Examen Hidrología

DEMANDA DE AGUA(PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO)

ÁREA DE CULTIVOPara evaluar el cálculo real de requerimiento de agua de un poblado o comunidad, es muy importante determinar como punto de partida, el área de riego, las áreas de cultivo y qué cultivos se va a fomentar durante la época de lluvia y la época de estiaje a base de riego.

CUADRO N° 1: ÁREAS DISPONIBLES PARA LA AGRICULTURAPOR LA CUENCA.

CULTIVO CON LLUVIA HAS. CULTIVO CON RIEGO HAS.

PAPA 10 MAIZ – CHOCLO 10MAIZ – GRANO 22 HORTALIZAS 15MAIZ – CHOCLO 15 AVENA FORRAJERA 15TRIGO 15 HABA (VERDE) 8CEBADA 15 ARVERJA (VERDE) 15ARVEJA 10 MAÍZ – CHOCLO 5HABA 10 HORTALIZAS 10HORTALIZAS 5 PAPA 15PASTOS 10 PASTOS 10TOTAL 112 TOTAL 103

CÉDULA DE CULTIVOA través de la “CEDULA DE CULTIVO” se puede determinar la extensión de los terrenos agrícolas bajo riego por cada año de sembrío. Varía por :

El lugar donde se evalúa el requerimiento de agua Topografía del terreno La latitud La altitud La precipitación, y otros factores geográficos.

Los valores del Coeficiente de cultivo (Kc), según la FAO (1977), está en función de cuatro etapas del desarrollo del cultivo:

PRIMERA ETAPA: Procede desde la germinación hasta el 10% de cobertura efectiva. Puesto que la Evapotranspiración de un cultivo durante la etapa inicial es casi totalmente evaporación.

SEGUNDA ETAPA: Comprende desde el 10 % de cobertura efectiva hasta el 70 o 80 % del mismo.

TERCERA ETAPA: Va desde la cobertura efectiva hasta el inicio de la maduración de cultivo.

CUARTA ETAPA: Continúa desde el inicio de maduración hasta la plena maduración o cosecha.

EL COEFICIENTE DE CULTIVO (Kc), se realiza con la finalidad de dotar de agua bajo riego permanente aún en las épocas de estiaje a las áreas de cultivo y obtener beneficios de producción y productividad de los cultivos El Cuadro N° 2, muestra la cédula de cultivo propuesto con valores de Kc donde se puede observar los tipos de cultivos (con lluvias y con riego), que la comunidad realiza durante el año.

Los valores del coeficiente de cultivo (Kc) determinado en el Cuadro N° 3, son constantes propuestos para cada tipo de cultivo y para cada mes que nos permitirá evaluar el comportamiento de las áreas cultivadas.

Se determinó mediante la fórmula siguiente:

SUMATORIA [ Kc (cultivo) x Área cultivada ]Kc = ------------------------------------------------------------------ AREA TOTAL

Donde : Kc = Coeficiente de cultivo

Por ejemplo : Consideremos los valores de Kc de cada cultivo y el área cultivada para el mes de Enero del Cuadro N° 2, y aplicando la fórmula de Kc se obtienen los resultados del Cuadro N° 3 mediante el procedimiento siguiente:

0,70(10) + 0.91(22) + 0.91(15) + 1.09(15)+ 1.09(15) + 0.71(10) + 0,90(10) + 1,03(5) + 1,10(10)

Kc = ------------------------------------------------------------------------------------------------ 112

Kc (Enero) = 0,9073

CUADRO N° 2 : CÉDULA DE CULTIVO PROPUESTO CON VALORES DE Kc

CULTIVOCON LLUVIAS HAS.

M E S E SHAS.

CULTIVOCON RIEGO

E F M A M J J A S O N DPAPA(OCTUBRE)

10 0.70 1.01 1.04 0.5 0.35 0.62 0.91 1.02 0.80 0.30 10 MAIZ – CHOCLO

MAIZ– GRANO 22 0.91 1.02 0.80 0.60 0.51 0.81 1.03 1.09 0.80 0.35 0.62 15 HORTALIZASMAIZ–CHOCLO 15 0.91 1.02 0.80 0.50 0.90 1.09 1.08 0.51 0.35 0.62 15 AVENATRIGO 15 1.09 1.08 0.51 0.25 0.36 0.67 0.99 1.00 0.76 0.50 0.90 8 HABA (VERDE)

CEBADA 15 1.09 1.08 0.51 0.25 0.40 0.71 0.92 0.97 0.77 0.50 0.90 15 ARVERJA (VERDE)ARVEJA 10 0.71 0,92 0,97 0,77 0,50 0,35 0,62 0,91 1,02 0,80 0,40 5 MAÍZ – CHOCLO

HABA 10 0,90 1,00 0,76 0,50 0,51 0,81 1,02 1,09 0,80 0,36 0,67 10 HORTALIZASHORTALIZAS 5 1,03 1,09 0,80 0,50 0,30 0,70 1,01 1,04 0,50 0,51 0,81 15 PAPA

PASTOS 10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 10 PASTOS

TOTAL 112 112 103 TOTAL

CUADRO N° 3 : CÁLCULO DEL COEFICENTE DE CULTIVO (Kc)

COEFICIENTE DE CULTIVO

M E S E S

E F M A M J J A S O N DKc 0,9073

EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL ( ETP )

La Evapotranspiración Potencial (ETP) es la tasa de evapotranspiración de una superficie completamente cubierta de vegetación de altura uniforme, con adecuado suministro de agua.

Para determinar la evapotranspiración potencial (ETP) para un cultivo, se consideró las fórmulas empíricas propuesta por Roy Salazar y H.G. Hangraves, propuesta que da buenos resultados cuando se aplica en la Sierra y para altitudes mayores a los 3000 m.s.n.m.

Se considera a la evapotranspiración potencial como el agua consumida de la superficie del suelo, en función a la temperatura, la humedad relativa, la altitud de la zona de trabajo, la latitud y la radiación solar y otros factores que se conjugan en la fórmula siguiente:

ETo = MF x TMF x CH x CE

Donde: Eto : Evapotranspiración potencial en mm/mes (mm)MF : Factor mensual de evapotranspiración de latitud.TMF : Temperatura media mensual en °F.CH : Coeficiente de humedad relativa mensual en %.CE : Factor de corrección por elevación.

Los valores de la evapotranspiración potencial (ETP) de un cultivo de referencia, nos permite conocer el consumo de agua para los diferentes meses del año y para las condiciones de la zona de cultivo.

1. FACTOR MENSUAL DE EVAPOTRANSPIRACIÓN (MF)

Es el número de horas de sol que recepciona un punto de la superficie terrestre de no mediar la nubosidad, varía de acuerdo a la latitud del lugar y a la época del año según la inclinación del eje terrestre

El cálculo del factor mensual de evapotranspiración (MF) se determina considerando los valores del Cuadro N° 4, donde se debe ubicar exactamente la latitud en que se encuentra el área de estudio, por ejemplo para este caso asumimos una valor de 12º 48º 36” de Latitud Sur.

12° 2,625 12º 48´ 36” = 12,81 ° “ X “ 13º 2,652

Interpolando

0,81 “X” – 2,625--------- = ---------------------

4 2,652 – 2,625

“X” = 2,6469

Valor que significa el factor de evapotranspiración: MF = 2,6469 (mes de Enero).

2. TEMPERATURA MEDIA MENSUAL (TMF)

Para continuar con los cálculos de la evapotranspiración real, es necesario conocer la temperatura media de cada mes en grados Celsius, del lugar donde se está evaluando la demanda de agua; los mismos que deben ser convertidos a grados Fahrenheit. El Cuadro N° 5 indica los valores de la temperatura media mensual (TMF) determinada mediante la fórmula siguiente:

TMF ( °F ) = 9 / 5 °C + 32

El valor de TMF para el mes de Enero cuya temperatura media mensual de 12,4 °C debe ser convertida a grados Fahrenheit:

TMF (°F) = 9/5 ( 12,4 °C ) + 32

TMF (Enero) = 54,32 °F

3. COEFICIENTE DE HUMEDAD (CH)

Para determinar los valores del Coeficiente de humedad se parte sobre la base de la Humedad Relativa media mensual (HR) del área de evaluación. Cuadro N° 6.

Si : HR (%) > 64 %. CH = 0,166 (100 – HR) ½

Si : HR (%) < 64 %. CH = 1,00

Para el mes de Enero tenemos una Humedad Relativa de 71,5 % el coeficiente de humedad relativa CH se calcula de la manera siguiente:

Como: HR es 71,5 % > 64 %.

La fórmula será:

CH (Enero) = 0,166 (100 – HRM) ½

CH (Enero) = 0,166 (100 – 71,5) ½

CH (Enero) = 0, 886

4. FACTOR DE CORRECCIÓN POR ALTITUD (CE)

Está dada en función a la altitud sobre el nivel del mar € de la localidad donde se realiza el estudio del requerimiento de agua:

CE = 1,00 + ( 0,04 E / 2000 )

E: DATO DE ELEVACION SOBREE EL NIVEL DEL MAR

Si asumimos que la localidad se encuentra a 3 190 m.s.n.m. tenemos el valor de CE: con la fórmula siguiente será:

CE (Enero) = 1,00 + (0,04 x 3 190) / 2000) = 1,0638

CE (Enero) = 1,0638

Por lo tanto:

EVAPOTRANSPIRACIÒN POTENCIAL (ETo)


Obteniéndose para el mes de Enero el valor siguiente:


ETo (Enero) = (2,6469) (54,32) (0,886) (1,0638)

ETo (Enero) = 135,52 mm/mes

CUADRO N° 4: FACTOR MENSUAL DE EVAPOTRANSPIRACIÓN (MF)

LATITUD SURM E S E S

E F M A M J J A S O N D 12° 2,625 2,292 2,350 2,002 1,799 1,608 1,719 1,950 2,169 2,477 2,520 2,543

12º 48´ 36" = 12,81° 2,6469

13° 2,652 2,305 2,345 1,981 1,767 1,572 1,684 1,922 2,157 2,484 2,543 2,675

CUADRO N° 5: FACTOR MENSUAL DE LA TEMPERATURA MEDIA MENSUAL (TMF)ESTACION METEOROLÓGICA

PROMEDIO M E S E S

25 AÑOS E F M A M J J A S O N D MEDIA° C 12,4 12,2 12,0 11,8 11,0 10,2 10,0 11,1 12,3 13,1 13,3 12,8 11,85

° F 54,32

CUADRO N° 6: FACTOR DE HUMEDAD RELATIVA (CH)ESTACION METEOROLÓGICA

PARÁMETROS M E S E S

E F M A M J J A S O N D MEDIAHR. °% 71,5 73,7 74,6 68,3 63.4 54,2 57,9 59.4 62.7 64,7 64,9 67,9

CH 0,886

CUADRO N° 7: VALORES DE EVAPOTRANSPIRACIÓN POTENCIAL (ETo)



E F M A M J J A S O N D MEDIA

MF 2,6469

TMF ( ° F ) 54,32

CH 0,886

CE 1,0638

ETo 135,52

EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL DE LOS CULTIVOS (ETc)

La evapotranspiración real de los cultivos (ETR) se determina con la fórmula siguiente:

ETR = Kc x ETo

Donde:ETc = Evapotranspiración real (mm)Kc = Coeficiente de cultivoETo = Evapotranspiración potencial (mm).

Para el mes de Enero tenemos:

ETc (Enero) = Kc x ETo

ETc (Enero) = 0,9073 x 135,52 = 122,96

REQUERIMIENTO DE RIEGO

PE 75 % Persistencia (mm) < ETc NECESITA RIEGO

PE 75 % Persistencia (mm) > ETc NO NECESITA RIEGO

Donde:PE 75 % Persistencia = Precipitación Efectiva al 75 % de persistencia


71,4 mm < 122,96 mm

Por lo tanto SI NECESITA DE RIEGO

DÉFICIT DE HUMEDAD

Déficit de humedad = ETc – PE (75%)


Déficit de humedad (Enero) = 122,96 - 71,4 = 51,56

CUADRO N° 8: EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL (ETc)

ETc = Kc x ETo


E F M A M J J A S O N DKc 0,9073

ETo ( mm ) 135,52

ETc (mm) 122,96

CUADRO N° 9: PRECIPÌTACIÓN MEDIA MENSUAL (mm)ESTACION METEOROLÓGICA

PRECIPITACIÓN( 25 AÑOS )

M E S E S

E F M A M J J A S O N DMEDIA 524,5 134,5 114,7 60,9 18,1 6,9 8,4 20,8 44,8 72.0 65,1 93,4

75 % DE PERSISTENCIA

87,2 93,6 68,4 37,2 6,8 1,8 2,8 7,4 25,8 44,2 42,2 68,0

EFECTIVA 75 % PERSISTENCIA.

71,4 75,6 57,2 30,2 1,7 0,00 0,00 2,3 19,8 36,5 34,7 56,9

CUADRO N° 10 : REQUERIMIENTO DE RIEGO

PE 75 % Persistencia ( mm ) < ETc SI Necesita riego

PE 75 % Persistencia ( mm ) > ETc NO necesita riego

PARÁMETROSM E S E S

E F M A M J J A S O N DPrecipitación Efectiva al 75% 71,4 75,6 57,2 30,2 1,7 0,00 0,00 2,3 19,8 36,5 34,7 56,9

ETc 122,96

REQUERIMIENTO DE RIEGO SI

CUADRO N° 11: DÉFICIT DE HUMEDAD

Déficit de humedad = ETc - PE (75%)

PARÁMETROSM E S E S

E F M A M J J A S O N DETc (mm) 122,96

Precipitación Efectiva al 75% 71,4 75,6 57,2 30,2 1,7 0,00 0,00 2,3 19,8 36,5 34,7 56,9

DÉFICIT DE HUMEDAD 51,56

EFICIENCIA DE RIEGO (Ef)

Es el análisis del movimiento del agua de riego desde la capitación (bocatoma, presa, etc.) hasta que ésta haya sido transpirada por las plantas y durante este recorrido experimenta una serie de reducciones del volumen inicial de agua.la derivado.

Ef = ( Ec x Ea x Eu ) 100

Donde :Ef = Eficiencia de riegoEc = Eficiencia de conducciónEa = Eficiencia de aplicaciónEu = Eficiencia de uso

1. EFICIENCIA DE CONDUCCIÓN (Ec)

Af Caudal entregado al canal de distribuciónEc = ------- = -------------------------------------------------------------- Ao Agua originalmente captado en bocatoma

Cuando el agua es captada a través de una o varias bocatomas, se debe considerar una serie de pérdidas laterales antes que el agua llegue al canal de distribución o de derivación. Sin embargo, son los organismos responsables de las comunidades

como es el caso de las asociaciones de regantes quienes deben controlar y supervisar que esto no ocurra.

SECUENCIA 01 : Si en la bocatoma se mide 1,20 m3/seg. y en el ingreso al canal de distribución de 1,14 m3/seg. Se tiene una eficiencia de conducción : Ec = 0,95

2. EFICIENCIA DE APLICACIÓN O DE DISTRIBUCIÓN ( Ea )

Ar Volumen de agua depositado en la zona radicularEa = ------- = ------------------------------------------------------------------- Af Caudal entregado al canal de distribución

El agua que ingresa al canal de distribución (Af) es distribuido por medio de canales secundarios, terciarios, surcos, aspersores, etc. Para depositar el agua en el suelo en la altura correspondiente a la profundidad radicular (Ar)

Las pérdidas que se pueden dar en el campo de cultivo son por la filtración de las aguas a través de los suelos agrícolas debido a su textura y porosidad.

SECUENCIA 02 : En el canal de distribución se tiene 1,14 m3/seg. que para el riego de media hora de duración equivales a 2052 m3 (1,14 m3/seg. X 30 minutos x 60 seg) aportados y el volumen de agua medida en el suelo después del riego es de 1539m3. Se tiene una eficiencia de aplicación : Ea = 0,75, lo que indica que la diferencia 513 m3 se ha perdido por precolación profunda, evaporación directa al momento del riego, escorrentía, etc.

3. EFICIENCIA DE USO ( Eu )

At Volumen de agua transpirada en la zona radicular Eu = ------- = ------------------------------------------------------------------- Ar Volumen de agua depositado en la zona radicular

Se refiere a la elación que existe entre el volumen de agua transpirada (At) y el volumen de agua depositada en la zona radicular (Ar)

De la cantidad de agua almacenada en ala zona radicular, una parte se pierde por percolación o filtración que en comparación con el agua transpirada es insignificante pero que de todas formas reduce la eficiencia.

SECUENCIA 03 : Si de los 1539 m3 depositados en la zona radicular 1400 m3 han sido transpirados por el cultivo, se tiene una eficiencia de uso : Eu = 0,91

En conclusión la : EFICIENCIA DE RIEGO : es

Ef = ( 0,95 x 0,75 x 0,91 ) 100

Ef = 65 %

DÉFICIT DE HUMEDAD A LA EFICIENCIA

DE RIEGO ( Ef = 65% )

Déf. de humd. a Eficiencia de riego = Déf. de humedad / Ef

Donde :Ef = Eficiencia de riego.

Con los valores obtenidos en la deficiencia de humedad se determinó el Déficit de humedad a Eficiencia de Riego para el mes de Enero, Cuadro 12 :

Défi. Humdedad a Eficiencia de riego (Enero) = 51,56 / 0,65

Déficit. Humdedad. a Ef. (Enero) = 79,32

DEMANDA DE AGUA ( Da )

Da. = Déf. de humedad al 65 % x Ä

Donde :Da = demanda de agua en mMCA = área cultiva referedido almes de estudio m²

Con los valores obtenidos en la deficiencia de humedad se determinó la Demanda de agua o requerimiento de agua (Da) para el mes de Enero : (Cuadro N° 13)

Da (Enero) = Déficit de humedad 65% x Área

Da (Enero) = 79,32 mm x 112 has.

Da (Enero) = 0,07932 m x 1 120 000 m² .

Da (Enero) = 88 838,4 m3.

Da (Enero) = 89,84 mMC

CUADRO N° 12 : DÉFICIT DE HUMEDAD A LA EFICIENCIA DE RIEGO

Défi. Humd. a Ef = Def. humd. / Ef.


E F M A M J J A S O N DDéficit de humedad (mm) 51,56

Déf. Humd.Ef=65% (mm) 79,32

CUADRO N° 13 : DEMANDA DE AGUA

Da = Déficit de humedad 65% x Área


E F M A M J J A S O N DDéf. Humd.Ef=65% (mm) 79,32

Área (Hectáreas) 112

Da. Agua en mMC 89,84

CAUDAL DE DISEÑO

La medición del caudal de un río se denomina AFORO. Para registrar los caudales de un río lo que se hace es instalar en una sección del río una “Estación de Aforo” que debe ser implementada con un Limnímetro y Limnígrafo, que son aparatos que miden el nivel del agua en el río.

El Limnímetro es una mira graduada que mide la altura o nivel de agua alcanzada por el flujo en una sección.

El Limnígrafo es un aparato que registra (dibuja) el nivel de agua en función del tiempo.

En la misma sección del río se efectúa el AFORO mediante el correntómetro que es un aparato que mide la velocidad del agua y que multiplicada por el área de la sección nos da el caudal del río.

La cantidad de agua por aplicarse a un cultivo en cada riego se determina en función a las horas de riego (para este caso podemos asumir 14 horas de riego), mediante la fórmula siguiente :

Dda de agua 1 día 1 horaQ (14 horas de riego) = ------------------------ = -------------- = --------------

Días del mes 14 horas 3600 seg

Caudal necesario para regar 14 horas al día (mes de Enero) :

89 840 m3 1 día 1 horaQ (14 horas de riego) = ------------------ = --------------- = ---------------- 31 días 14 horas 3600 seg

Q (18 horas de riego) = 0,05757 m3/seg,

Q (18 horas de riego) = 57,57 litros/seg

De igual manera, se determinó el valor del Caudal de diseño, que se asume como el valor más alto encontrado a través del año. :

Q de diseño = valor más alto del año litros / seg,

CUADRO N° 14 : CAUDAL DE DISEÑO

Demanda de agua 1 día 1 horaQ (14 horas de riego) = ----------------------------- = -------------- = ---------------

Días del mes 14 horas 3600 seg.


E F M A M J J A S O N DDa. de agua ( mMC ) 89,84

Días del mes 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

Q. 14 hor.riego (lits./seg.) 57,57

Q diseño en litros / seg.

CUADRO N° 15 : REQUERIMIENTO DE AGUA( R E S U M E N )


E F M A M J J A S O N DArea ( HAS. )

Kc.

ETP ( mm )

ETR ( mm )

PP media ( mm)

PP 75 % ( mm )

P. Efectiva 75 % ( mm )

Déficit de Humedad (mm)

Déficit de Humedad 65 %

Da. de agua ( mMC )

Q. 14 hor.riego ( lits./s.)

Q diseño ( litros / s..)

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