PROPUESTA DE MODELO PARA ESTIMAR LA PRECIPITACIÓN EFECTIVA MEDIANTE UN BALACE HÍDRICO CON FINES DE PLANEACIÓN O DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO

Vicente Angeles Montiel 1 y Laura A. Ibáñez Castillo

INTRODUCCIÓN

En las zonas donde las precipitaciones son considerables, éstas contribuyen a satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos bajo riego. Sin embargo, no toda la lluvia es aprovechada por los mismos, ya que las condiciones físicas del suelo, así como el estado de humedad de éste en el momento de la lluvia, condiciona la fracción aprovechable de ésta. A dicha fracción desde el punto de vista agronómico se le conoce como precipitación efectiva (Pe).

Las características de la lluvia que determinan su efectividad son su cantidad, frecuencia e intensidad. Cada factor es extremadamente variable tanto espacial como temporalmente; por lo tanto, el conocimiento de estas características es esencial en el diseño y manejo de los sistemas de riego. Se han desarrollado varias fórmulas para hacer una estimación de la precipitación efectiva, las cuales en su mayoría, sólo dan una idea sobre la lámina que puede ser aprovechada de la que precipita y en muchas ocasiones conducen a estimaciones poco confiables de Pe (Mejía, 2002).

METODOLOGÍA

El balance hídrico en un sistema de riego consiste en aplicar la ecuación de conservación de la materia, utilizando como volumen de control la zona radicular del cultivo en una parcela. Este balance en un periodo de tiempo cualquiera, viene dado por la ecuación 1.

(1)

Donde D V al es el cambio en el volumen almacenado, V en volumen que entra y V sa el volumen que sale. El volumen de entrada a la parcela incluye la lluvia (Ll), el riego (R) y el aporte del nivel freático (Nf) próximo a la zona radicular; mientras que el volumen de salida considera la evapotranspiración del cultivo (ETc), el escurrimiento superficial (Es) y la percolación profunda (Pp), adaptado de Reddy (1983) citado por Flores y Ruiz (1998).

La precipitación efectiva (Pe) se define como la diferencia entre la lluvia y el escurrimiento superficial y la percolación profunda (Pe = Ll – Es –Pp), Pacheco (1981) citado por Flores y Ruiz (1998). Además, si se considera que el aporte capilar desde la capa freática es nulo (Nf = 0), la ecuación de balance se puede expresar como:

(2)

Que en términos de láminas, puede expresarse por medio de la ecuación 3.

(3)

En este trabajo, se empleará la ecuación 3 para cuantificar la precipitación efectiva y simular los calendarios de riego de un cultivo cualquiera, bajo condiciones de riego.

Un primer enfoque de este modelo es el siguiente: si se infiltra bastante agua a la capa, el contenido de humedad alcanza la capacidad de campo ponderada y el exceso se percola. Como para una lluvia cualquiera (Ll i ) el suelo en la capa en análisis sólo puede almacenar una cantidad limitada de agua, la cantidad de agua infiltrada (I i ) que puede quedar almacenada en dicha capa será el menor valor de los siguientes: la magnitud del agua infiltrada o la cantidad de agua que se puede almacenar en ella en el momento en que ocurre la lluvia. Si se da el segundo caso, la diferencia entre el valor del agua infiltrada y el agua almacenada en la capa se considerará como percolación profunda (Pp i ).

Un segundo enfoque en este modelo es el siguiente: la entrada de agua al suelo está controlada por la permeabilidad de la capa del suelo, la cual está en función del contenido de humedad. La velocidad de entrada depende de sus características físicas, se le atribuye un valor máximo cuando el suelo se encuentra en un contenido de humedad igual o inferior al porcentaje de marchitamiento permanente, y un valor mínimo cuando el suelo tiene un contenido de humedad igual o mayor que la capacidad de campo. Entre estos límites, se estima una variación inversamente proporcional al contenido de humedad del suelo. Se supone que si la intensidad de la precipitación es menor a la capacidad de infiltración del suelo, toda el agua precipitada se infiltra. Sin embargo, si la intensidad de la lluvia es superior a la velocidad de infiltración del suelo (IP i >VI i ), entonces parte de la lluvia escurre.

El procedimiento a seguir para estimar valores de Pe i para planeación o diseño de sistemas de riego en el periodo de tiempo especificado, es el siguiente:

•  Las parejas de valores de precipitación efectiva encontrada con la simulación y precipitación observada de cada año, para el periodo de tiempo considerado con necesidad de agua máxima, se ajustan a una función de tipo potencial, exponencial, logarítmico, etc .

•  Los valores de precipitación observada para el periodo de tiempo considerado con necesidad de agua máxima se ajustan a una función de densidad de probabilidades como la Normal-Raíz Cúbica o Exponencial; con la que se estima una precipitación observada a una probabilidad de ocurrencia deseada para el periodo de tiempo siguiente.

•  Empleando la función del primer paso y el valor de precipitación observada a una probabilidad de ocurrencia deseada del segundo paso, se obtiene el valor de precipitación efectiva para el periodo de tiempo siguiente.

•  Se determinan las necesidades netas de riego del periodo siguiente.

RESULTADOS

La aplicación del modelo de balance de humedad para elaborar calendarios de riego que permitan estimar la precipitación efectiva con fines de planeación o diseño, se muestra en el diagrama de la figura 1. La propuesta realizada en este trabajo integra lo presentado por Palacios (2002) para llevar un monitoreo de la humedad del suelo a través de un balance de humedad y predecir con anticipación suficiente la fecha del próximo riego durante todo el desarrollo del cultivo; lo que plantean Flores y Ruiz (1998) para cuantificar la dinámica de la humedad en la zona radical de un cultivo en condiciones de temporal mediante un balance hídrico; lo que propone Mejía (2002) para estimar la precipitación efectiva a través del análisis de series históricas de información climática y la aplicación de un modelo de balance de agua en el suelo; y la estimación a una probabilidad deseada, mediante una función de densidad de probabilidad, de la precipitación observada durante el periodo de máxima demanda de agua del cultivo, que pueda ser utilizada para determinar la precipitación efectiva con fines de proyecto de sistemas de riego a presión.

La elaboración del calendario de riego durante todo el desarrollo del cultivo es similar a la que emplea FAO, es decir, se propone un intervalo de riego fijo al final del cual se aplica el siguiente riego, en oposición al criterio que establece un consumo de humedad aprovechable antes de proporcionar el próximo riego.

En el diagrama de la figura 1 en cada iteración sólo se considera un número de días i igual a la duración del intervalo de riego j supuesto.

Cada pareja de valores de lluvia observada y precipitación efectiva (Ll, Pe) corresponde al intervalo de riego donde se presentó el requerimiento de riego mayor a lo largo del ciclo vegetativo. El número de parejas (Ll, Pe) que se ajusten a una función empírica, depende del número de años del registro histórico de información.

La selección del mejor modelo empírico de ajuste a los datos de lluvia observada y precipitación efectiva (generada mediante el balance hídrico para cada año simulado), será aquél que presente el coeficiente de determinación mayor; y la función de densidad de probabilidades utilizada, como modelo explicativo de los datos de lluvia observada, será aquélla que presente el menor error estadístico.

CONCLUSIÓN

El modelo de simulación propuesto para el balance hídrico en la zona radicular del cultivo, ayuda a pronosticar con suficiente aproximación las necesidades de agua de las plantas, tanto en regiones donde la precipitación es significativa (estimando la precipitación efectiva) como en aquéllas en donde no lo es; constituyéndose de esta manera, en una herramienta útil para propósitos de planeación y diseño de sistemas riego.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Mejía, S. 2002. Análisis y comparación de fórmulas empíricas para estimar la precipitación efectiva a partir de un modelo de balance. Artículo científico en revisión. Especialidad de Hidrociencias. IRENAT. Colegio de Postgraduados. Montecillo, Edo. de México.

Flores, L. H. E., y C. J. A. Ruiz. 1998. Estimación de la humedad del suelo para maíz de temporal mediante un balance hídrico. Revista Terra, págs. 219-229. Chapingo, México.

Palacios, V.E. 2002. Por qué?, Cuándo?, Cuánto? y Cómo regar? Para lograr mejores cosechas. Editorial Trillas. México.

Fig. 1. Modelo de Simulación para estimar precipitación efectiva

Profesor Investigador, Departamento de Irrigación, Universidad Autónoma Chapingo