y el área que puede ser regada de forma

simultánea (A1).

𝑸𝒇𝟏 = 𝒒𝟏 ∗ 𝑨𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟖𝟒𝟗𝒎𝟑

𝒔 ∗ 𝒉𝒂∗ 𝟓, 𝟑𝟑 𝒉𝒂 = 𝟎. 𝟒𝟕𝟏𝟔𝟓𝟏𝟕

𝒎𝟑

𝒔

Fase De Inundación

Durante esta fase se establece que toda el área de riego debe cubrirse con agua con una

lámina de embalse, Ep, durante un el tiempo necesario para que el cultivo agote la mitad

de la inundación disponible en la zona de raíces al 50% de su capacidad de retención, a

la máxima tasa de evapotranspiración.

Para ocurra eso, Ep, debe encontrarse entre 50 mm y 100 mm, para este caso como

parámetro de entrada se dio un embalse predeterminado de 85 mm.

Como procedimiento inicial se determina el tiempo de la fase de inundación o ti, definida

anteriormente, como se muestra a continuación:

𝑡𝑖 =720 ∗ (0,5 ∗ 𝐴𝑇)

𝐸𝑇𝑚𝑎𝑥

Donde:

𝐴𝑇 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑎í𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝐶𝐶 𝑦 𝑃𝑀𝑃.

𝐸𝑇𝑚à𝑥 = 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎

Como parámetros de entrada se determinaron en el enunciado del diseño que:

𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅 = 𝟏𝟖𝟐 𝒎𝒎

𝑬𝑻𝒎à𝒙 = 𝟕. 𝟔 𝒎𝒎/𝒅𝒊𝒂

Entonces

𝑡𝑖 =720 ∗ (0,5 ∗ 182)

7,6

𝑡𝑖 = 8621,05 min = 6 𝑑𝑖𝑎𝑠

Teniendo este tiempo de inundación pasamos a calcular el caudal correspondiente a esta

fase el cual depende también de:

𝑄𝑓2 = [(𝐿𝑠 +

∆ℎ2

+ 𝐸𝑝 + 𝐿𝑝𝑐)

6𝑡𝑖] ∗ 𝐴

𝐿𝑠 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑎í𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑛 (𝑚𝑚) = 187𝑚𝑚 𝛥ℎ

2= 𝑦𝑖 𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑚𝑚) = 45 𝑚𝑚

𝐸𝑝 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑏𝑎𝑙𝑠𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜 (𝑚𝑚) = 85 𝑚𝑚

𝐿𝑝𝑐 𝐿á𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑖 (𝑚𝑚).

𝐴 Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 32 ℎ𝑎

Antes de aplicar la ecuación del caudal, debemos entonces calcular la lámina perdida por

percolación profunda durante el tiempo de inundación, sabiendo como parámetro de

entrada que la percolación profunda estimada es de 10mm/día, de la siguiente manera:

𝐿𝑝𝑐 =10 𝑚𝑚

𝑑𝑖𝑎∗

1 𝑑𝑖𝑎

1440 𝑚𝑖𝑛∗ 8621,053 𝑚𝑖𝑛

𝐿𝑝𝑐 = 59,868 𝑚𝑚

Reemplazando entonces para encontrar el caudal correspondiente tenemos que:

𝑄𝑓2 = [(187𝑚𝑚 + 45 𝑚𝑚 + 85 𝑚𝑚 + 59.868 𝑚𝑚)

6 ∗ 8621.05 𝑚𝑖𝑛] ∗ 32 𝐻𝑎

𝑸𝒇𝟐 = 𝟎. 𝟐𝟑𝟑𝟏 𝒎𝟑

𝒔

Fase De Mantenimiento De La Inundación

Durante esta fase tenemos un caudal que debe restituir continuamente al embalse el agua

que se pierde por percolación profunda, más aquella requerida por el cultivo de arroz, de

acuerdo a la siguiente ecuación:

𝑄𝑓3 = (𝐿𝑝𝑐

8640+

𝐸𝑡

8640) ∗ 𝐴

Donde:

𝐿𝑝 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 10 𝑚𝑚/𝑑í𝑎𝐸𝑇 𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 6.4 𝑚𝑚/𝑑í𝑎

𝐴 Á𝑟𝑒𝑎 (ℎ𝑎) = 32ℎ𝑎

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

𝑄𝑓3 = (10

8640+

6,4

8640) ∗ 32 𝐻𝑎

𝑸𝒇𝟑 = 𝟎. 𝟎𝟔𝟎𝟕 𝒎𝟑

𝒔

CAUDAL A DRENAR – ESCORRENTÍA SUPERFICIAL

Como se dijo anteriormente, en este tipo de riego es necesario drenar una parte del caudal

aplicado que equivale a la lámina promedio de almacenamiento �̅�𝟏. Por lo tanto, se

determina el caudal a drenar por unidad de riego. La lámina promedio infiltrada no se tiene

en cuenta ya que esta ya ha sido infiltrada.

𝑞𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡í𝑎 = 4(𝑦1̅̅ ̅)

6(𝑡𝑛) =

4 ∗ (45 𝑚𝑚)

6 ∗ (506,16 𝑚𝑖𝑛)= 0,05927

𝑚3

𝑠 ∗ ℎ𝑎

Y teniendo en cuenta el área a drenar por posición (3 franjas por posición o por día), el

caudal de escorrentía es

𝑸𝒆𝒔𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕í𝒂/𝒑𝒐𝒔𝒊𝒄𝒊ó𝒏 = 𝐴1 ∗ 𝑞𝑒𝑠𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡í𝑎 = 5,33 ℎ𝑎 ∗ 0,05927𝑚3

𝑠 ∗ ℎ𝑎= 𝟎. 𝟑𝟏𝟓𝟗

𝒎𝟑

𝒔𝒆𝒈

Este será el caudal de drenaje total para cada uno de los días de riego en el cual se regaran

3 franjas y se drenaran las mismas tres franjas, o sea que por franja se drenaran:

𝑸𝒆𝒔𝒄𝒐𝒓𝒓𝒆𝒏𝒕í𝒂/𝒑𝒐𝒔𝒊𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟑𝟏𝟓𝟗

𝒎𝟑

𝒔𝒆𝒈

𝟑= 𝟎. 𝟏𝟎𝟓𝟑

𝒎𝟑

𝒔𝒆𝒈 /𝒇𝒓𝒂𝒏𝒋𝒂

Como resumen se muestra a continuación los caudales requeridos en cada etapa:

Humedecimiento: caudal por posición (3 franjas – 12 melgas) con frecuencia de 6

días.

Inundación: Caudal en toda la extensión del cultivo (32 ha)

Mantenimiento Inundación: Caudal en toda la extensión del cultivo (32 ha)

Fase Tiempo por etapa

(min)

Caudal

(m3/s)

Frecuencia

(días)

RIEGO - Humedecimiento 632.70 0,4716517 6

DRENAJE - Humedecimiento 0.3159 6

Inundación 8621,05 0,2331 -

Mantenimiento de la inundación 0,0607 -

Vale la pena resaltar que la inundación, a pesar de manejar un caudal bajo, el tiempo de

riego es alto. Esto se debe a que evidentemente se tiene que tapar el cultivo a partir de este

pequeño caudal. Es por esto que el tiempo para esta fase es de 8621,05 min

(aproximadamente 6 días),

Otro aspecto a destacar es que la fase de humedecimiento contempla no solo el tiempo de

infiltración de la lámina neta sino que también el tiempo de cobertura de la melga, o sea el

tiempo estimado por posición o tp, el cual es 632, 70 min.

CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE LOS CANALES PARA EL SISTEMA

Para el caso de selección del caudal del sistema, se comparara los caudales para cada

etapa y se seleccionara el mayor de los 3, en este caso la fase de humedecimiento es la

que presenta el mayor caudal y por lo tanto es el seleccionado a trabajar.

PARA LOS CANALES DE RIEGO

a. Canal alimentador:

Para determinar las dimensiones de este canal, se tiene en cuenta que este debe

contar con la capacidad de alimentar las tres franjas regadas simultáneamente

por día de riego durante la fase de humedecimiento, por lo cual se tiene lo

siguiente:

𝑄𝐴 = 𝑞1𝐴1

→ 𝑄𝐴 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟖𝟒𝟗𝒎𝟑

𝒔 ∗ 𝒉𝒂∗ 𝟓, 𝟑𝟑 𝒉𝒂 = 𝟎. 𝟒𝟕𝟏𝟔𝟓𝟏𝟕

𝒎𝟑

𝒔

Número de canales alimentador: 1

Longitud de cada canal alimentador: 400 – 22.22 m = 377.78 m

b. Canal regador:

Ya para el caso de este se encontrara diseñado para conducir el caudal de riego

necesario para cada franja durante la fase de humedecimiento, el cual corresponde a

un tercio del caudal del canal alimentador o el área de cada franja, de lo anterior se

tiene:

𝑄𝑅 = 𝑞1 ∗ 𝐴𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎

𝑄𝑅 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟖𝟒𝟗𝑚3

𝑠 ∗ ℎ𝑎∗ 1,77 ℎ𝑎 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟔𝟔

𝑚3

𝑠

Número de canales regadores: 18

Longitud de cada canal regador: 800 m

PARA LOS CANALES DE DRENAJE

a. Dren por melga:

Para este dren, se siguen las consideraciones del SCS, y se asume que su longitud de

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

de la melga:

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑞𝑒𝑠𝑐 𝐴𝑚𝑒𝑙𝑔𝑎

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 0,05927𝑚3

𝑠 ∗ ℎ𝑎∗ 0,44 ℎ𝑎 = 0.02628

𝑚3

𝑠

Número de drenes de campo: 72

Longitud de cada dren de campo: 200 m

b. Dren longitudinal de campo:

Este dren recoge el agua contenida de toda la franja, es decir hay uno por cada franja

o simplemente producto entre el caudal de drenaje para cada melga por el número de

melgas para cada franja (4 melgas por franja). Su capacidad se define como:

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑞𝑒𝑠𝑐 𝐴𝑓𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 0,05927𝑚3

𝑠 ∗ ℎ𝑎∗ 1.77 ℎ𝑎 = 0.1049

𝑚3

𝑠

O simplemente

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 ∗ # melgas por franja

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 0.02628𝑚3

𝑠∗ 4 = 0.1051

𝑚3

𝑠

Número de drenes longitudinal de campo: 18

Longitud de drenes longitudinal de campo: 800 m

Por facilidad de construcción se determina construir un solo canal de drenaje que

abarque las 4 melgas por franja, el cual tendrá una longitud de 800 m.

c. Dren colector de campo:

Este dren recoge el agua a drenar del número de franjas regadas por día de riego, que

en este caso son 3:

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 𝑞𝑒𝑠𝑐 𝐴1

𝑄𝑑𝑟𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 = 0,05927𝑚3

𝑠 ∗ ℎ𝑎∗ 5.33 ℎ𝑎 = 0.31591

𝑚3

𝑠

Número de drenes colectores finales: 1

Longitud de drenes colectores finales: 378 m

RECOMENDACIONES

RIEGO Y DRENAJE

Primeramente ya que la construcción de las melgas se hará en el sentido de las curvas de

nivel, las dimensiones y el área de cada una de ellas será un valor aproximado al real. Se

propone un área aproximada para cada melga de 0.44 ha (L= 200 m y w= 22 m). Aclarando

que la construcción de franjas igualmente se debe hacer siguiendo las curvas a nivel.

En cuanto a la construcción de los canales de riego y drenaje, se deben considerar las

capacidades y dimensiones halladas y propuestas en loa numerales a,b,c,d de la sección "CAPACIDADES Y DIMENSIONES DE LOS CANALES ".

Lo concerniente a el cronograma del drenaje, la programación será distinta dependiendo

de la fase en la que se encuentre el riego. Por lo tanto para la fase de humedecimiento es

claro que se debe drenar todos los días ya que en esta fase se debe mantener el nivel

adecuado de humedad sin incurrir en un exceso. En las demás fases en donde el cultivo

permanece inundado se recomienda drenar cada 6 días como mínimo.

A continuación se ilustra una tabla donde se resume el cronograma de drenaje.

Etapa Frecuencia de drenaje

Humedecimiento Todos los días

Inundación Fr crítica = Cada 6 días mínimo

Mantenimiento de la Inundación Fr crítica = Cada 6 días mínimo

RECOMENDACIONES DE OPERACIÓN:

El diseño esta dado para periodos de ETmax y LNmax (profundidad de raíces máxima) que el

tiempo de riego es de 10 horas y 33 minutos para el riego por cada posición, que

corresponde a 3 franjas, es decir, 5.33 ha regadas al mismo tiempo, equivalente a un caudal

de Q = 0,38333m3

seg.

Con respecto a la frecuencia de riego, se determina para estas condiciones una

frecuencia de 6 días. Cambiando así la disposición del operario para regar (que son

8 días) para cumplir con los requisitos de frecuencia de riego del cultivo. A

continuación se presenta la programación del riego recomendada.

Día Franja Regada

1 Franjas 1 – 2 – 3

2 Franjas 4 – 5 – 6

3 Franjas 7 – 8 – 9

4 Franjas 10 – 11 – 12

5 Franjas 13 – 14 – 15

6 Franjas 16 – 17 – 18

O como se muestra en el siguiente esquema de riego:

Como criterio de diseño se selecciona la Profundidad de Raíces Máxima junto con la

evapotranspiración máxima, ya que estos parámetros representan el máximo estado de

desarrollo fenológico que el cultivo puede alcanzar, y en el cual se verán los requerimientos

máximos de lámina necesaria para que el cultivo se desarrolle de manera óptima, el cual,

el sistema debe estar en capacidad de proporcionar.

Sin embargo, para cada una de las etapas, estos parámetros como la Evapotranspiración

y la Profundidad de raíces, varia. Por lo cual la Frecuencia, la lámina de riego y los caudales

requeridos, también cambia. Por esto, se recomienda entonces conocer estas variables

para el correcto manejo del sistema de riego, de esta manera poder realizar esta labor

de manera eficiente, satisfaciendo los requerimientos hídricos del cultivo de manera precisa

y disminuyendo las pérdidas que se pueden presentar.

A continuación se puede visualizar un ejemplo de la variabilidad de la evapotranspiración

en función del tiempo para el cultivo de Arroz:

Figura 1. Ejemplo de comportamiento anual de la evapotranspiración de las gramíneas

forrajeras en Villahermosa, Teapa y El Triungo. México. (Ruíz-Álvarez & al., 2011)

El caudal más grande que se debe suplir es el de la primera fase (humedecimiento), debido

a los mojes regulares en el cultivo. En esta etapa el cultivo es "inundado" con una lámina

pequeña para evitar el desarrollo de plagas que puedan afectar el crecimiento del arroz (ya

que en este estado fenológico se encuentran más vulnerables a efectos externos). Por lo

tanto el sistema debe estar en la capacidad de suplir la cantidad más crítica de agua que

es esta, y por ende suplir las demás fases.

Por lo cual se propone la siguiente programación tentativa para el riego:

RIEGO

Fase

Tiempo por

etapa (min)

Tiempo por

etapa (hr)

Hora Tentativa

Inicio

Hora Tentativa

Final

Caudal (m3/s)

por posicion

FRANJAS A REGAR

DIA

Humedecimiento

632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0. 47165 1 - 2 - 3 1

632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0. 47165 4 - 5 - 6 2

632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0. 47165 7 - 8 - 9 3

632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0. 47165 10 - 11 - 12 4

632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0. 47165 13 - 14 - 15 5

632.7 10.545 7:00 a. m. 5:32 p. m. 0. 47165 16 - 17 - 18 6

Es importante destacar que la inundación, a pesar de manejar un caudal bajo, el tiempo de

riego es alto, esto se debe a que evidentemente se tiene que tapar el cultivo a partir de este

pequeño caudal. Es por esto que el tiempo de riego para esta fase es de 8621,05 min

(aproximadamente 6 días).

Para el caso de drenaje, su operación se comenzara a realizar inmediatamente

finalice el riego de humedecimiento, o sea a las 5: 33 pm de cada día.

BIBLIOGRAFIA

• FORERO SAAVEDRA, J. A. (2000). Riego por melgas en curvas de nivel. Bogotá,

D.C: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ingeniería.

• Ruíz-Álvarez, O., & al., e. (2011). Requerimiento de riego y predicción del

rendimiento en gramíneas forrajeras mediante un modelo de simulación en Tabasco,

México. Agrociencia , 45 (7), 745-760.