ARTÍCULO ORIGINAL
Régimen de riego de cultivos en Manabí-Ecuador: estudio climatológico
The Irrigation Regime for Crops in Manabí, Ecuador: Climatological Study
Ramón Pérez-Leira, Eric Cabrera-Estupiñán, Marcos Israel Hinostroza-García, Jordan René Manzaba-Carvajal
Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí (ULEAM). Facultad de Ingeniería, Manta, Manabí, Ecuador
RESUMEN
Basado en los datos de las 49 estaciones meteorológicas del Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología existentes en la Provincia Manabí para un período de 23 años se realiza este estudio con el objetivo de definir el comportamiento de las precipitaciones y la evapotranspiración del cultivo de referencia con fines de riego. Se comprobó que sólo 20 estaciones contaban con series consistentes para los análisis estadísticos de las precipitaciones y solo en dos estaciones era posible el análisis de la evaporación. Luego de aplicar 10 métodos empíricos y dos métodos estadísticos se comprobó que el comportamiento histórico promedio de las precipitaciones para el 75% de probabilidad de sobrepaso evidencia una estación lluviosa (enero a abril) donde se concentra el 83% de la precipitación anual y una seca (mayo a diciembre) con el 17% restante. Los mayores valores de la evapotranspiración del cultivo de referencia (obtenidos a partir de aplicar nueve métodos) fueron en marzo y mayo, mientras que febrero y septiembre tuvieron los menores valores. Los resultados obtenidos constituyen la base climatológica más precisa disponible hasta el momento para las planificaciones del riego y los consumos de agua de los cultivos en la provincia Manabí.
Palabras clave: precipitación, evapotranspiración, probabilidad de sobrepaso, estaciones meteorológicas.
ABSTRACT
Based on the data of the 49 meteorological stations of the National Institute of Meteorology and Hydrology existing in Manabí Province for a period of 23 years, this study is carried out with the objective of defining the behavior of rainfall and evapotranspiration of the reference crop for purposes of irrigation. It was found that only 20 stations had consistent series for statistical analysis of rainfall and only in two stations it was possible to analyze evaporation. After applying 10 empirical methods and two statistical methods, it was proved that the average historical behavior of precipitations for the 75% probability of overrun shows a rainy season (January to April) where 83% of the annual precipitation and a dry one are concentrated (May to December) with the remaining 17%. The highest values of evapotranspiration of the reference crop (obtained fro m applying nine methods) were in March and May, while February and September had the lowest values. The results obtained constitute the most accurate climatological basis available so far for irrigation planning and water consumption of crops in Manabí Province.
Keywords: precipitation, evapotranspiration, probability of overrun, weather stations.
INTRODUCCIÓN
Ecuador registró, en el período 2012-2013, una superficie total de 7 303 674 hectáreas de labor agrícola, según reveló el resultado de la Encuesta de Superficies de Producción realizada por el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC, 2014). El INEC, manifestó además que las provincias con mayor superficie de labor agrícola son Manabí (15,48%), Guayas (11,26%), Loja (7,64%), Los Ríos (7,25%) y Esmeraldas (7,11%). Manabí posee una superficie general de 1 894 000 ha. Es la provincia con mayor superficie agropecuaria con 1.2 millones de hectáreas, es además una provincia especializada en agricultura, en relación con el resto del país. El gran tamaño del sector agrícola es un tema clave para el desarrollo de la economía manabita. Este sector agrícola es uno de los más diversos del Ecuador, debido al tamaño de la provincia, la estabilidad climática y la topografía de sus suelos aptos para cultivos (Zambrano, 2013). En décadas recientes y en diferentes zonas del Ecuador, el clima ha tenido un comportamiento anómalo que ha traído como resultado la variabilidad en el comportamiento de parámetros tales como la humedad, neblina, las temperaturas máximas y mínimas, las alturas pluviométricas. En el caso específico de la precipitación se detectan variaciones persistentes en su comportamiento multianual, con respecto a los valores máximos y mínimos y el adelanto y/o retardo de los períodos lluviosos que eventualmente están siendo precedidos por períodos de sequía (Villacis y Marrero de León, 2017). A partir de técnicas de simulación basadas en clima, suelo y datos de cultivos, Meseth y Yu (2014), sugieren que los calendarios de algunos cultivos pueden ser desplazados de fecha a fin de maximizar el rendimiento y mitigar la escasez de agua para los cultivos. Resulta evidente que la información de la precipitación precisa es de suma importancia para numerosas aplicaciones incluyendo la agronomía, hidrología, meteorología y climatología (Kidd y Levizzani, 2011; Scheel et al., 2011; Hou et al., 2014; Luna y Lavado, 2015). En la actualidad el uso de Recuperaciones Multi-satélite Integradas para el Monitoreo Global de Precipitaciones (IMERG) permiten considerables análisis y predicciones dentro de las que se destacan una mejor capacidad para discretizar los días lluviosos y no lluviosos para todas las regiones y temporadas consideradas. Esto propicia una buena perspectiva para estudios futuros basados en los días lluviosos y no lluviosos como un factor limitante en la agricultura y el monitoreo de la sequía (Satgé et al., 2017).
A pesar de que Rivadeneira (2014), realizó estudios importantes en Manabí enfocados a la Evaluación del Efecto del Cambio Climático, no se han encontrado evidencias de trabajos que estudien el comportamiento de la Evaporación orientado a los Proyectos y el Régimen de Riego de los Cultivos. Por tal motivo los proyectos y las programaciones de riego que se realizan en la Provincia se basan en valores de Evapotranspiración de los cultivos en zonas o proyectos análogos y no provienen de estudios desarrollados sobre bases científicas, lo cual limita el uso eficiente del agua empleada para el riego. La necesidad de estudiar la variabilidad climática, en particular de la lluvia, es crucial en las ciencias agrícolas, como lo enuncia Garduño, citado por Mercado et al. (2014).
A partir de este problema se desarrolla el presente trabajo con el objetivo de definir el comportamiento de las precipitaciones y la evapotranspiración del cultivo de referencia con fines de riego para la Provincia Manabí.
MÉTODOS
Para el desarrollo de este trabajo se compilaron y analizaron los datos climatológicos de las 49 estaciones meteorológicas existentes en la Provincia (Figura 1). Se compilaron los datos publicados por el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) desde el año 1990 hasta el 2012, con lo cual se confeccionaron series de 23 años de observación. Para el completamiento de datos faltantes se utilizaron dos métodos propuestos por Campos (1998): el método del U.S. National Weather Service y el método Racional Deductivo.
La determinación del año con la probabilidad de sobrepaso de la Precipitación del 75% se realizó mediante la aplicación de 10 métodos empíricos propuestos por González et al. (2003), y Raes (2013), según se muestra en la Tabla 1. En esas expresiones m es el valor de la posición del elemento en la serie de datos y n es el número total de datos de la serie o tamaño de la serie.
El análisis de la homogeneidad de las series de datos se realizó según la propuesta de González et al. (2003), en el cual se desarrollan dos fases: una exploratoria y una confirmatoria. Para verificar la adaptación de las probabilidades empíricas a la distribución normal, se deben realizar pruebas que permitan corroborar la bondad de los ajustes teóricos. Este proceso se realiza a partir de una comparación de los valores obtenidos de los métodos de frecuencia acumulada con los de la distribución normal, para ello se calcula la variable normal estándar z, cuya fórmula se presenta en Chow y Maidment (1994).
Para el cálculo de la precipitación promedio en el área se utilizaron los métodos del Promedio Aritmético y de los Polígonos de Thiessen.
La determinación de la Evapotranspiración del Cultivo de Referencia (Eto) se realizó mediante la aplicación de nueve métodos propuestos por diferentes autores y considerados por Manzaba (2017). Los mismos son:
El método de Penman-Monteith, (Allen et al., 2006) y considerado por Sousa et al. (2016), y el Método de Covarianza de Torbellinos (López et al., 2015) no pudieron ser incluidos debido a la insuficiencia de la información climática disponible para su aplicación. Posterior a la aplicación de los nueve métodos se realizó un análisis de correlación de cada uno de ellos con respecto a los valores promedio mensuales obtenidos por todos los métodos para definir cuál de ellos ofrecía mejor ajuste.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Comportamiento de las precipitaciones para el 75% de probabilidad de sobrepaso
De las 49 estaciones meteorológicas analizadas, se determinó que sólo 20 cumplieron con la condición de registrar al menos el 70% de los datos posibles. En la Figura 2 se aprecia el comportamiento mensual de la precipitación del 75% de probabilidad de sobrepaso para las 20 estaciones analizadas en la Provincia.
El año que reflejó el comportamiento de la precipitación del 75% de la probabilidad fue diferente para cada una de las 20 estaciones meteorológicas debido a la variabilidad espacial que poseen las precipitaciones asociado a diferentes factores. No obstante hubo coincidencia en las estaciones de 4 localidades que reflejaron ser el año 2005 el que cumplió esa condición (Chone, Olmedo, Julcuy y Jipijapa) y en otras tres localidades coincidió para el año 2011 (Portoviejo, Rocafuerte y Puerto Cayo).
Como se puede observar en la Figura 2, existe una coincidencia en la mayoría de las estaciones con respecto al período del año con mayores precipitaciones en Manabí. Durante los meses de Enero a Abril cae el 83% de toda la lluvia promedio anual. El 14% de la precipitación promedio anual se registra en el mes de Enero. El mayor porcentaje de lluvia ocurre durante el mes de Febrero con un 26% del promedio anual. Posterior a ello le siguen los meses de Marzo (22%) y Abril (21%). Con esta distribución, queda un 17% de precipitaciones que se distribuye durante los 8 meses restantes (mayo a diciembre) por lo tanto, es durante éste período que las programaciones de un riego preciso se hacen necesarias.
Comportamiento de la evaporación para el 25% de probabilidad de sobrepaso y de la Evapotranspiración del Cultivo de Referencia (Eto)
De las 49 estaciones meteorológicas analizadas, solo dos cumplieron con la condición de registrar al menos el 70% de los datos posibles: Portoviejo (M-005) y Chone (M-162).
Se determinó que para la estación de Portoviejo, el año 1993 fue el que cumplió con la condición del 25% de probabilidad de sobrepaso mientras que para la Estación de Chone, esta condición se cumplió para el año 1991. En la Figura 3 se presenta el comportamiento mensual de la Eto (para Portoviejo en 1993 y Chone en 1991) obtenida por los nueve métodos aplicados.
Se puede apreciar que en la Estación de Portoviejo los valores de la Evapotranspiración del Cultivo de Referencia son ligeramente superiores a los obtenidos en la Estación de Chone. El análisis de correlación realizado a los nueve métodos para el cálculo de la Eto reflejó que el método de Hargreaves-Samanni tuvo el mejor ajuste con un valor de R2 superior a 0,79 para ambas estaciones (Figura 4).
Este resultado coincide con el obtenido por Torres y Vásquez (2013), en su estudio de ¨Prospección de la estimación de la evapotranspiración de referencia, bajo las condiciones del valle de Chaca, Arica-Chile¨ donde concluye que ¨el método Hargreaves Samani obtuvo un mejor ajuste, permitiendo estimaciones más cercanas de la evapotranspiración de referencia¨. También coincide con los resultados de Chávez-Ramírez et al. (2013), quienes recomiendan este método entre las opciones más precisas ¨para estimar la evapotranspiración de referencia en periodos diarios¨.
En la Figura 5 se muestra de manera detallada el comportamiento de la Eto para las Estaciones de Portoviejo, Chone y el promedio de ambas para Manabí. En ambos casos los meses con mayores valores de Eto fueron abril y mayo y los de menores valores fueron junio y febrero.
CONCLUSIONES
NOTA
La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, [en línea], ser. Estudio FAO Riego y Drenaje, no. ser. 56, Ed. FAO, Roma, Italy, 298 p., 2006, ISBN: 92-5-304219-2, Disponible en: http://www.fao.org/docrep/009/x0490s/x0490s00.htm, [Consulta: 21 de octubre de 2015].
CAMPOS, A.D.F.: Procesos del ciclo hidrológico, [en línea], Ed. Universidad Autónoma de San Luis Potosí, México, 1998, ISBN: 968-6194-44-4, Disponible en: https://books.google.com.cu/books?id=tkUYqd0Aac8C, [Consulta: 7 de febrero de 2017].
CHÁVEZ-RAMÍREZ, E.; GONZÁLEZ-CERVANTES, G.; GONZÁLEZ-BARRIOS, J.L.; DZUL-LÓPEZ, E.; SÁNCHEZ-COHEN, I.; LÓPEZ-SANTOS, A.; CHÁVEZ-SIMENTAL, J.A.: “Uso de estaciones climatológicas automáticas y modelos matemáticos para determinar la evapotranspiración”, Tecnología y Ciencias del Agua, 4(4): 115-126, 2013, ISSN: 2007-2422, Disponible en: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2007-24222013000400007&lng=es&nrm=iso&tlng=es, [Consulta: 29 de enero de 2018].
CHOW, V.T.; MAIDMENT, D.R.: Hidrología Aplicada, [en línea], Ed. MC Graw Hill, Bogotá, Colombia, 583 p., 1994, ISBN: 978-958-600-171-7, Disponible en: https://www.amazon.com/Hidrologia-Aplicada-Spanish-Ven-Chow/dp/9586001717, [Consulta: 7 de febrero de 2017].
GONZÁLEZ, S.L.; JORGE, P.M.; MARTÍNEZ, R.J.; MARRERO, N.: Hidrología Superficial para ingenieros, Ed. CUJAE, La Habana, Cuba, 2003.
HOU, A.Y.; KAKAR, R.K.; NEECK, S.; AZARBARZIN, A.A.; KUMMEROW, C.D.; KOJIMA, M.; OKI, R.; NAKAMURA, K.; IGUCHI, T.: “The Global Precipitation Measurement Mission”, Bulletin of the American Meteorological Society, 95(5): 701-722, 2014, ISSN: 0003-0007, 1520-0477, DOI: 10.1175/BAMS-D-13-00164.1, Disponible en: http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/BAMS-D-13-00164.1, [Consulta: 30 de enero de 2017].
INEC (INSTITUTO NACIONAL DE ESTADÍSTICAS Y CENSOS): “Estadísticas Estructurales: Encuesta de Manufactura y Minería”, [en línea], 2014, Disponible en: http://anda.inec.gob.ec/anda/index.php/estadsticas-econmicas, [Consulta: 31 de enero de 2017].
KIDD, C.; LEVIZZANI, V.: “Status of satellite precipitation retrievals”, Hydrology and Earth System Sciences, 15(4): 1109–1116, 2011, ISSN: 1027-5606.
LÓPEZ, A.J.E.; DÍAZ, V.T.; WATTS, T.C.; CÉSAR, R.J.; CASTELLANOS, V.A.E.; PARTIDA, R.L.; VELÁZQUEZ, A.T. de J.: “Evapotranspiración y coeficientes de cultivo de chile bell en el Valle de Culiacán, México”, Terra Latinoamericana, 33(3): 209-219, 2015, ISSN: 0187-5779, Disponible en: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0187-57792015000300209&lng=es&nrm=iso&tlng=pt, [Consulta: 30 de enero de 2017].
LUNA, R.A.E.; LAVADO, C.W.S.: “Evaluación de métodos hidrológicos para la completación de datos faltantes de precipitación en estaciones de la cuenta Jetepeque, Perú”, Revista Tecnológica - ESPOL, 28(3): 42-52, 2015, ISSN: 1390-3659, Disponible en: http://www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/view/400, [Consulta: 30 de enero de 2017].
MANZABA, C.J.R.: Estudio del Régimen de Evapotranspiración del cultivo de referencia aplicado a la programación de riego para la provincia Manabí, ULEAM, Tesis de Grado, Manta, Manabí, Ecuador, 2017.
MERCADO, M.G.; RAMÍREZ, R.M.; VIZCARRA, H.I.F.; LÓPEZ, A.; LÓPEZ, V.D.M.; GRANADOS, M.A.K.; REYES, L.D.; CHAIRES, M.B.E.: “Distribución y Probabilidad de la lluvia en Cuautitlán Izcalli, Estado de México”, [en línea], 2014, Disponible en: http://www.ommac.org/memoria2014/extensos/E2014092601.pdf, [Consulta: 10 de noviembre de 2016].
MESETH, E.; YU, J.C.S.: “Mejora en los calendarios de cultivo para agricultura de secano en ceja de selva”, Scientia Agropecuaria, 5(4): 187-197, 2014, ISSN: 2077-9917, Disponible en: http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2077-99172014000400003&lng=es&nrm=iso&tlng=pt, [Consulta: 30 de enero de 2017].
RAES, D.: Frequency Analysis of rainfall data, [en línea], Ed. Department of Earth and Environmental Sciences, Katholieke Universiteit Leuven, Belgium, 2013, Disponible en: http://indico.ictp.it/event/a12165/session/21/contribution/16/material/0/0.pdf, [Consulta: 7 de febrero de 2017].
RIVADENEIRA, V.J.F.: Evaluación del Efecto del Cambio Climático bajo Escenarios de Emisiones SRES y RCP en la Demarcación Hidrográfica de Manabí-Ecuador, [en línea], Universidad Politécnica de Valencia, Tesis de Maestría, Valencia, España, 2014, Disponible en: https://riunet.upv.es/handle/10251/58552, [Consulta: 19 de febrero de 2017].
SATGÉ, F.; XAVIER, A.; PILLCO ZOLÁ, R.; HUSSAIN, Y.; TIMOUK, F.; GARNIER, J.; BONNET, M.-P.: “Comparative Assessments of the Latest GPM Mission’s Spatially Enhanced Satellite Rainfall Products over the Main Bolivian Watersheds”, Remote Sensing, 9(4): 369, 2017, ISSN: 2072-4292, DOI: 10.3390/rs9040369, Disponible en: http://www.mdpi.com/2072-4292/9/4/369, [Consulta: 30 de enero de 2017].
SCHEEL, M.L.M.; ROHRER, M.; HUGGEL, C.; SANTOS VILLAR, D.; SILVESTRE, E.; HUFFMAN, G.J.: “Evaluation of TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis (TMPA) performance in the Central Andes region and its dependency on spatial and temporal resolution”, Hydrology and Earth System Sciences, 15(8): 2649-2663, 2011, ISSN: 1607-7938, DOI: 10.5194/hess-15-2649-2011, Disponible en: http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/15/2649/2011/, [Consulta: 30 de enero de 2017].
SOUSA, P.F.F.; DAL, P.E.; VÁZQUEZ, M.R.J.; SÁNCHEZ, R.R.M.; ORELLANA, G.A.M.G.; ESCOBEDO, J.F.: “Estudo Comparativo da Evapotranspiracao de Refefencia entre localidades no estado de Sao Paulo e na provincia de Habana”, Irriga, 21(2): 395-408, 2016, ISSN: 1808-8546, DOI: 10.15809/irriga.2016v21n2p395-408, Disponible en: http://revistas.fca.unesp.br/index.php/irriga/article/view/1858, [Consulta: 30 de enero de 2017].
TORRES, H.A.; VÁSQUEZ, V.R.: “Prospección de la estimación de la evapotranspiración de referencia, bajo las condiciones del valle de Chaca, Arica-Chile”, Idesia (Arica), 31(2): 25-29, 2013, ISSN: 0718-3429, DOI: 10.4067/S0718-34292013000200004, Disponible en: http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-34292013000200004&lng=en&nrm=iso&tlng=en, [Consulta: 30 de enero de 2017].
VILLACIS, R.E.; MARRERO DE LEÓN, N.: “Precipitaciones extremas en la ciudad de Quito, provincia de Pichincha- Ecuador”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 38(2): 102-113, 2017, ISSN: 1680-0338, Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1680-03382017000200008&lng=es&nrm=iso&tlng=es, [Consulta: 30 de enero de 2017].
ZAMBRANO, M.: “Producción”, [en línea], En: Tierra Bella Manabí, 2013, Disponible en: http://tierrabellamanabi.blogspot.com/2013/06/produccion.html, [Consulta: 29 de octubre de 2017].
Recibido: 25/08/2017
Aceptado: 22/12/2017
Ramón Pérez-Leira, Docente-Investigador. Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí (ULEAM). Facultad de Ingeniería, Manta, Manabí, Ecuador, E-mail: rperezleira@gmail.com
