Agro Sur Vol.25 (2) 203-212 1997
DOI: 10.4206/agrosur.1997.v25n2-08

 

ESTUDIO COMPARATIVO DE EFICIENCIA DE RIEGO EN CALIFORNIA (USA) Y VALLE CENTRAL DE CHILE

 

Alejandro Valenzuela A.
Departamento de Riego y Drenaje
Facultad Ingeniería Agrícola
Universidad de Concepción

Recepción de originales: Marzo 17, de 1997

ABSTRACT

Comparative study of irrigation efficiency; California and Chilean central valley.

Recepción de originales:Marzo 17, de 1997

Key words: Irrigation, efficiency

Irrigation efficiency values were compared among those obtained in California by Vaux et al and these obtained by the author in Central zone of Chile. The definitive difference found is due to irrigation methodology used. These average irrigation efficiency in California is about 71% and the one obtained in Chile is 36.7%.

RESUMEN

Los valores de eficiencia de riego obtenidos en el Valle de California por Vaux et al se comparan con los obtenidos por el autor en la zona central de Chile. La metodología del riego utilizada en USA marca una definitiva ventaja con la de los agricultores chilenos. En California la eficiencia del riego promedio es 71.0% y en el Valle Central de Chile es de 36.7%, y lo que es peor el 91 % de los casos riega con eficiencias menores al 50%.

 

INTRODUCCIÓN

La gran competencia de los recursos naturales que ha causado el hombre, tiene como prioridad de sobrevivencia aquellos que se utilizan en la producción de alimentos. Por ello el recurso agua es básico en las zonas con déficit notorio en la época de desarrollo de los cultivos. Básicamente sin agua no hay producción agrícola. Según la experiencia del autor, en la zona Central del país un suelo regado produce alrededor de 3 a 5 veces más que uno de la misma calidad pero de rulo.

En el mundo el agua está adquiriendo cada día mayor valor. Este recurso tiene otros usos como la generación de energía eléctrica, uso industrial, bebida para la población y ahora último, un valor como recurso recreacional, ecológico y escénico. Esta razón significa que obligadamente el uso agrícola deberá realizarse con riegos de la mayor eficiencia posible. Para comprobar este supuesto se realizó una comparación entre las eficiencias de uso que se logran en zonas agrícolas de California en USA y las que se han medido en el Valle Central de Chile.

La utilización del agua en el Valle de California en los Estados Unidos alcanza valores altos. Prácticamente no se pierde agua. Es difícil observar agua que escurra desde los potreros o incluso que existan derrames hacia predios vecinos. A continuación se compara eficiencia de utilización del uso de agua de riego en el Valle de Chile Central con la California.

En Chile la eficiencia de riego es menor al 30%. Esto se debe seguramente a que en USA el agua tiene un valor relativamente alto. En estos días los agricultores del país del norte pagan hasta US$ 0.05, por metro cúbico. En cambio en Chile el agua es totalmente gratis, cancelándose sólo los gastos de administración (limpia de canales y personal de las Juntas de Vigilancia).

La productividad de la tierra de cultivo está dada por elementos que ya había anticipado el pueblo griego, tierra, agua y aire como se indica en la figura N° 1. El clima es un factor dominante sobre el uso del agua para los cultivos y por tanto establece los requerimientos de riego de una zona.

Algunos valores de eficiencia de riego se presentan en el Cuadro 1. En los Cuadros 1 y 2 se indican los resultados comparativos en Chile y California.

La eficiencia de utilización del agua de riego se muestra esquemáticamente en la Tabla 4 en la que se resumen las diferentes terminologías propuestas por varios autores para establecer el grado de utilización del agua.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Eficiencia de aplicación

Israelsen (1963) define este parámetro como la razón entre el volumen de agua que se almacena en la zona radicular y es finalmente consumido (transpirado y/o evaporado) y el volumen total aplicado. Además, considera que las pérdidas de agua más comunes están representadas por el escurrimiento superficial y la percolación profunda, menospreciando, a su vez, la evaporación. Sin embargo, Stone y otros (1982), han dado gran importancia a las pérdidas ocurridas por esta última vía. La Figura 2 presenta en forma esquemática la distribución del agua de riego superficial.

En general, la eficiencia está limitada por el método de riego a utilizar. Para el riego por surcos se estima como rango apropiado de eficiencia aquel que va entre 60%-70%. Grassi(1975), para el mismo método, menciona valores de 20% en suelos arenosos y con pendiente y hasta 65% en suelos pesados y bien nivelados.

Valenzuela (1966), ha logrado establecer un método para estimar la eficiencia en riego superficial tendido, que se utiliza en grandes extensiones en la zona central de nuestro país.

 

 
Figura 1.
Representación esquemática en que se basa el cálculo del requerimiento unitario de agua por los cultivos.
 
Units water factors used on crops irrigation requirements calculation.

 

EXPLICACIÓN DE TERMINOLOGÍA USADA EN LA FIGURA 1. (Representación esquemática en que se basa el cálculo del requerimiento unitario de agua por los cultivos).

q             =    Requerimiento unitario por unidad de superficie
H.A.       =    Humedad aprovechable en el perfil
A            =    Superficie total
ETc        =     Evapotranspiración potencial para el cultivo
Q           =     Caudal total
R.L.       =     Agua que se requiere para producir lixiviación
Kc         =     Coeficiente de cultivos para convertir la Et potencial en ET del cultivo
O.U:      =     Otros usos del agua
E           =      Evaporación
Z           =      Profundidad radicular

 

 
Figura 2. Distribución general del agua en un suelo regado.
  Water distribution on an irrigation soil.

 

FACTORES QUE DETERMINAN LA EFICIENCIA DEL RIEGO SUPERFICIAL

Coeficiente de uniformidad

Este concepto se ha desarrollado con la finalidad de evaluar cuan homogéneamente se ha distribuido el agua sobre la superficie, después de un riego.

El coeficiente de uniformidad, más comúnmente usado, es el de Christiansen, citado por Merrian (1980). Este autor señala que:

                                   PPI - DP
                      CU = —————        (Ec. N° 1)
                                   PPI
donde:

CU     :    Coeficiente de uniformidad, en porcentaje
PPI     :    Profundidad promedio infiltrada (m)
DP      :    Desviación promedio de la profundidad infiltrada (m)

El coeficiente de Christiansen fue desarrollado inicialmente para riego por aspersión, pero su uso se ha generalizado para los demás métodos. Como el riego gravitacional superficial, la recolección de información se hace tediosa se señala que es posible estimar el coeficiente de uniformidad, a partir de la siguiente relación:

                   CU aprox. = 0.8 s/x           (Ec. N° 2)

donde:

s       :      Desviación Standard de la profundidad de agua infiltrada
x      :      Altura de agua retenida (m)

Tiempo de riego

Se considera el tiempo de riego aquel que permite que el suelo alcance la humedad adecuada al final del surco.

Existen diversas ecuaciones empíricas, tales como las de Phelan y la de Shockley, que permite hacer esta determinación. Pero, la de Phelan y Criddle (1956) es la que se usa comúnmente y se basa en la ecuación de velocidad de infiltración definida por Kostiakow.

                  I = KT"                      (Ec.N°3)

en la que I : intensidad de paso del agua hacia el interior del suelo
k       =    constante para cada suelo y contenido de humedad
T       =    tiempo transcurrido
n       =    pendiente de la recta resultante al expresar ambas variables en forma logarítmica.

 

Longitud máxima del surco

En general, la longitud óptima es altamente dependiente de la percolación profunda. Para Larrañaga (1977) y Villarroel (1981), el largo del surco está en función del caudal que se aplica, del cultivo, de la naturaleza y humedad del suelo y de la pendiente. Grassi (1975), considera otros factores que pueden influir en el largo, como es el caso del uso de la maquinaria agrícola y de la mano de obra.

Según ese autor, siempre conviene buscar la mayor longitud de surcos, puesto que una reducción conduce a:

•   Mayor subdivisión de los predios y potreros
•   Aumento de la longitud de regueros y del número de estructuras
•   Mayores dificultades para las labores mecanizadas
•   Mayores costos de operación y conservación del sistema.

Percolación profunda

Villarroel (1981), establece que la percolación se debe al excesivo tiempo de riego, lo que produce una infiltración de agua más allá de la zona de raíces. Este autor establece las mayores pérdidas en los suelos arenosos. Enumera los siguientes factores generales que influyen en el fenómeno: superficive irregular del terreno, suelos delgados sobre un subsuelo de alta permeabilidad, descuidos en la atención del agua en el momento de regar, aplicación excesiva de agua y riegos nocturnos.

Con la finalidad de controlar hidráulicamente la percolación profunda, se usa el razonamiento desarrollado por Bishop (1961) y que se resumen en la Ec. N°4.


                 (R + 1)n+1 -  Rn+1
        P = ———————— 100           (Esc. N° 4)
                 (R + l)n+1   + Rn+1

donde:

P     :     Percolación profunda en porcentaje
n      :    Exponente de la ecuación de infiltración (Ec. N° 3)
Tr    :    Tiempo requerido para mojar la zona de raíces (min)
T     :    Tiempo para que el agua alcance a llegar al final del surco (min)
R     :    Relación entre Tr y T

La ecuación N° 4 supone una distribución triangular en la percolación profunda, en que la mayor pérdida ocurre en la cabecera y la menor en el extremo opuesto del surco.

Fuentes (1977) presenta un excelente análisis del tema. La forma de trabajar con las ecuaciones 3 y 4, consiste en fijar "P" y "Tr", obtener "R" y luego calcular 'T' que, a su vez, corresponde a una longitud de surcos determinada y dada por la ecuación de avance.

 

Cuadro 1.
Eficiencia de riego utilizados para los métodos de riego.
 
Irrigation efficiency resulting from differents methods of water application.
Método de riego
Eficiencia %
Tendido
20-30
Surcos
30-60
Corrugado
60-70
Platabandas
65-85
Surcos en curva de nivel
40-70
Aspersión
70-85
Goteo
90-95
Microaspersión
85-95
Cinta
80-95

 

Cuadro 2.
Terminología referente a eficiencia de riego por diferentes autores.
 
Terminology used by differents authors to calcúlate irrigation efficienty.
Eficiencia de:  
Referencia

 

Explicación de siglas del Cuadro 2.
 
SIGLA
USO DEL AGUA COMO
ET
Evapotranspiración en condiciones de regadío
C
Consumo almacenado de cultivo
LR
Requerimientos de lixiviación
OU
Otros usos
VA
Volumen aplicado
Er
Eficiencia de riego
RO
Escurrimiento superficial
PP
Percolación profunda
RZ
Almacenamiento en zona radicular
EP
Precipitación efectiva
VS1
Volumen entregado desde un embalse
VS0
Volumen almacenamiento en el embalse
CMR
Productividad del cultivo bajo condiciones de riego
CMD
Productividad del cultivo bajo condiciones de secano
ETD
Evapotranspiración en condiciones de secano
UT
Uso total
VD
Volumen de agua derivado al predio

 

Forma de los surcos

La forma de los surcos puede tener una gran influencia en la eficiencia del riego (Villarroel, 1881), Para Grassi (1975), el perfil transversal depende del tiempo de riego, y del implemento con que se hace y del tipo de suelo que se tenga. Merrion (1980) le atribuye influencia sobre el tiempo de avance y el tiempo de infiltración. Esta última aseveración se ve confirmada con el trabajo de Gunton (1981) en que, como se citó anteriormente, encontró mayor infiltración con el surco de mayor perímetro mojado.

Según Villarroel (1981) y Merriam (1980) las formas a que más se aproximan los surcos son: semicircular, semiparabólicas, triangulares, rectangulares y trapezoidal Villarroel (1981).

En general, la forma de los surcos dependerá de lo que el diseñador quiera conseguir. En los suelos de baja velocidad de infiltración o de mucha pendiente, debe buscarse la forma de mayor perímetro mojado. Si el perfil presenta problemas de salinidad, Grassi (1975), aconseja surcos anchos y de reducida profundidad.

Pendiente de suelo

Su estudio es importante por cuanto tiene influencia sobre la erosión, la velocidad de avance, la longitud y la forma del surco (Villarroel, 1981). Diversos autores Grassi (1975), Varas (1976), Larrañaga (1977) concuerdan en recomendar un rango de 0.2% a 3.0% de pendiente, aunque Grassi admite la posibilidad de una mayor pendiente si se riega por surcos en contorno.

Wither, citado por Villarroel (1981), encontró valores máximos permisibles de pendiente en función a la textura del suelo. Estos valores se presentan en el Cuadro 3.

Infiltración de los suelos

Esta característica de los suelos tiene relación con la eficiencia. Hay que acotar que lo que interesa es el tiempo efectivo de riego o sea la oportunidad que posee el agua para infiltrar. Este factor depende de los propiedades físicas del suelo tales como estructura, textura y porosidad.

Bazán (1986) citando a Essfi, señala que el orden de precisión de los métodos para determinar la infiltración, y utilizarla en el diseño de surcos es:

1.  Balance valométrico por curvas del avance
2.  Medición de entrada por curvas y salidas
3.  Infiltración de surcos
4.  Cilindros infiltrómetros

Señala que la principal ventaja del método de balance volumétrico es que tiende a promediar las condiciones homogéneas y de variabilidad espácial de las caracteríticas del suelo.

 

Cuadro 3.
Valores máximos permisibles en surcos rectos de pendientes en función de la textura del suelo.
 
Maximun slope allowed on straight furrows as a function of soil texture
TIPO DE SUELO
MÁXIMA PENDIENTE
        Arenoso
0.25
        Franco arenoso
0.40
       Franco arenoso fino
0.50
       Limoso
   1.0  
      Arcilloso
  0.75  

 

Condiciones desconocidas

Si no se puede encontrar una razón particular a la variación del proceso de infiltración, Roy Ghosh (1982) señala que la velociclad de infiltración también varía con los cambios de estación, debido a la actividad microbiana y estabilidad de la materia orgánica.

Se indica por Wilke y Smerdon (1969) y Swartzendrvr (1993) que lo meritorio de la ecuación de Kostialov se debe a su simplicidad y al hecho de describir el proceso bajo un amplio rango de variaciones. La integración de la ecuación N° 3, permite calcular el tiempo necesario de riego.

                                   k* T a+1
                        H= —————     (Ec.N°5)
                              60 (n + 1)

Donde:

K y T se describen en la ecuación N° 3
H = es la altura de agua infiltrada en el tiempo T

Es sabido que, por el simple hecho de escurrir, el caudal altera la supeficie del surco en contacto con el agua. Debido a esto, algunos autores prefieren obtener la curva de infiltración en función al avance (Cártes, 1974).

Curva de recesión

Aún cuando la curva de recesión se ha representado generalmente con una ligera convexidad, es interesante recordar el hecho que también se representa algo cóncavo. Esta situación indica una discordia entre autores con respecto a la relación existente entre tiempo de recesión y distancia. Grassi (1975) expresa que no se ha determinado el modelo matemático que relaciona la distancia y el tiempo en el proceso de recesión, pero que no se comete un error importante si, para fines prácticos, se asume una recta. Por otra parte, Wu (1972) ha propuesto una relación matemática más elaborada en que:

                             L = K* e1/25        (Ec. N° 6)

Donde:

1 :  Longitud cubierta por el flujo de recesión, se mide en "m" a partir del final del surco.
L :  Longitud total del surco, en m
K : Constante de recesión, en seg.
t :   Tiempo medido a partir del cese de entrada de agua, en seg.
e :   Base de logaritmo natural

Existe una extensa cantidad de publicaciones en que se analiza la eficiencia del riego superficial, Bishop (1991).

MATERIALES Y MÉTODOS

La evaluación del riego se realizó en Chile utilizando la metodología propuesta por Valenzuela et al (1979) y que consiste en:

a)   Determinar previo al riego el contenido de humedad del suelo a diferentes profundidades.
b)  Determinar la cantidad de agua que se aplica al terreno mediante aforador e igualmente la cantidad de agua de       escurrimiento.
c)   Establecer un sistema de cuadriculas sobre el terreno, separadas 10 m entre puntos. En esos rjuntos marcados con reglas       de  madera (estaquillas) se determina el tiempo en que el agua de escurrimiento permaneció en la superficie.
d)  Esos tiempos se utilizan en la ecuación de infiltración para determinar la altura de agua infiltrada (Ec. N° 3).
e)  Utilizando la ecuación N° 4 y 5 se determina la percolación profunda,
f)   Finalmente mediante la ecuación N° 1 se calcula el coeficiente de uniformidad.

PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los resultados del riego en la eficiencia de riego en Chile fueron obtenidos por Cártes (1974), Fuentes (1977), Varas (1976), Villarroel (1981), Larrañaga(1977) y Valenzuela et al (1976). Aquellos que presentan para California fueron determinados por Vaux et al (1990).
El Cuadro 4 señala claramente la diferencia de la eficiencia del riego en Chile y California. Prácticamente en la mayor cantidad de predios del país la eficiencia de riego es inferior al 20%, en cambio, en California el promedio es de 71 %. Al comparar los rangos de variación se observa que en USA varía de 31 al 95%. En Chile dichos valores fluctúan entre 1,5 al 74%, con una media de 37%.

 

Cuadro 4.
Eficiencia de riego medidas de California y Chile agrupados por rango de eficiencia.
 
Irrigation efficience measured in California and Chile grouped for efficiency values
 
CALIFORNIA
CHILE
Rango de eficiencia
Porcentaje del rango en
cada categoría
Porcentaje de casos área de
cada categoría
0-10
0
36
10.1-20
0
18
20.1-30
2
9
30.1-40
7
12
40.1-50
11
13
50.1-60
25
3
60.1-70
24
6
70.1-80
18
3
80.1-90
12
0
90.1-100
1
0
Rango
31 a 95%
1.5 a 74
Promedio incluyendo
reutilización
71.0
36.7

 

Como siempre la eficiencia de los riegos, varía según el número de riegos que se hayan efectuado. En general los primeros riegos muestran menor eficiencia en tanto que transcurre la estación de crecimiento. La razón que se sugiere es que a medida que aumenta el número de riegos se produce un alisamiento de las paredes de la superficie por el hecho de circular el agua por la superficie del terreno. Seguramente en los métodos de riego a presión como aspersión y goteo la causa sea la mayor experiencia y conocimiento del predio por el operador del sistema.

Por tanto considerando este último aspecto se podrá decir que la eficiencia del riego depende tanto de las condiciones del suelo y cultivos, como del factor humano, es decir, su experiencia en el manejo del agua para las condiciones de ese potrero específico.

Si se agrega la eficiencia de conducción para el caso del Valle Central de Chile, los valores de la eficiencia total son aún más bajo que los que se indican en el Cuadro N° 1.

CONCLUSIONES

1.  La eficiencia del riego que se obtiene en California es un promedio 71% y la del Valle Central de Chile es de 36.7%, el      91    % riega con eficiencias menores al 50%.
2.  La razón de esta eficiencia se estima que se debe al hecho que el agua en California los agricultores pagan por el agua, en      cambio en Chile este insumo es prácticamente gratis.
3.  En ambos casos se observa que los primeros riegos son bastante más ineficientes que aquellos que se aplican avanzada la      estación de crecimiento.

BIBLIOGRAFÍA

ARMCO DRAINAGE AND METAL PRODUCTOS INC. 1949. Handbook of water control. Berkeley, California, Lederer, Street and Zeus Co.

URT, E. M. y PLUS QUELLEC. 1990. en Hoffman G. J. y otros. Management of farm irrigation systems. ASAE.

BISHOP, A. ALVIN. 1961. Relation of intake rate to lenght of run in surface irrigation. Transactions of the American Society of Civil Engineers 127(3): 282-293.

BISHOPS, et al. 1981. Furrow advance rates under sure flow system. Journal of the irrigation and Drainage División 107(3): 257-264.

CARTES SEPULVEDA, JOSE ANTONIO. 1974. Determinación de caudales reducidos (Cutback) en surcos. Chillán, Chile, Universidad de Concepción, Escuela de Agronomía (Tesis de Grado).

COLORADO STATE UNIVERSITY. 1974. Porous media. Apunte Mimeo. Denver, Colorado, 1974.

COOLIDGE, PHILLIP, S. WALKER, WYNN R. and BISHOP, A. ALVIN. 1982. Advance rates under surge flow systems. Journal of the Irrigation and Drainage Division 108(l): 35-42.

ELLIOT, RONALD L. WALKER, WYNN R. and AKOGERBOE, GAYULORD V. 1982. Zero-inertiamodeling of furrow irrigation advance. Journal of the Irrigation and Drainage Division 108(3): 179-195.

FUENTES GOMEZ, JOSE ANTONIO. 1977. Diseño y características del riego en curvas de nivel. Chillán, Chile, Universidad de Concepción, Escuela de Agronomía, 1977. 96 p.

GRASSI, CARLOS J. 1975. Métodos de riego. Mérida, Venezuela, Centro Interamericano de Desarrollo Integral de Agua y Tierra.

GUNTON, J.L. 1981. Effect of furrow shape on the field infiltration of custed silty-loam soil. Queensland Journal of Agricultural and Animal Sciences. 38(2): 155-162.

HAMAD, SAFA N. and STRINGHAN, GELN E. 1978. Maximum nonerosive furrow irrigation streem size. Journal of the Irrigation and Drainage Division 104(3):275-291.

HART, W. E. and others. 1980. Design and operation of gravity or surface systems. IN: Jensen, M.E. Design of Irrigation Methods, S. Joseph Michigan, American Society of Agricultural Engineers. pp. 501-580.

HOFFMAN, G.J., HOWELL, T.A., and SOLOMON K.H. 1990. Management of farm irrigation systems. American Society of Agriculture Engineers.

JENSEN M.E. et al. 1967. Improving Irrigation Efficiencies. In Irrigation of Agricultural Lands. ASAE. ISRAELSEN, ORSON W. 1986. Principios y aplicaciones del riego. Barcelona, España. Editorial Reverté.

LARRAÑAGA ESPINOLA, PATRICIA ISABEL. 1977. Guía de riego para la provincia de Ñuble. Chillán, Chile, Universidad de Concepción, Escuela de Agronomía. 55 p.

LAWRENCE,GEORGE. 1.1953. Furrow irrigation. Washington D.C, U.S. Department of Agriculture. Leaflet N° 344.

MERRIAN, JOHN L. 1980. Use of the advance ratio for furrow irrigation design. Saint Joseph, Michigan, American Society of Agricultural Engineers.

NICOLAESCU, ION and KRUSE, E. GRODEN. 1971. Automatic cutback furrow irrigation system design. Journal of the Irrigation and Drainage Division 97(3):344-353.

PHELAN, JOHN T. and CRIDOLE, WAYNE D. 1956. Surface irrigation methods. Washington D.C., U.S. Departmen of Agriculture.Yearbook of Agriculture 1956-262.

RENAULT D. and WALLANDER. 1996. Initial-Inflow-Varation Impacts on Furrow Irrigation Evaluation. Jour of Irrig. and Drainage Eng. 122(1)7-14 p.

ROY, GOKUL BENODE and GHOSH, RANJIT KUMAR. 1982. Infiltration rate at long times. Soil Science 134(60)345-347.

STONE, JOHNF., REEVES, H. E. and GARTON, J.E. 1982. Irrigation water conservation by using wide-spaced furrows. Agricultural water management. 5(4):309-317.

SWARTZENDWBER C. 1993. "Revised attribution of power form function infiltration equation". Water Resour Research. 29(7)2455-2456.

VARAS BORDEU, EDMUNDO ALBERTO. 1976. Guía de riego para el sistema Duqueco-Cuel (Provincia de Bío-Bío) Chillán, Chile. Universidad de Concepción. Escuela de Agronomía. Tesis de Grado.

VILLARROEL FUENTES, DANIEL IVAN. 1981. Antecedentes bibliográficos sobre diseño, evaluación y manejo de riego por surcos. Chillán, Chile, Universidad de Concepción, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Forestales. 96 p.

VALENZUELA, A.A. y  PEÑA, LUIS. 1976. Eficiencia de utilización del agua usando el método de riego tendido. Bol. Técnico N° 6. Universidad de Concepción.

VAUX, H. J. et al. 1990. An Assestment of Irrigation Technology in San Joaquin. Water Resourses Serv. 26:1:35-41.

WALKER, WYNN and HUMPBREYS, ALLAN S. 1983. Kinematic wave furrow irrigation model. Journal of the irrigation and drainage engineering 109(4):377-392.

WILKE, O.C. and SMERDON, E. T. 1969. A hydrodinamic determination of cutback stream sizes for irrigation furrow. Transactions of the ASAE 12(5)634-637.

WU,  I-PAI. 1972. Recession flow in surface irrigation. Journal of the Irrigation and Drainage Division. 98(1 ):77-90.