Filiberto Luna Zúñiga
Maestro en Ingeniería Hidráulica, Universidad Autónoma de Querétaro, México, flunaz@hotmail.com
1. INTRODUCCION.
La disponibilidad del agua en el mundo, se considera que, un 70% de la superficie de la tierra es agua, pero la mayor parte de ésta es oceánica. En volumen, sólo un 3% de toda el agua del mundo es agua dulce, y en su mayor parte no se halla disponible. Unas tres cuartas partes de toda el agua dulce se halla inaccesible, en los casquetes de hielo y glaciares en las zonas polares, alejadas de la mayor parte de los centros de población; sólo el 1% es agua dulce superficial fácilmente accesible. Ésta, es primordialmente el agua que se encuentra en los lagos y ríos y a poca profundidad en el suelo, de donde puede extraerse sin mayor costo. Sólo esa cantidad de agua se renueva habitualmente con la lluvia y es, por tanto, un recurso sostenible. En total, sólo un centésimo del uno por ciento del suministro total de agua del mundo se considera fácilmente accesible para uso humano.
Figura 1.- Distribución del agua en el Planeta
Se considera que, mundialmente, se dispone de 12.500 a 14.000 millones de metros cúbicos de agua por año para uso humano. Esto representa unos 9.000 metros cúbicos por persona por año. Se proyecta que en el año 2025 la disponibilidad global de agua dulce per cápita descenderá a 5.100 metros cúbicos por persona, al sumarse otros 2.000 millones de habitantes a la población del mundo.
La disponibilidad de agua también presenta notables diferencias dentro de los países. En México, menos del 10% de la extensión territorial proporciona más de la mitad de la escorrentía nacional del agua de lluvia. Pese al hecho de que 90% del Territorio Nacional es árido y escaso de agua.
En general se considera que un volumen de 20 a 40 litros de agua dulce por persona por día es el mínimo necesario para satisfacer las necesidades del consumo humano, según Peter Gleick, presidente del Pacific Institute for Studies in Development, Environment and Security. Si también se incluye el agua para bañarse y cocinar, esta cifra varía entre 27 y 200 litros per cápita por día.
Figura 2.- Disponibilidad de agua en diversos países del mundo (miles de m3/habitante/año)
En todo el mundo la demanda de agua dulce per cápita se está elevando considerablemente a medida que los países se desarrollan económicamente. La extracción de agua ha aumentado, para satisfacer, el uso doméstico incluidos los servicios municipales, y la creciente demanda del riego agrícola, para la producción de alimentos.
Figura 3.- Principales usos del agua en el mundo, Centro Virtual de información del agua, 2017, Agua.org.mx
A medida que en el mundo se tiene un crecimiento más urbano y la agricultura depende cada vez más del riego, será más difícil para las ciudades, satisfacer la demanda creciente de agua. En los países en desarrollo el Boom del crecimiento urbano, cada vez más ejerce una presión en los sistemas de abastecimiento de agua; así tenemos que, entre los años 1950 y 1980, se cuadruplicó la población de muchas ciudades de América Latina tales como, Bogotá, Ciudad de México, ., Sao Paulo y Managua. En los 90s, las ciudades de los países en desarrollo se incrementaron alrededor de 60 millones de habitantes por año, pero muchos organismos de estos países no están capacitados para administrar el abastecimiento del agua y al mismo tiempo, se sigue usando el recurso hídrico en la agricultura.
Figura 4.- Usos consuntivos del agua en México.
En México, agua que se extrae; tanto de agua subterránea como superficial, se destina al uso agropecuario, con un (77%), le sigue el uso público con 14% del volumen total de agua extraída, el industrial con 4%, y para el uso termoeléctrico 5%. A estos usos se denominan, Usos Consuntivos (los usos consuntivos son los que extraen el recurso de su ubicación natural, lo utilizan para sus fines; industrias, agrícolas o domesticos, y luego lo vierten en un sitio diferente, reducido en cantidad y calidad distinta) (www.elecologista.com.mx) (Balairón, 2002, pág. 77) .
La mayoría de los cultivos en México , se riegan mediante aguas rodadas en canales de tierra, donde se pierde hasta el 50% o más , tanto en la conducción y distribución del agua en las parcelas; por ésta razón, es importante el mejoramiento de los sistemas de riego, para que el ahorro de agua, no solamente se refleje en la conducción, sino también en la distribución y, esto se logra llevando el agua hasta el pie de parcelas; para lo cual existen varias formas de hacerlo, desde el riego por compuertas, hasta los sistemas de riego mecanizados, pasando por los sistemas de aspersión, en sus diferentes modalidades, hasta la aplicación del riego por goteo.
2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO
Los sistemas de riego se pueden clasificar en tres grupos: los riegos por superficie, los de aspersión y los de riego localizado o microirrigación.
1.- Sistemas de Riego por Superficie
Los sistemas de riego por superficie pueden clasificarse en dos grandes grupos, los que cubren completamente la superficie con agua, como es el caso del riego en melgas o cuando solo se cubre parcialmente de agua, como es el caso del riego de los surcos. Los métodos que incluyen el cubrir toda la superficie del suelo son: el riego de inundación de campo a partir de un canal y el riego por melgas.
Figura 5.- Riego por melgas
El riego por surcos consiste en cubrir parcialmente el suelo, el agua al infiltrarse se mueve tanto de forma lateral como vertical, para humedecer la zona radicular de las plantas. El inconveniente de estos sistemas es la cantidad de pérdidas , tanto en su conducción, como en su distribución, llegando a tener pérdidas más del 50% y, por consecuencia una baja eficiencia.
Figura 6.- Riego por surcos y sifones, soluciones integrales
2.- RIEGO CON TUBERÍA DE MULTICOMPUERTAS
El riego con tubería de multicompuertas, que es un sistema semipresurizado, es el primer paso en la tecnificación del riego superficial por gravedad; con este sistema, se aumenta la eficiencia en el uso del agua y permite seguir utilizando el trazo del riego y la nivelación existente del riego por surcos.
Los componentes básicos de un sistema de riego por multicompuertas, son: la fuente de abastecimiento, la tubería de conducción, el tren de descarga, los hidrantes, la tubería de multicompuertas y la conformación del terreno.
Si la fuente de abastecimiento se encuentra en la parte más alta, es decir, donde se domina toda la zona por regar, el agua se puede conducir por gravedad, a través de la línea de conducción, si, por el contrario, está abajo del nivel del terreno, se necesitará una motobomba para realizar un rebombeo y subir el agua.
Figura 7.- Riego de baja presión, por tubería de multicompuerta
El sistema consiste en tramos de tubería de PVC, generalmente de 6 m, con una serie de compuertas instaladas en línea recta en un costado del tubo, a una separación que dependerá de la distancia entre los surcos, pudiendo ser de 0.70m a 1.00m, las cuales se abren y cierran en forma manual. Los tramos de tubería se acoplan unos con otros para cubrir la superficie a regar. En un extremo se coloca la tubería a un hidrante mediante un codo, para abastecerse de agua y, en el otro extremo se coloca un tapón.
Como en el riego superficial, el agua que entrega la tubería de multicompuertas, corre por gravedad en los surcos, de manera que, una parte del agua escurre mientras que otra va penetrando de acuerdo con la velocidad de infiltración del suelo y de la pendiente del terreno; para ello, es importante que el gasto que se proporcione a la entrada del surco sea mayor que el que penetra en el suelo.
3. RIEGO MECANIZADO
En este tipo de sistemas, se entiende por riego mecanizado, todo el sistema que es capaz de moverse de un punto a otro por sí mismo . Existen varias formas de regar automáticamente; tomando en cuenta los siguientes conceptos:
a) Tipo de cultivo
b) Forma del terreno
c) Disponibilidad de mano de obra
3.1.- Sistemas de Riego por Aspersión
El riego por aspersión es un sistema presurizado, en el que el agua es conducida mediante tuberías hasta los emisores que la aplican en forma de rocío o lluvia artificial. La presión requerida se aplica por el equipo de bombeo, o bien por gravedad. Los sistemas de riego por aspersión pueden clasificarse de varias formas, de acuerdo con el grado de portabilidad (Fry y Gray, 1971) la cual parece ser especialmente útil y, estos pueden ser:
Figura 8.- Clasificación de los Sistemas de riego por aspersión.
En cualquier proyecto, estos sistemas deben aplicar el agua de manera uniforme, si el diseño es cuidadoso y se consideran los siguientes factores: la topografía del terreno, el tipo y profundidad del suelo, su capacidad de infiltración, la intensidad de los vientos, la calidad del agua, y las características y demandas de los cultivos.
Tomando en cuenta lo anterior, la intensidad de aplicación y el área mojada, dependen del tipo y tamaño del aspersor y del espaciamiento entre éstos y las tuberías. Por ello, el riego por aspersión es apropiado para diferentes clases de cultivos y se adapta con facilidad a todo tipo de suelos, dado que hay aspersores para un amplio rango de descargas; los más comunes son los de impacto de círculo completo, de una o dos boquillas.
Figura 9.- Sistema de riego por aspersión
Por lo general las tuberías principales van enterradas , mientras que las laterales van sobre la superficie del terreno y pueden ser fijas o portátiles. En el caso de los sistemas fijos, semifijos y móviles podrán ser movidas a mano. Estas se instalan durante el ciclo del cultivo y se levantan para preparar el terreno o cambiarlas de posición. Cuando la tubería de PVC va enterrada, se dejará un colchón entre 55 y 80 centímetros, para evitar que la maquinaria agrícola no la dañe.
4. SISTEMA DE ASPERSIÓN CON SIDE-ROLL O AVANCE LATERAL
En este tipo de sistemas de tuberías rodantes mecanizados, la línea principal va enterada y dispone de hidrantes en puntos estratégicos para conectar las líneas de tuberías rodantes.
Figura 10. – Sistema de riego lateral Side Roll
El sistema lateral Side-Roll opera en forma similar a un sistema lateral con aspersores movido a mano. La diferencia consiste en que las tuberías del Side-Roll están acopladas en forma rígida y cada tramo está soportado por una rueda metálica. La tubería o línea lateral constituye el eje de las ruedas, de manera que cuando estas giran, se produce un desplazamiento en forma lateral. Los aspersores tienen un contrapeso, para que éste, siempre permanezca de forma horizontal a una distancia de 9.15 m, separado uno del otro; de tal forma, que se tenga un riego uniforme.
5. SISTEMA DE ASPERSIÓN PIVOTE CENTRAL
El riego con pivote central es uno de los sistemas de aspersión de movimiento continuo que rocía el agua a través de una tubería apoyada en un pivote; siendo este, por lo general el brocal del pozo. Esta tubería va montada sobre torres con ruedas que se mueven por medio de energía eléctrica o mecánica, controladas por un sistema de alineamiento.
La tubería está fija en uno de sus extremos, mientras que el otro se desplaza en movimiento circular. El extremo central llamado punto de pivote, está conectado a la fuente de suministro de agua, por lo general es un pozo. La tubería consiste en una serie de tubos, cuya longitud varía de los 67 a los 900 metros; por lo general, se levanta a una altura de 3.50 metros sobre el terreno natural, mediante estructuras de soporte en forma de “A” que son unidades conductoras con un motor cada una, para conducir las ruedas. Estas estructuras llevan sensores de velocidad para mantener en línea al pivote con la unidad del extremo.
La autopropulsión de los sistemas de pivote central es una de sus principales ventajas y, hay incluso algunos modelos que se pueden remolcar para instalarse en otros sitios. En la actualidad, los pivotes cuentan con sistemas computarizados que facilitan su operación, reduciendo la mano de obra.
La tubería está soportada con elementos metálicos y equipada con una red de aspersores de impacto o con cabezas de rociadores, instalados en bastones que asperjan el agua sobre los cultivos. El área que riega cada conjunto de aspersores es mayor en la medida en que se aleja hacia el extremo; por consiguiente, los aspersores están diseñados para descargar mayor cantidad de agua conforme se alejan del punto del pivote. Para ampliar el área por regar, se instala un aspersor de cañón en el extremo y, si se desean cubrir las esquinas de una superficie cuadrada, se monta el cañón en un brazo móvil.
Una de las desventajas de este tipo de sistemas, son las áreas que quedan sin riego, entre cada pivote, las cuales se pueden utilizar como infraestructura de almacenaje, ya sean bodegas y de mantenimiento electromecánico.
Figura 11.- Sistema de pivote central y línea lateral
Los principales factores que se deben considerar en el diseño en un sistema de riego de pivote central son los siguientes: El rango máximo de uso de agua para el área de diseño; la capacidad del sistema y la velocidad de infiltración.
6. – SISTEMA DE ASPERSIÓN CON AVANCE FRONTAL
El sistema de riego de avance frontal es un equipo de aspersión, de movimiento continuo semejante al pivote central. La principal diferencia es que no se mueve en círculos, sino que avanza en línea recta y no se ancla en un extremo. En el avance frontal, la línea regante está conectada a un tractor con motobomba que se desplaza en forma perpendicular a los límites del terreno. Para mantener el movimiento lineal está relacionado con un sistema de guías.
Los sistemas más utilizados generalmente son de cuatro tipos: Una zanja guía; una serie de postes que son percibidos por los sensores del lateral; un alambre enterrado que emite una señal eléctrica que es interceptada por las antenas del lateral; y un cable colocado en ángulo recto con respecto al lateral que va montado en una serie de postes.
Figura 12.- Sistema de riego de Avance frontal
El abastecimiento de agua se puede hacer de dos maneras: a través de un canal a cielo abierto o por medio de un hidrante, al que se conecta una tubería flexible que permite al sistema desplazarse cierta distancia; la línea lateral puede tener hasta 800 metros de longitud y viajar hasta 1600 metros o más, al final de la tubería se instala un cañón para regar el extremo de la superficie.
Al igual que el pivote central, la tubería está equipada con bastones y una serie de aspersores que rocían el agua en forma de lluvia. El rango de aplicación de agua está determinado, por el tamaño de las boquillas, la presión del agua y el espaciamiento entre los aspersores; en cambio, la lámina de agua está en función del gasto de entrada y de la velocidad de traslado del avance frontal.
Cuando el sistema llega al extremo, hay equipos que retroceden hasta llegar a su posición inicial y, hay otros que están diseñados y construidos para girar 180º grados, mediante un sistema rotatorio y regresar regando otra parte del terreno; por lo que este tipo de sistema se aprovecha mejor.
Para este tipo de sistemas, la cobertura de los cultivos es total; siempre y cuando no se rebase la altura del equipo. En cuanto al tipo de suelo, se adapta a texturas de media a ligera, con infiltración básica mayor de tres centímetros por hora. Por lo que respecta a la topografía, se recomienda que sea lo más plano posible. Para este tipo de sistemas, no se recomiendan para regiones con vientos menores a 15 kilómetros por hora, debido a que modifica el patrón de distribución del agua; lo ideal, es que los vientos soplen a 10 kilómetros por hora.
7.- SISTEMAS DE RIEGO POR GOTEO.
El riego por goteo es uno de los métodos más eficientes en el aprovechamiento del agua; consiste en el suministro lento de agua, por encima o por debajo de la superficie del suelo, en la zona radicular de la planta, a través de emisores ubicados a lo largo de una línea regante. El tipo de emisores requiere baja presión de operación y volúmenes pequeños, pero frecuentes de agua en el punto de descarga. Los rangos de emisión son de menos de 11 litros por hora, cuando los espaciamientos son mayores y 4 litros por hora cuando son menores.
Por la forma en que se aplica el goteo, estos equipos se pueden clasificar en dos grandes grupos: los de emisión puntual o individual, y los de riego continuo o cintilla.
En los goteros de emisión puntual, el espaciamiento entre goteros varía de 50 centímetros a un metro, dependiendo del alcance capilar del agua en el suelo. Los goteros de emisión integrados en la cintilla tienen un espaciamiento menor a 50 centímetros entre cada emisor y la duración de la cinta es de uno o dos ciclos, aunque algunas pueden durar un poco más. La calidad de este tipo de cinta es menor e inferior a la utilizada en el riego puntual y por lo tanto su precio es mucho menor.
7.1. Componentes del sistema de riego por goteo
Estos sistemas consisten en: Una fuente de abastecimiento, un cabezal de control con estación de bombeo, medidor de agua y de presión, equipos de inyección de fertilizantes y químicos, equipo de filtración; líneas principales y secundarias de PVC enterradas; líneas de distribución y laterales con emisores.
Un sistema de riego por goteo o cintilla debe subdividirse en dos o más secciones, controladas con válvulas que regulen e interrumpan el flujo. Estas se pueden operar en forma manual o mediante un sistema de control accionado con líneas hidráulicas, o, también en forma automática con ayuda de computadora.
8.- SISTEMAS DE RIEGO POR MICROASPERSIÓN
A medida que el agua disponible para riego disminuye cada vez más, los sistemas de riego por microirrigación o riego localizado se van haciendo más indispensables; Sin embargo, no es solamente su eficiencia en el uso del agua, lo que ha hecho que cada día más agricultores y profesionales del riego, vean a estos métodos de riego, como la mejor opción en la mayoría de los cultivos en hileras.
Estos sistemas de riego han evolucionado en las últimas décadas y quedan bajo este grupo desde los originales riegos por goteo y posterior surgimiento de los sistemas de riego por microaspersión, hasta los riegos por cintilla de goteo, hoy ampliamente usados en muchos cultivos por hileras.
Figura 13. – Sistema de riego por microaspersión
El riego por microaspersión, se usa gran cantidad en los huertos y sus emisores pueden ser tipo rociador, los cuales distribuyen el agua siguiendo un patrón de rociado en finas líneas de agua; mientras que los de tipo de riego con dispersor dinámico, cuentan con un dispositivo que asperja el agua en una lluvia fina. Ambos tipos de microaspersores descargan gastos desde 25 a 160 litros por hora y tienen un alcance con un radio de mojado frecuentemente no mayor a los 2.5 metros.
9.- SISTEMAS DE RIEGO POR CINTILLA
Estos sistemas de riego son cada vez más usados y representan la respuesta viable del riego por goteo, para muchos cultivos estacionales . Las cintillas se clasifican por el espesor de su pared de polietileno que van desde la más ligera, de tan solo 4 mil (milésimas de pulgada) hasta las más gruesas que son de 20 mil. Sus descargas se miden en litros por hora/metro.
Figura 14.- Sistema de riego por goteo
10.- RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES
Las conclusiones que se presentan a continuación corresponden, como se indicó en el desarrollo del texto, a los aspectos más relevantes de los diferentes sistemas de riego. Así mismo, se plantean una serie de recomendaciones, sobre los temas tratados y, llegar a tener en el corto y mediano plazo un uso eficiente en el riego agrícola, a nivel estatal y nacional.
- En virtud de que, en México aún se siguen aplicando prácticas de riego rodado, es indispensable y urgente se haga el cambio a un sistema más eficiente; es decir, el primer paso sería cambiar a un sistema por multicompuertas, que tiene una eficiencia hasta un 70%, mayor a la eficiencia del riego rodado o por gravedad; después y, de acuerdo con un estudio agrológico , pasar a los diferentes sistemas presurizados, hasta tener una eficiencia del 90%,
con el riego por goteo.
- Para llevar a cabo lo descrito en el punto anterior, se requiere de una voluntad política, de los tres niveles de gobierno y, poder acceder a créditos con intereses blandos; sobre todo para el sector social, en beneficio de la recuperación de los acuíferos y del uso eficiente del riego agrícola.
- La mayoría de los proyectos, para la tecnificación del riego agrícola, tienen un alto costo, por lo que se debe incentivar a los productores participantes; principalmente a los del sector social, con programas del Uso Eficiente en el Riego Agrícola, por parte de los tres niveles de gobierno y, para productores que no estén dentro de estos programas gubernamentales, proporcionar créditos accesibles, ya que su recuperación será siempre viable.
- Para el riego por multicompuertas, los cultivos serán de cobertura total que soporten la inundación parcial y por períodos de dos o tres días, como la alfalfa, el maíz, los pastos, el trigo, entre otros. En cuanto a los suelos, estos deberán estar nivelados y sin terrones, de preferencia de textura franca a arenosa con velocidad de infiltración básica de media a baja menor de tres centímetros por hora.
- Una vez que se ha tenido la experiencia de los sistemas de riego semipresurizados, como el de multicompuertas, el siguiente paso en seguir teniendo el apoyo gubernamental, para pasar a los sistemas presurizados de aspersión, en sus diferentes clasificaciones, de acuerdo con el resultado del estudio agrológico que se realice, se seleccionará el sistema de aspersión recomendado, donde se tendrá una eficiencia hasta del 85%. De igual forma, con la experiencia del riego por aspersión, se podrán instalar los sistemas de riego por goteo, en sus diferentes tipos, para obtener eficiencias mayores al 90%.
- El riego por goteo se recomienda para hortalizas sembradas en hilera, por el fácil control de la lámina de riego y la alta uniformidad de aplicación. En cuanto al tipo de suelo, este tipo de sistemas se adaptan a suelos francos y francos arenosos con capilaridad alta. No se recomiendan para suelos de arenas gruesas o suelos arcillosos, por ocasionar encharcamientos y la velocidad de infiltración de 3 cm. por hora. Este tipo de sistemas es recomendado para climas áridos y semiáridos.
- Los sistemas de riego por microaspersión , se utilizan en frutales que se plantan en hilera, como la manzana, el durazno y el plátano y, para suelos de textura media, con velocidad de infiltración, mayores de 3 cm. por hora; se recomienda para terrenos planos y ondulados, pendientes hasta del 20%. En clima cálido y semiárido y vientos menores de 15 kilómetros por hora.
- Con los diferentes sistemas de riego que se instalen, se eliminan diferentes acciones y actividades; por ejemplo, con la tubería de multicompuertas, se eliminan los canales parcelarios, por tuberías enterradas y superficiales, con la instalación de hidrantes en cada parcela, ahorrando agua y mano de obra y, además, se tendrá un ahorro de energía en la operación del equipo de bombeo.
- Finalmente, para lograr un uso eficiente en el riego agrícola en el estado de Querétaro, es necesario llevar a cabo un programa de tecnificación del riego, con una voluntad política de los tres niveles de gobierno, la participación ciudadana y la iniciativa privada, reduciendo el consumo del agua en el riego agrícola, con sistemas de riego más eficientes y, su remanente pueda ser aprovechado en el consumo humano.
11. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Centro Virtual de información del agua, 2017, Agua.org.mx
Cuarta conferencia Regional Panamericana, del ICID, 2000.
Distribución del agua en el Planeta, Jlorsan, Posted on 22 noviembre, 2012
Redacción Proactivo (PA), 2 de enero, 2020, redaccion@proactivoperu.com
Riego por Superficie Fargo, http://www.fargo.edu.uy
Secretaria del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), Informe de la Situación del Medio Ambiente, en México, 2008
Secretaria de Agricultura y Desarrollo Rural, Servicio de información Agroalimentaria y Pesca
Gobierno de México, marzo de 2018.
Sistemas de Riego agrícola, Irriga, 2018.
