UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO
Diseño de un Sistema de Riego por Aspersión
María Belén Villacís Stacey
Tesis de grado presentada como requisito para la obtención del título de Ingeniera Civil.
Quito, Abril de 2012
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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO
Diseño de un Sistema de Riego por Aspersión
María Belén Villacís Stacey
Tesis de grado presentada como requisito para la obtención del título de Ingeniera Civil. Quito, Abril de 2012
Universidad San Francisco de Quito
Colegio Politécnico
HOJA DE APROBACIÓN DE TESIS
Diseño de un Sistema de Riego por Aspersión
María Belén Villacís Stacey
Miguel Araque, Director de la Tesis -------------------------------------------------- Fernando Romo, Miembro del Comité de Tesis -------------------------------------------------- Santiago Gangotena, Decano del Colegio Politécnico -------------------------------------------------- Quito, Abril de 2012
iii El presente trabajo está dedicado a las comunidades que trabajan en la producción agrícola como un medio para subsistir, la misma que a su vez es un motor en la economía nacional y de la cual depende todo un mercado.
iv Mi más sincero y grato agradecimiento a todas las personas que han hecho posible el que pueda culminar este camino después de atravesar por tantos obstáculos. No lo habría logrado sin la ayuda de mis padres, María Augusta y Fabián, quienes han sido mi motivación en los momentos más difíciles y por supuesto a mi hermano Felipe en quien siempre puedo encontrar a un gran amigo. Un especial agradecimiento a la Universidad San Francisco de Quito y a su personal docente, quienes me inspiraron a ser una mejor persona y profesional, capaz de alcanzar cualquier meta por más difícil que parezca.
vi
ABSTRACT
Irrigation has existed for thousands of years in different civilizations to maintain or increase agricultural production and ensure supplies during times of drought. This process has developed over time, achieving hydrological developments to optimize the distribution of water in crops. Today devices are available in a modern and increasingly technology to implement this irrigation system, which can be automated during nights and even be monitored by electronic devices such as mobile phones. This paper is about the implementation of a sprinkler system, a method that suits a wide range of soils and is characterized by using water dispensers or sprinklers, which distribute water as rain on agricultural land. Therefore, this system helps the soil don't loses its fertility by leaching and is a good way to reduce irrigation water losses by evaporation or wind drift if takes the necessary measures to do it. In an environmental approach every project has an impact, either positive or negative, this is a reason to do a detailed study on the subject so that in this particular case is likely to mitigate any impact that could damage the soil, crops or communities in the area where the civil project is located, which are economically dependent on agricultural productivity.
TABLA DE CONTENIDO
4.6.2.Sistema de Distribución de Agua a Cada Una de las Parcelas. ................... 66 4.6.3.Sistema de Riego Por Aspersión Considerando los Turnos de Riego. ........ 67 CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................. 68 5.1. CONCLUSIONES. .......................................................................................... 68 5.2. RECOMENDASIONES. ................................................................................. 69 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 70 ANEXOS 1: DETALLES DEL SISTEMA.................................................................. 73 ANEXO 2: IMPLANTACIÓN DEL ÁREA DEL PROYECTO .................................. 94 ANEXO 3: SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA A CADA UNA DE LAS PARCELAS ................................................................................................................ 95 ANEXOS 4: SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN CONSIDERANDO LOS TURNOS DE RIEGO ................................................................................................. 96 ANEXOS 5: EJEMPLARIZACIÓN DEL CÁLCULO DE LOS CAUDALES Y PRESIONES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA EN CADA UNO DE LOS ASPERSORES ........................................................................................................... 97
- CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN.
- 1.1. Historia del Riego
- 1.2. Recursos Agrícolas a Nivel Mundial.
- 1.3. Suelos Agrícolas.
- 1.4. Definición del Suelo.
- 1.5. Desarrollo del Suelo.
- 1.6. Textura.
- 1.7. Estructura.
- 1.8. Relación Entre el Agua y el Suelo.
- 1.8.1. Fuerzas de Retención del Agua.................................................................
- 1.8.2. Clasificación de Humedad en el Suelo
- CAPÍTULO II: RIEGO POR ASPERSIÓN
- 2.1. Introducción.
- 2.2. Definición........................................................................................................
- 2.3. Riego Dentro de la Zona Urbana.
- 2.4. Evolución del Sistema de Riego.
- 2.5. Aplicación del Agua en los Sistemas de Riego por Aspersión.
- 2.6. Recomendaciones Para el Riego por Aspersión................................................
- 2.7. Clasificación de los Sistemas de Riego por Aspersión......................................
- 2.8. Elementos Principales del Sistema de Riego
- 2.8.1. Aspersores Rotativos de Impacto
- 2.8.2. Difusores..................................................................................................
- 2.8.3. Aspersores Rotativos de Turbina
- 2.8. 4 Tuberías ..2
- 2.9. Adaptación del Sistema de Riego
- 2.10. Tasa de Aplicación o Pluciometría Horaria
- 2.11. Gotas de Agua Durante el Riego
- 2.12. Ventajas y Desventajas del Riego por Aspersión. - 2.12.1. Ventajas. - 2.12.2. Desventajas.
- 2.13. El Suelo y el Agua en un Cultivo. - un Cultivo. 2.13.1. Cálculo de la Capacidad de Campo y Porcentaje de Marchitamiento de
- 2.14. Requisitos del Riego...................................................................................... - 2.14.1. Profundidad de las Raíces. - 2.14.2. Evapotranspiración............................................................................... - 2.14.2.1.Cálculo de la Evapotranspiración. - 2.14.2.1.1.Método de Blanney y Criddle.
- 2.15. Balance Hídrico.
- 2.16. Criterios Técnicos y Protocolo de Actuación. - 2.16.1.Durante la Fase de Diseño - 2.16.2.Fase de Instalación del Sistema de Riego. - 2.16.3.Mantenimiento de la Instalación.
- CAPÍTULO III: IMPACTO AMBIENTAL EN EL RIEGO POR ASPERSIÓN.
- 3.1. Introducción.
- 3.2. Impacto Ambiental.
- 3.3. Antecedentes del Proyecto de Riego.
- 3.4. Impacto Ambiental en el Sistema de Riego por Aspersión. - 3.4.1. Impactos Positivos. - 3.4.2. Impactos Negativos.
- 3.5. Proceso de Evaluación del Impacto Ambiental (EIA).
- 3.6. Características de las Evaluaciones del Impacto Ambiental. - 3.6.1. Necesidad de una Evaluación. - 3.6.2. Manifestación de los Impactos Ambientales. - 3.6.3. Principales Mecanismos de la EIA.
- 3.7. Marco Legal.
- 3.8.Calificación del Impacto Ambiental. - 3.8.1. Lista de Chequeo. - 3.8.2. Matriz de Leopold..................................................................................
- 3.9.Medidas de Mitigación.
- CAPÍTULO IV: DATOS GENERALES DE LA ZONA DEL PROYECTO................
- 4.1. Datos Generales de la Zona del Proyecto. - 4.1.1.Introducción............................................................................................
- 4.2.Ubicación Geográfica del Proyecto.
- 4.3.Población y Situación Socio-Económica.
- 4.4.Producción Agrícola Actual.
- 4.5.Información de Campo del Proyecto.
- 4.5.1. Características Topográficas del Sector.
- 4.5.2. Características Físicas de los Suelos.
- 4.5.3. Características de los Tipos de los Cultivos. - 4.5.3.1. Hortalizas. - 4.5.3.2. Legumbres. - 4.5.3.3. Maíz.
- 4.6. Diseño del Sistema de Riego en el Terreno.
- 4.6.1.Implantación del Área del Proyecto.
- Figura 2 .1. Distribución homogénea de aspersores………………………………...….
- Figura 2.2.a. Aspersor de impacto……………………………………………….…….2
- Figura 2.2.b. Modelo de distribución de agua de un aspersor de impacto……….........
- Figura 2.3: Difusores……………………………………………………………..…....
- estacionario…………………………………………………….……………………….2 Figura 2.4. Superposiciones de las áreas mojadas de los aspersores de un sistema
- Figura 2.5. Aspersor de turbina………………………………………..……………....
- Figura 2.6. Disposición de los aspersores en sistemas estacionarios……………...…..2
- Tabla 1.1. Limitación de la agricultura en el mundo por el factor suelo……….………. LISTA DE TABLAS
- Tabla 1.2. Textura y diámetro de las partículas…………………………………………
- Tabla 1.3. Características de la estructuras de un suelo………………………………...
- Tabla 1.4. Relación de la estructura con la velocidad de infiltración………………….
- Tabla 2 1 : Propiedades físicas del suelo. (CC y PMP)………………………………...
- Tabla 2.2: Profundidad efectiva del sistema radical de algunos cultivos (m)…………3
- Tabla 2.3: Coeficiente estacional de uso consuntivo para definir el cultivo…………..3
- Tabla 2. 4 Temperatura media por meses……………………………………………...3
- Tabla 2.5: Porcentaje de horas diarias de sol………………………………………….3
- Criddle………………………………………………………………………………….3 Tabla 2.6: Cálculo de evapotranspiración (UC) por el primer Método Blaney y
- Tabla 2. 7 Periodicidad de las revisiones………………………………………………
- Tabla 2. 8 : Parámetros de control de calidad de agua………………………………….
- Tabla 3.1. Lista de Chequeo para Evaluar la sensibilidad del Proyecto……………….5
- Tabla 3. 2 Matriz de Leopold para el proyecto de La Hacienda Guadalupe…………..5
- Tabla 4.1. Características del suelo de la Hacienda Guadalupe……………………….
CAPÍTULO I.
INTRODUCCIÓN
1.1. HISTORIA DEL RIEGO.
El riego agrícola se remonta a tiempos antiguos, debido a que es una práctica utilizada por el hombre para poder producir sus alimentos y por ende su supervivencia. Con la Edad de Bronce, iniciada alrededor de 3500 años a.C., está comprobado que una de las primeras grandes obras para el riego se desarrollaron en Grecia, Mesopotamia y Egipto. Inspirados en la naturaleza y gracias a haber hecho una observación analítica de su comportamiento cuando se inundaban las zonas planas, pudieron dominar el uso del agua descubriendo algunos métodos para la producción de alimentos. Como consecuencia, el ser humano pudo establecerse en un lugar para vivir, por lo menos durante el tiempo necesario que demora el desarrollo completo de un cultivo, lo que quiere decir desde el momento de la siembra hasta la cosecha, asegurando su alimento. Al dejar la vida nómada que el ser humano había mantenido hasta ese entonces, se facilitó la división de las actividades de los individuos en las comunidades, dando origen a lo que actualmente conocemos como sociedades. Los descubrimientos arqueológicos indican que esto ocurrió alrededor de 5000 años a.C. en un territorio ocupado por los actuales países de Egipto, Irán, China, Turquía, España, Inglaterra, Perú, México y el Sur de los Estados Unidos. Un efecto muy diferente se dio en las zonas donde había lluvias abundantes, bien distribuidas y naturalmente favorables, puesto que en estos lugares las comunidades pudieron cultivar sus alimentos sin la necesidad de preocuparse por el riego.^1 A lo largo de la historia las civilizaciones han estado fuertemente ligadas al desarrollo de la agricultura por medio del riego, para proveer agrícolamente a una sociedad y asegurar su alimentación. Del mismo modo, la justicia y ecuanimidad para la distribución de los recursos acuíferos para el riego entre los regantes, fue el comienzo del desarrollo de las primeras normas de convivencia entre los miembros de una misma comunidad. Esto se puede atestiguar con los Códigos de Hammurabí o el Código Romano, los cuales son (^1) Cánovas C.J. Calidad de las Aguas de Riego. Madrid. España.
3 la supervivencia de la misma, es por esta razón que todas sus áreas de estudio e investigación deben fortalecerse, teniendo como objetivo alcanzar una mayor producción usando un mínimo de recursos económicos. Todos estos procesos deben tener una estrecha relación con el uso, manejo y conservación del agua, considerando este preciado bien dentro de las políticas medioambientales. Dadas estas razones, el tema agua es una de las áreas dentro de la agricultura que requiere de mayores estudios, avances tecnológicos y de la aplicación de los mismos sin dañar los ecosistemas ni deteriorar el medio ambiente, equilibrando estas dos necesidades especialmente en los países en vías de desarrollo, donde la agricultura y el entorno natural son con frecuencia los principales "motores de crecimiento" potenciales y constituyen la clave para mitigar la pobreza y el hambre. 5 El riego es considerado una ciencia milenaria, el cual constituyó una actividad de suma importancia en muchas civilizaciones de la antigüedad que tenían técnica de riego aplicadas a su agricultura. En Ecuador, un claro ejemplo de sistemas de riego antiguos es el de los incas, quienes mantuvieron un equilibrio entre su sociedad y la naturaleza. Para poder cultivar construyeron andenes de cultivo, escaleras cavadas, en las laderas de las montañas, con un complejo sistema de canales de riego. Esto aun se puede presenciar en la región de los Andes Centrales del Perú, en el Altiplano boliviano y en todo el noroeste argentino.^6 En la década de los sesenta se dieron grandes cambios en la economía ecuatoriana debido a una crisis temporal en la producción bananera, una disminución en los precios del café y los conflictos políticos entre los grupos que representaban los intereses de las clases dominantes de las regiones sierra y la costa. Estos factores fueron determinantes en la elaboración de un proyecto político dirigido hacia la diversificación de la economía, industrialización y la transformación de los rezagos feudales de producción hacia una modernización del sector agrícola.^7 La Reforma Agraria planteada en el año de 1964 fue visiblemente el eje que reunió las fuerzas suficientes para una modernidad en este plano. Aunque el impacto sobre la (^5) Libro Técnico de F.A.O. Departamento de Tierras y Aguas. Roma. (^6) Clasa, G. (1994). Civilizaciones Americanas y el Reencuentro de 2 Mundos. Cultura Librera Americana.
4 distribución de la tierra fue limitado, la reforma significó el punto sin retorno para las formas feudales de producción como el huasipungo y el comienzo de todos los cambios estructurales en el uso de la tierra, el balance de los cultivos y la aplicación de tecnologías para la modernización del campo.^8 A nivel mundial se fue desarrollando el riego como ciencia evolutiva, las mejoras y las técnicas han progresado, teniendo como prioridades el ahorro de agua y de energía eléctrica. Se han introducido técnicas de fertilización con aplicación de químicos a través del riego, también conocido como fertirrigación y quemigación. La implementación de estas técnicas ha ocasionado un incremento en la productividad en los cultivos haciendo eficiente el uso de los recursos y mejoras en la calidad de vida de las comunidades.^9 1.2. RECURSOS AGRÍCOLAS A NIVEL MUNDIAL. Se estima que a nivel mundial la demanda de agua para el uso agrícola se incrementará entre el 15% y el 20% en los próximos 25 años, para poder mantener la seguridad alimentaria y reducir el hambre y la pobreza de una población mundial en constante aumento. 610 De igual manera los estudios ambientales indican que el uso de agua deberá ser reducido por lo menos en un 10% durante el mismo período de 25 años para poder proteger los ríos, lagos y fuentes acuíferas de los cuales dependen millones de personas a nivel mundial para su subsistencia y con el fin de satisfacer las crecientes demandas de las ciudades e industrias. Para que las comunidades de todo el mundo tomen conciencia se están creando planes de gestión de los recursos hídricos. Se debe tomar en cuenta que de acuerdo con los estudios científicos disponibles, el 96.5% del agua en el plañera es salada, localizada principalmente en los océanos y mares; el 3% restante es dulce. De esta última, el 1% se encuentra en estado líquido; el 2% restante en estado sólido en capas, campos y plataformas de hielo o banquisas (formadas por la congelación del agua de mar) en las (^7) SUSUDEL. (2008). (^8) Viteri Diaz, G. (n.d.). (^9) Ormazábal Araya, A. (n.d.). (^10) La Comisión Económica para América Latina (CEPAL)
6 También existe otro término que se relaciona con la edafología aunque no se lo usa frecuentemente, el de la pedología, cuyo origen es pedós (piso). De tal forma que podemos interpretar a la edafología o pedología como la ciencia del suelo agrícola en general, el cual es el hábitat de las plantas donde se desarrolla la productividad agrícola para el beneficio del hombre.^12 1.4. DEFINICIÓN DE SUELO. Los suelos están formados por lo siguientes factores que interactúan entre sí: material parental, clima, topografía, organismos vivos y tiempo. Además constan de cuatro elementos: materia mineral (45%), materia orgánica (5%), agua (25%) y aire (25%), el porcentaje está dado para cuantificar su aproximada composición volumétrica. Los elementos minerales, también denominados como inorgánicos, están formados por fracciones de roca y de minerales; se clasifican en grava, arena, limo y arcilla. Los elementos orgánicos del suelo se forman a partir de la acumulación de residuos de plantas y animales. 1.5. DESARROLLO DEL SUELO. La formación del suelo depende de la interrelación de los cinco factores edafogénicos siguientes: Material parental: Los minerales del suelo se forman a partir de la roca madre. El influencia que pueden tener las rocas en los elementos que forman los suelos y en sus propiedades son muy evidentes en suelos jóvenes, la cual va siendo cada vez menos evidente con el pasar del tiempo. Por lo tanto de acuerdo con el material original donde se desarrolla el suelo, éste puede adquirir sus características de rapidez en su desarrollo, textura y nivel de fertilidad. Por ejemplo, las rocas ígneas, las cuarzosas y las areniscas producen suelos ligeros, las rocas básicas y sedimentarias de grano fino producen suelos arcillosos y las calizas pueden dar origen a suelos de diferentes texturas.^12 Clima : La lluvia, la temperatura y el viento son tres componentes climáticos que afectan en la formación del suelo principalmente en relación al contenido de materia orgánica, reacción del suelo, lixiviación y contenido de arcilla.^12
7 Topografía : Este factor depende, entre varios factores, de la pendiente que tenga el terreno, la cual determinará las dimensiones de la lámina de agua retenida o captada el suelo y su tendencia a la erosión. 12 Seres vivos : Constituyen las fuente de materia orgánica del suelo. Tiempo : El suelo se forma después de una serie de procesos los cuales se desarrollan a diferente velocidad. Por lo tanto se divide en las etapas siguientes: 12
- Material parental o madre: roca original que produce el material del suelo.
- Suelo joven o inmaduro: acumulación de materia orgánica en la capa superficial, escasa intemperización, escaso lavado y movimiento de coloides.
- Suelo maduro: presencia del horizonte B (además del A y el C), poco desarrollado y con algunas semejanzas con el A, las principales diferencias entre A y B son el contenido de materia orgánica y el color del suelo.
- Suelo senil: horizonte B completamente diferenciado del horizonte A. Acumulación en B de materiales coloidales provenientes de A, los cuales forman una capa impermeable que puede ser de arcilla, humus, hierro o diversas mezclas. En esta etapa los suelos son poco fértiles. 1.6. TEXTURA. La textura del suelo es la relación que existe entre las diferentes partículas que componen el suelo y el tamaño que tengan, por lo tanto es la proporción en porcentaje de los tamaños de las partículas o granulometría. Por medio de la textura se puede conocer la capacidad impermeabilizante y de retención del agua del suelo, además del rendimiento del sistema radicular de las plantas para asimilar nutrientes. En la agricultura el riego y el drenaje son importantes, en la que la textura es una propiedad fundamental para el cálculo de láminas de riego, de lavado, en el diseño de sistemas de riego y de drenaje. A continuación describiremos este proceso. La textura de los suelos puede ser modificada mediante adecuadas labores agrícolas. Según la textura existen cuatro categorías relacionadas al tamaño de los granos: arena gruesa,