universidad nacional DE  TRUJILLO

 

FACULTAD  DE   CIENCIAS  AGROPECUARIOS

 

ESCUELA  ACADEMICO  PROFESIONAL  DE  INGENIERIA AGRICOLA

 

 

 

CURSO:      Relación Agua, Suelo, Planta

 

 

TEMA:           INFILTRACION EN SURCOS

 

 

INTEGRANTES:       Grupo 5 – 7 pm                     .

                           

 

PROFESOR:        Ing. Anselmo Carrasco Silva

 

                                          

CICLO:                    VII

 

                                        

 

TRUJILLO –  PERU

              

2008

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MÉTODO DE RIEGO POR SURCOS

 

Infiltración del agua en el suelo

 

Es el proceso por el cual el agua pasa de la superficie al perfil del suelo, representando la facilidad de circulación del agua en el suelo.

La característica de infiltración del suelo en cada riego es importante para el diseño debido a que varía con el tiempo y el espacio.

La infiltración depende fundamentalmente de la textura y la estructura del suelo y se evalúa por la velocidad de infiltración.

La velocidad de infiltración es la velocidad de penetración del agua en el perfil del suelo cuando la superficie del terreno se cubre con una lámina de agua.

La velocidad de infiltración interviene en la selección, diseño, operación y manejo de los sistemas de riego, debido a que define el ritmo de aplicación de agua al suelo.

La velocidad de infiltración depende de las condiciones de humedad que presente el suelo. Cuando el suelo se encuentra seco la infiltración tiene sus máximos valores y luego, conforme se humedece, su capacidad de admitir más agua es cada vez menor, hasta que en condiciones de saturación total alcanza un valor constante.

En los suelos arenosos la humedad profundiza rápidamente con escaso movimiento lateral, mientras que en los arcillosos el movimiento lateral predomina sobre el que se produce en profundidad. Esta diferencia en la velocidad de infiltración del agua en el suelo se relaciona con la variación de la porosidad total, la distribución y tamaño de los poros, y la energía con que el agua es retenida por las partículas del suelo.

En suelos arenosos, aunque su porosidad total es menor que en los arcillosos, los poros son más grandes, por lo que la infiltración es más rápida, reteniendo menor cantidad de agua. Los suelos francos presentan condiciones intermedias.

Conociendo la velocidad de infiltración del suelo y la profundidad de raíces del cultivo, puede estimarse el tiempo de riego para que el agua llegue a la profundidad deseada.

 

 

 

 

 

 

Infiltración a partir de surcos en suelos arenosos y arcillosos

 

 

 

La lámina infiltrada o infiltración acumulada representa la cantidad total de agua que se ha infiltrado en la unidad de superficie de un suelo, en un determinado tiempo.  Normalmente se mide en mm.

La velocidad de infiltración y la lámina infiltrada dependen de las características del suelo, tales como textura y estructura, contenido de materia orgánica, uniformidad del perfil del suelo y pendiente del terreno.

 

Método del surco

En el riego por surcos el agua sólo cubre la parte baja de los mismos, mientras que los bordos quedan sin cubrirse. Por tal motivo se recomienda determinar la infiltración preparando unos surcos de prueba en los que se aplica determinado caudal, que se aforan a la entrada (q’, caudal por surco) y a la salida (q’’, escorrentía).

 

 

Disposición del equipo para medir la variación del nivel de agua en los cilindros

 

 

 

 

En el área superficie atendida por el surco 2 (rectángulo MNPQ), de superficie S (L2), el caudal infiltrado es q2- q2’’ (L3 T-1) y la velocidad de infiltración V (L T-1) será:

 

 

 

V=q2 – q1

      S

Para disponer de valores suficientemente representativos se recomienda que la prueba de infiltración se realice en varios surcos.

 

 

 

 

Ensayos de infiltración en riego por surcos

 

 

 

 

 

 

Determinación de las curvas de infiltración

 

Con los resultados obtenidos en una prueba de infiltración se elaboran los diagramas de la curva de velocidad de infiltración y curva de lámina infiltrada.

La curva de velocidad de infiltración (Curva I) está en función del tiempo, desde el inicio de la prueba y será tanto más exacta cuánto menores sean los intervalos de tiempo utilizado.

 

 

 

 

 

Se han desarrollado numerosas ecuaciones para representar el fenómeno de la infiltración, la mayoría de ellas empíricas. La más utilizada es la Ecuación de Kostiakov, función que describe la velocidad de infiltración en un punto cualquiera (i). Se trata de un modelo exponencial de la forma:

 

 

 

donde:

i = velocidad de infiltración (cm/h ó mm/h).

t0  = tiempo de oportunidad o tiempo de contacto del agua con el suelo (min).

a = coeficiente que representa la velocidad de infiltración para t0 = 1.

b = exponente que varía entre 0 y –1.

La curva de lámina de agua infiltrada (Curva II) también es función del tiempo transcurrido. Permite estimar el tiempo requerido para que se infiltre una determinada dosis (lámina) de riego.

La Ecuación de Kostiakov para la lámina infiltrada acumulada (I), también es un modelo exponencial de la forma:

 

 

y se obtiene integrando la función de velocidad de infiltración con respecto al tiempo.

 

donde:

 

I = infiltración acumulada o lámina infiltrada acumulada (cm ó mm).

t0  = tiempo de oportunidad o tiempo de contacto del agua con el suelo (min).

A = coeficiente que representa la lámina infiltrada para t0 = 1.

B = exponente que varía entre 0 y 1.

 

Será necesario dividir la integral resultante por 60, por cambio de unidades.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Velocidad de infiltración (Curva I) y altura infiltrada (Curva II)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Valores de velocidad de infiltración, según el tipo de suelo, se pueden apreciar en la siguiente tabla:

Velocidad de Infiltración (i)

 

 

Suelo

i (mm/h)

Arenoso Franco

15 – 30

Franco Arenoso

12 – 18

Franco

8 - 14

Franco Limo

6 - 10

Arcilloso Limoso

5 - 8

Arcilloso

3 - 6

 

 

 

Definición, características y operación  del sistema

 

En este método se hace correr el agua por pequeños canales (surcos), desde la acequia madre hacia los cultivos, distribuidos en hilera, siguiendo determinada pendiente. El agua se infiltra en el fondo y a los lados de los surcos, llegando hasta la zona de raíces de los cultivos, reponiéndose así el agua del suelo consumida por los cultivos.

 

 

Aplicación de agua por el método de surcos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Infiltración en el fondo y a los lados de los surcos

El agua aplicada no moja la totalidad de la superficie, disminuyendo la evaporación directa desde el suelo.

La calidad del riego depende de la adecuación del terreno, siendo muy importante realizar una buena nivelación de la parcela a regar y un correcto diseño de los surcos.

Es una alternativa muy antigua, que aún tiene vigencia y se sigue perfeccionando o tecnificando.

 

Esquemas del riego por surcos

Se adapta mejor a cultivos en hilera (caña de azúcar, papa, maíz, algodón, sorgo, etc.). También es adecuado para el riego de cultivos que sufren daños cuando el agua cubre su tallo.

Se adecua mejor en suelos de textura media a moderadamente fina. En suelos de textura fina y permeabilidad baja, el caudal y la pendiente deben ser muy pequeños para evitar una escorrentía excesiva. En suelos arenosos el movimiento del agua será principalmente hacia abajo con muy poca penetración lateral.

 

Etapas en la operación del riego por surcos:

a)   Se vierte el agua en la cabecera del surco y avanza a través de la longitud del surco y se infiltra.

b)   El agua llega al final del surco:

v  Continúa el riego para humedecer la profundidad de la zona de raíces.

v  Una parte del agua escurre.

v  En la cabecera del surco se llega a humedecer a la profundidad deseada, pero al final del mismo todavía no, por lo tanto, continúa el riego.

 

v  Cuando la lámina es suficiente al final del surco. Se detiene el riego.

v  Una parte del agua de riego se percola fuera de la zona radicular y otra parte, escurre al final del surco.

 

 

 

 

 

 

Riego por surcos en cultivo de caña de azúcar

 

 

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Ventajas:

v  No necesita grandes inversiones en equipos.

v  Moderada eficiencia de aplicación de agua. Si el diseño y el manejo del riego son adecuados, puede obtenerse una buena eficiencia de aplicación.

v  Al permanecer seca el área entre los surcos, el riego no interrumpe las demás labores.

v  Tiene gran flexibilidad en cuanto al caudal de riego; usando caudales reducidos se disminuye el peligro de erosión del suelo.

v  Con surcos en contorno se reduce el peligro de erosión del suelo.

v  Se pueden usar tuberías y sifones para regular los caudales aplicados a los surcos.

v  El lavado de sales es fácil y barato, de ser necesario

v  Es adecuado para cultivos que requieren de aporque.

v  Puede emplearse equipos de control de bajo costo.

Desventajas:

v Pérdidas excesivas de agua, especialmente en suelos arenosos.

v Pérdidas importantes de agua por escurrimiento superficial.

v Es difícil aplicar dosis pequeñas de riego.

v Las sales pueden concentrarse en la parte superior de los bordos.

v Peligro de erosión en terrenos de fuerte pendiente.

v Eficiencia de riego es baja, cuando el sistema no está bien diseñado y operado.

v Exige mayor cantidad de mano de obra que otros métodos de gravedad.

v Se pueden presentar dificultades para lograr un riego uniforme.

 

 

 

 

Parcelas con riego por surcos, en operación

 

 

EFICIENCIA DE APLICACIÓN

La eficiencia del riego por surcos, dependen del caudal de entrada en la cabecera del surco y el tiempo de riego.

La eficiencia de aplicación que se logra con este método puede calificarse de buena, al compararla con el resto de métodos superficiales, sobre todo si las condiciones de diseño y manejo del sistema son las adecuadas.

En el riego por surcos tradicional bien manejado, la eficiencia de aplicación puede alcanzar valores de 60-70%; en el riego por surcos modernizado, puede llegar a superar el 80%.

 

Esquema que muestra la determinación de la eficiencia de aplicación en surcos

 

Caudal en la cabecera del surco

v  Con caudales muy bajos: El frente de agua avanza muy lentamente y el tiempo de infiltración en la cabecera del surco es muy grande. Se producen importantes pérdidas por percolación profunda, generando baja eficiencia y mala uniformidad.

 

v  Con caudales muy grandes: El frente de agua avanza muy rápido, produciendo rápidamente escorrentía, con importantes pérdidas. Buena uniformidad pero baja eficiencia.

v  Utilización de un solo caudal bien adoptado: Se produce equilibrio entre las pérdidas por percolación y por escurrimiento. La eficiencia de aplicación oscila entre 60 y 70 %.

 

v  Utilización de 2 caudales diferentes: Con un caudal de entrada alto durante el avance del agua hasta el final del surco y un caudal menor durante la infiltración. Se produce un rápido avance, con bajas pérdidas por escurrimiento. La eficiencia y uniformidad pueden superar el 80 %.

 

 

Tiempo de riego

El tiempo de riego es la suma del tiempo de avance (tiempo necesario para que el agua alcance el final del surco) y el de infiltración (tiempo necesario para aportar la dosis deseada al final del surco).

 

 

 

 

 

 

 

Variantes

v  Corrugaciones: Una variación del riego por surcos, que se utiliza en cultivos densos sin laboreo, son las corrugaciones, que consisten en pequeños surcos muy próximos, alineados según la mayor pendiente de la parcela. Las corrugaciones típicas tienen un fondo de 6 cm de ancho, pendiente lateral de 1 a 1, y profundidad de 10 a 15 cm.

v  Surcos en zigzag: En el riego de frutales se usa mucho los surcos en zigzag para disminuir la velocidad del agua y aumentar el tiempo de riego a fin de lograr una infiltración mayor en los suelos poco permeables.

v  Surcos en tazas redondas o cuadradas: También en frutales se usan los surcos en tazas redondas o cuadradas alrededor de un árbol, sin mojar el tronco para evitar plagas y enfermedades.

v  Surcos en contorno: Este método de riego sirve para reducir la erosión y conseguir mejores rendimientos en terrenos con cierta pendiente. Se adapta muy bien en casi todo tipo de suelos, sin embargo, no es recomendable en suelos arenosos que son inestables, ni tampoco en suelos arcillosos.

 

 

 

 

 

 

 

 

Riego por surcos en contorno

Para obtener un riego eficiente en cultivos con surcos poco profundos, deben limitarse a pendientes menores a 3%. Los cultivos permanentes, como frutales, pueden regarse exitosamente mediante surcos en contorno, en terrenos con pendientes de hasta 20%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ELEMENTOS BÁSICOS DE DISEÑO 

 

En el diseño del sistema de riego por surcos debe tenerse en cuenta los siguientes factores:

 

Orientación de los surcos: Que varía según la pendiente del terreno; si ésta es muy grande y el agua corre muy rápido, existe peligro de erosión del suelo, por lo que deben realizarse los trabajos necesarios de nivelación del terreno.

Forma de los surcos: La forma y ancho de los surcos depende del implemento que se utilice y varía de acuerdo con el tipo de suelo y el cultivo.

Existen surcos de sección triangular o tipo “V”, cuyas dimensiones varían de 15 a 20 cm de profundidad y 25 a 30 cm de ancho superior. También, se tienen surcos de sección parabólica, cuyas dimensiones usuales son: profundidad, 30 a 35 cm; fondo, 15 a 30 cm y cresta, 20 a 90 cm.

En suelos erosionables no son recomendables los surcos de sección triangular. Por otra parte, los surcos anchos y de reducida profundidad facilitarán la lixiviación de las sales.

En suelos de baja velocidad de infiltración se recomienda surcos con mayor perímetro mojado (mayor área de infiltración), para reducir el tiempo de aplicación de agua. En un surco profundo y estrecho, el peligro de salinización es mayor que en un surco redondeado, en el cual el agua llena el surco y además fluye.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Parcela con riego por surcos, mostrando la orientación de los mismos

 

Sección triangular (Tipo “V”) y sección parabólica

 

Forma de los surcos y su relación con las sales; forma de surcos que reduce daños por sales

 

Distancia entre surcos: Generalmente está determinado por el cultivo y por las prácticas culturales, especialmente si se usa maquinaria.

El espaciamiento, en general, debe ser menor en suelos de textura gruesa que en los de textura pesada, en función a las condiciones del movimiento lateral del agua en el surco y la profundidad humedecida.

En suelos arcillosos el agua se infiltra más lentamente y su movimiento hacia los lados es mayor que en terrenos arenosos. En suelos arcillosos, la infiltración en el fondo del surco es menor que en suelos arenosos.

Una buena separación entre surcos permite que se humedezca gran parte de las raíces del cultivo. En la práctica se emplean distancias entre surcos que varían entre 0,75 y 1,5 m, según el cultivo y el tipo de suelo. En el riego de frutales, los surcos pueden distanciarse de 0,9 a 1,8 m.

Para elegir una buena separación entre surcos se recomienda hacer una prueba de aplicación de riego antes del establecimiento de los cultivos. La prueba consiste en trazar dos surcos sobre el terreno y aplicar agua sobre ellos.

Si al revisar, se encuentra que la zona seca en el borde, es mayor que el ancho de cada surco, entonces éstos están demasiado separados.

En cultivos de labores agrícolas mecanizadas (caña de azúcar), debe tenerse en cuenta el ancho de la maquinaria. El ancho de llantas de la maquinaria de cosecha hace que el distanciamiento óptimo entre surcos sea de 1,75 m.

 

Distanciamiento entre surcos y el humedecimiento del suelo

Longitud de los surcos: Depende del tamaño y la forma de la parcela, del tipo de suelo y del cultivo. A medida que los surcos son más largos, en la cabecera aumenta la cantidad de agua que se pierde por percolación profunda.

En los suelos arenosos, la velocidad de infiltración es mayor que en los arcillosos. Para disminuir las pérdidas de agua, se debe acortar los surcos.

Para determinar la longitud máxima del surco es necesario hacer ensayos de campo con distintos caudales, para conocer sus velocidades de avance. La longitud máxima del surco será la distancia recorrida por el caudal máximo admisible, en aproximadamente 1/4 del tiempo de riego.

Las longitudes más frecuentes están comprendidas entre 90 y 150 m. Al emplear surcos demasiado largos se producen pérdidas excesivas por percolación profunda y erosión.

Debe tenerse en cuenta que la reducción de la longitud de los surcos conduce a:

o   Mayor parcelamiento de la propiedad.

o   Aumento de la longitud de las acequias y de las estructuras de riego.

o   Mayores dificultades para las labores mecanizadas.

o   Mayores costos de operación y mantenimiento del sistema de riego.

Por tales razones, al determinar la longitud de los surcos deberá hacerse un cuidadoso análisis de todos los aspectos relacionados con la funcionalidad del riego en el campo, con las demás labores culturales.

Existen longitudes de surcos recomendables para diferentes pendientes y condiciones de textura del suelo, tal como puede observarse en el cuadro siguiente.

 

Longitud máxima de los surcos, para regar una profundidad de 50 cm

Pendiente (%)

Suelos de textura

 

Arenoso

Franco

Arcilloso

0,5

105

170

225

1,0

70

115

150

2,0

50

80

105

 

Pendiente: Elemento muy importante en el riego por surcos, por los problemas de erosión que se puede causar. La forma más eficiente de regar por surcos es cuando éstos tienen pendiente uniforme.

La pendiente de los surcos se define según el tipo de suelo. En suelos pesados la pendiente recomendable debe ser menor de 1.5-2.0% para no causar problemas de erosión. En el cuadro siguiente se presenta las pendientes máximas, según el tipo de suelo.

 

 

 

 

 

Pendiente máxima según tipo de suelo

Suelo

Pendiente máxima (%)

Arena

0,25

Franco arenoso

0,4

Franco limoso

0,5

Arcilloso

2,0 – 2,5

Franco

5,0 – 6,25

 

Velocidad del agua en los surcos: Es un factor muy importante que debe manejarse adecuadamente. La cantidad de agua que llega a la zona de raíces depende de la velocidad con que el agua recorre el surco.

Las variables más importantes que definen la velocidad de avance en el surco son: capacidad de infiltración del suelo, textura, pendiente, geometría del surco, etc.

Si la velocidad es muy grande, el agua corre libremente causando erosión, sin permitir que se infiltre desde los lados de los surcos. Si la velocidad es baja, el agua tiende a estancarse y las pérdidas por percolación profunda son muy elevadas.

 

Caudal de agua en los surcos: El caudal a aplicar en el surco no debe ser excesivo, que no desborde y que alcance el final del surco en el tiempo señalado (1/4 del tiempo necesario para que se infiltre en el suelo la lámina neta de riego).

El caudal que puede conducir un surco depende de su sección y de sus condiciones hidráulicas como rugosidad, vegetación, etc. Sin embargo, el caudal a aplicar estará limitado además por la pendiente y la erodabilidad del suelo.

Una expresión ampliamente aceptada y que entrega un buen índice para estimar el "caudal máximo no erosivo" (Qmáx) en función de la pendiente (s) es la siguiente:

Qmáx. =  0,63/s

Donde:

Qmáx = caudal máximo (l/s)

s = Pendiente del terreno (%)

Por ejemplo, para una pendiente de 1,5%, el caudal máximo erosivo a utilizar será de O.42 l/s.

También se puede hacer uso de tablas que relacionan el gasto máximo no erosivo con las pendientes críticas en los surcos.

 

 

 

Caudal máximo no erosivo y pendientes críticas en surcos 

Pendiente

del Surco

S (%)

Caudal

máximo

Qm (l/s)

Observaciones

0,1

6,0

Caudal indicado es, aproximadamente, el doble de la capacidad normal de los surcos para pendientes de 0,1%. La erosión no es significativa cuando los surcos trabajan en estas condiciones.

0,3

2,0

Esta pendiente está cerca del límite máximo donde los surcos trabajan a su capacidad total sin causar serios problemas de erosión.

0,5

1,2

A esta pendiente habrá erosión a menos que el caudal sea menor que la capacidad del surco.

2,0

0,3

Este caudal reducido es para prevenir la erosión a esta pendiente alta, considerada como máxima para el método de riego por surcos.

Basada en la ecuación Qmáx = 0,63/S

 

 

Tiempo de aplicación de agua: Se debe considerar los siguientes aspectos importantes:

Ø    El tiempo de avance (Tavanc) es aquél en que el agua llega al final del surco.

Perfil de humedecimiento para el tiempo de avance, en que el agua alcanza el final del surco

 

 

Ø  Se continúa aplicando el agua hasta completar el tiempo de riego en la cabecera. También se asume una rápida infiltración del agua en el surco.

Ø  El tiempo de aplicación del caudal (Ta) considera completar el tiempo de riego en todo el surco; se considera además, la infiltración inmediata del agua.

El tiempo requerido de aplicación del caudal al surco es:

 

 

 

 

Donde:

Ta = tiempo de aplicación del caudal (min)

To = tiempo requerido para que se infiltre en el suelo la lámina neta de riego (min)

Tavanc = tiempo para que el agua alcance el final del surco (min)

Tret = tiempo de retirada del agua del surco.

 

 

 

 

 

 

Frente de humedecimiento del suelo cuando el agua se corta completando sólo la profundidad de humedecimiento en la cabecera del surco

 

 

 

 

Frente de humedecimiento del suelo cuando el agua se corta completando profundidad de humedecimiento al final del surco, correspondiente al tiempo de aplicación (Ta)