Eficiencia de conducción de sistemas de riego en empresas arroceras

La situación actual del uso del agua en Cuba según Herrera et al. (2013), citados por Duarte et al. (2017) indica que se utiliza anualmente para la producción agropecuaria cerca del 60% del agua disponible. Del total del agua consumida por el Ministerio de la Agricultura (Minag), más del 90% se emplea en el riego de los cultivos, con una eficiencia global promedio de 65% (Gaceta Oficial de la República de Cuba, 2015).

El cultivo del arroz es el mayor consumidor de agua en el país, por tanto se requiere lograr un uso eficiente de este recurso.

Según Duarte et al. (2015), las normas netas totales de este cultivo superan las 10 000 m³/ha, los sistemas de riego de las empresas arroceras utilizan por tanto grandes volúmenes de agua, lo que hace que las pérdidas sean considerables; al analizar las normas brutas de riego se aprecia que los consumos planificados son muy elevados.

Refieren estudios de la FAO (2017), que entre las principales causas de las pérdidas de agua en los canales se encuentran: pérdidas en la conducción desde la fuente hasta el área sembrada, por problemas en el estado técnico de los canales, incumplimiento en el mantenimiento de los sistemas, falta de nivelación en los campos e insuficiencias agrotécnicas en el manejo del agua durante el cultivo.

Los impactos del cambio climático hacen predecir posibles incrementos en las demandas de agua de los cultivos por una mayor frecuencia e intensidad de los periodos de sequía (Planos et al., 2013; Duarte et al., 2017).

Durante la operación de los sistemas de riego de las grandes empresas arroceras se producen pérdidas de agua por conducción a través de la red de canales, es importante que los técnicos y profesionales vinculados a esta actividad dominen las particularidades de sus sistemas de riego, esto les permitirá mayor objetividad durante la ejecución de la demanda de agua al Instituto Nacional de Recursos Hidráulicos (INRH), así como la planificación de los mantenimientos y las reparaciones a los sistemas de riego.

Históricamente se ha utilizado el criterio de asumir una eficiencia de conducción general para su empleo en la operación de estos sistemas de riego, lo que resulta inadecuado según Fontova y García (2001), a continuación se reflejan algunos ejemplos (Tabla 1).

Estos valores de eficiencias globales incluyen la Eficiencia de Aplicación del agua al campo, lo cual implica que los valores de Eficiencia de Conducción son superiores. Los valores citados pueden ser altos o bajos, pero lo cierto es que al utilizar un valor común para todos los campos se están omitiendo las diferencias que existen entre los mismos en cuanto a las longitudes de canales de diferentes categorías que se vinculan a los campos de riego y que difieren considerablemente.

El manejo del agua en los sistemas de riego y drenaje del cultivo del arroz requiere de una adecuada coordinación entre el suministro de agua a los campos y la evacuación del agua de los mismos, al respecto por Herrera et al. (2016), se refieren a la importancia de la extracción del exceso de agua en caso de lluvias, cuya frecuencia y magnitud resulta imposible de pronosticar (Bonet, 2015).

El conocimiento del consumo de agua total del cultivo es importante para la determinación de la productividad del agua y la relación agua - rendimiento (González et al., 2013, 2014). Para lograr ese balance es preciso determinar las eficiencias de conducción del agua en los canales, lo que es posible con la aplicación de los principios de la hidrometría de explotación (Cun et al., 2017).

El presente estudio tuvo el objetivo de determinar la Eficiencia de Conducción hasta el campo en un sistema de riego del cultivo del arroz y comparar los resultados con los valores tomados como referencia.

El estudio se llevó a cabo en la Unidad Básica de Producción Cooperativa (UBPC) “Sur de Jíbaro” perteneciente a la Empresa Agroindustrial de Granos con el mismo nombre en la provincia Sancti Spiritus, Cuba, se seleccionó para el estudio el área vinculada al sistema de riego semi ingeniero abastecido por el canal P-4, este es un canal construido en excavación, no revestido; el sistema posee los parámetros que se indican en la Tabla 2.

El sistema cuenta con un canal primario (P-4) 11 canales secundarios, cada uno de los cuales abastece 1 bloque de 4 campos, y 44 canales terciarios (Tabla 3).

En cada uno de los puntos de entrega a los canales secundarios el canal P-4 posee obras de distribución con compuertas rectangulares, las cuales fueron previamente calibradas mediante la colocación de escalas aguas arriba y aguas debajo de las obras, lo que permitió medir el gasto de acuerdo a las diferencias de cotas y la sección de circulación en la compuerta; estas obras fueron previamente validadas a través del método del molinete hidrométrico, obteniéndose diferencias menores al 8%, lo que posibilita su empleo en el del presente estudio.

En la Figura 1 se presenta un esquema general del sistema de riego del canal P - 4.

Para la determinación de la Eficiencia de Conducción en el canal P-4 se coordinó con el INRH la garantía de 1000 L/s en el punto de entrega situado al inicio del canal, se tomaron como referencia cuatro puntos de distribución correspondientes a las cuadrículas C, F. I, J. Las entregas a los canales secundarios situados en ruta fueron cerradas, de manera tal que la diferencia entre el gasto medido al final del canal y el gasto de entrada al mismo se debe exclusivamente a las pérdidas que se producen por diferentes causas.

Se midió el gasto utilizando las obras hidrotécnicas calibradas según Aliexpiorov et al. (1986); León (2002), a partir de esta información se determinaron las pérdidas específicas y con los resultados obtenidos se calculó el gasto en el resto de los puntos de distribución del canal principal, lo cual sirvió de base para la determinación de la Eficiencia de Conducción del canal en toda su longitud y de cada tramo del mismo.

La inspección visual permitió comprobar que los canales secundarios tenían idéntica longitud, estado técnico y están sustentados sobre el mismo tipo de suelo, a partir de esto se seleccionó el canal S-6 que abastece el bloque E (campos 21 al 24) como representativo del sistema por estar situado en el centro del área, y se utilizó idéntico procedimiento para determinar la Eficiencia de Conducción. En el caso de los canales terciarios se siguió el mismo criterio, se seleccionó un canal de 1350 m de longitud por ser esta la medida más representativa, y considerando que no cuentan con obras al final de los mismos, se utilizó el método de sección y velocidad, según el siguiente procedimiento: el área se midió a partir de la forma geométrica de la sección del canal (trapezoidal) utilizando cinta métrica y estacas; la velocidad del agua se midió con empleo del flotador, procedimiento que es aplicable en canales de pequeñas secciones en los cuales la velocidad superficial del agua es representativa de la velocidad de la corriente, como sucede en el presente estudio de Herrera et al. (2013) e ISO 748: 2007 (2014); el tiempo se midió con cronómetro, realizando tres repeticiones para la corrección de errores, previamente se seleccionó un tramo de 10 m recto y de sección uniforme y se colocó el objeto flotante 2 m antes del punto inicial para tomar la velocidad estabilizada (Condori, 2012).

Ecuaciones utilizadas:

donde:

A

 - Área de la sección (m²)

 - Velocidad del agua (m/s)

 - Eficiencia de conducción (%)

 - Gasto de salida del tramo evaluado (L/s)

 - Gasto de entrada al tramo evaluado (L/s)

 - Pérdidas específicas (L/s/m)

 - Pérdidas (L/s)

 - Longitud del tramo evaluado (m)

 - Gasto en el punto anterior al evaluado (L/s)

 - Eficiencia de conducción en el punto anterior al evaluado (%)

 - Eficiencia de conducción hasta el campo (%)

En la Tabla 4 aparecen los valores de Eficiencia de Conducción en el canal primario, obtenidos en los puntos seleccionados del canal P-4.

Con estos resultados se calcularon las pérdidas específicas que se muestran en la Tabla 5.

Teniendo en cuenta la distancia al resto de los puntos de distribución, a partir de las pérdidas específicas de cada tramo se estimó la Eficiencia de Conducción hasta cada uno de los puntos de distribución del canal P-4 no evaluados (Tabla 6).

En el canal P-4 el tramo crítico es el número 2, con pérdidas específicas de 42 L/s/km, esto se debe al deterioro significativo de la sección del canal en parte de ese tramo.

En el canal secundario se midieron valores del gasto a la entrada y salida, los mismos resultaron ser de 180 y 144 L/s respectivamente, con lo cual se determinó una Eficiencia de conducción de 80% y valores de pérdidas específicas de 0,040 L/s/m para la longitud total del canal. La distancia entre canales terciarios es de 300 m, de forma que para cada uno de esos tramos se calculó la Eficiencia de Conducción del canal secundario, los resultados se reflejan en la Tabla 7.

En este caso el primer tramo no se calcula por cuanto el primer canal terciario parte del inicio del canal secundario y por tanto no existen pérdidas hasta el mismo.

En el canal terciario los valores de gasto a la entrada y salida fueron de 150 y 85 L/s respectivamente, resultando ser la Eficiencia de Conducción del 57%.

Conocida la distribución territorial del sistema y cada uno de los campos vinculados al mismo se determinó la Eficiencia de Conducción total hasta el nivel de cada campo (Tabla 8).

Los resultados muestran valores de Eficiencia de Conducción general en relación al punto de entrega del INRH que oscilan entre 57 y 27%, con una media de 42%, que resultan característicos de estos sistemas de riego según García et al. (1985) y Minag (2005). En el sistema evaluado, el 67,2% del total de canales corresponden a canales terciarios, y en estos se producen las mayores pérdidas por conducción, con una Eficiencia de Conducción media de 57% y pérdidas específicas de 0,050 L/s/m. Los resultados de la Eficiencia de Conducción determinados difieren considerablemente de los indicadores utilizados para sistemas de riego del arroz; los bajos valores de eficiencia en los canales terciarios están dados por su inestabilidad, ya que deben ser reconstruidos frecuentemente por lo cual no se compacta el fondo y los taludes, y por la manipulación a que son sometidos por los anegadores debido a la falta de obras de entrega de agua al campo. Gran parte del agua perdida en el canal terciario se queda en el campo de arroz, pero con una mala distribución.

Teniendo en cuenta los valores utilizados como indicativos corresponde a este sistema de riego una Eficiencia de Conducción superior al 60%, lo cual difiere significativamente del valor medio obtenido. Estas diferencias en relación a los valores medios utilizados reafirman la importancia de su determinación en las condiciones concretas de cada sistema (Basan, 2008).

Los resultados del estudio realizado permitieron comprobar que es posible lograr información sobre la Eficiencia de Conducción a escala de producción, con errores menores al 10% en dependencia de la preparación del personal encargado de realizar las lecturas.

Los valores de Eficiencia de Conducción a nivel de campo variaron entre 27 y 57%, los cuales difieren considerablemente de los recomendados por la bibliografía para sistemas de riego semi ingenieros (60 - 63%); produciéndose las mayores pérdidas en los canales terciarios.