11 Captación in situ del agua de lluvia

7. CAPTACIÓN IN SITU DEL AGUA DE LLUVIA PARA LA AGRICULTURA DE
TEMPORAL1
7.1. Introducción
La escasez del agua de lluvia y su mala distribución, provocan en 1a República Mexicana
grandes áreas con temporales deficientes para la producción agrícola. Aunado a esto, cada
año aumentan las áreas con problemas de erosión en diferentes grados y que entre otras
causas, es debido al mal manejo del agua de lluvia.
Ante estos problemas de falta de agua y la constante erosión de los suelos, es conveniente
considerar algunos aspectos relacionados con el mejor aprovechamiento de la precipitación
pluvial, situación que se obtiene con algunos sistemas de captación in situ del agua de
lluvia, mismos que llevan implícitas técnicas que además de aprovechar mejor la lluvia
(porque aumenta la cantidad de agua disponible para las plantas), siguen prácticas que
ayudan a conservar el suelo, con los consiguientes beneficios.
Para establecer un sistema de captación in situ del agua de lluvia, es necesario obtener
información sobre algunos factores de suma importancia para estos sistemas, tales como: la
cantidad y distribución de la lluvia en el año, la capacidad de almacenamiento de agua por
el suelo, las necesidades hídricas de cultivo que se ha seleccionado para la zona donde se
trabaje y, finalmente, con qué recursos se cuenta para establecer los diferentes sistemas de
captación in situ que mejor pueden adaptarse a las condiciones del área de trabajo.
Se puede decir entonces, que reuniendo la información antes señalada se estará en
capacidad: primero, de saber si es necesario establecer un sistema de captación in situ; y
segundo, de elegir el sistema que se considere adecuado.
7.2. Generalidades
7.2.1. Precipitación pluvial
La precipitación pluvial es uno de los factores que se debe analizar para definir si es o no
necesario realizar obras de captación. Para esto, en el área de trabajo se localizan las
estaciones meteorológicas que cuenten con datos de precipitación y se reúnen de ellas, los
registros de la precipitación mensual de por lo menos nueve años. Estos datos se ordenan
anualmente a través de los meses para analizar cómo se distribuye la lluvia y cuánta cae a
lo largo del año. Un ejemplo del manejo de esta información se presenta a continuación:
En la zona de Huamantla, Tlax., se desea realizar un diagnóstico de la posibilidad de
establecer un sistema de captación. Los datos de la precipitación mensual se ordenan como
se aprecia en el cuadro 7.1., lo cual permite observar que los meses más lluviosos son de
mayo a septiembre y que a través de ellos se distribuyen las lluvias, por lo tanto es esta
época la más propicia para el desarrollo de los cultivos.
En caso de no ser posible colectar datos directamente de las estaciones meteorológicas, se
deben buscar cartas de climas editadas por la CETENAL (Comisión de Estudios del
1
Tomado del Manual de Conservación del Suelo y del Agua, Editado por SARH-CP. Chapingo, México.
1977
Territorio Nacional), tomando los datos de la estación más cercana a la zona en estudio,
como se ilustra en la figura 7.1, para el ejemplo de Huamantla, Tlax.
7.2.2. Suelo
Dada la dificultad para determinar bajo condiciones de temporal cuánta agua de la llovida
queda almacenada en el suelo y cuánta de la almacenada es aprovechable por las plantas, se
manejarán en este subcapítulo, valores gruesos que den idea del agua aprovechable que
puede retener un suelo dado, de acuerdo principalmente a su textura, densidad aparente y
profundidad.
En el cuadro 7.2 se presentan valores de diferentes láminas de agua aprovechable, que
pueden ser almacenadas por tres suelos de distintos grupos texturales.
Para obtener dichos valores se utilizó la fórmula (26).
(CC-PMP). Da. Prof
L = ____________________..........................................................................
100
Donde:
L  Lámina de agua aprovechable almacenada (cm)
CC  Contenido de humedad a capacidad de campo (%)
PMP  Contenido de humedad a punto de marchitez permanente (%)
Da  Densidad aparente del suelo (g/cm3)
Prof  Profundidad del suelo (cm)
(26)
Cuadro 7.1.Datos de precipitación mensual (mm) para definir la cantidad y
distribución de la lluvia (Huamantla. Tlax.)
Años
E
1951
11
1952
14
1953
1
1954
0
1955
15
1956
4
1957
0
1958
68
1959
5
1951
118
1959
Promedio 13
F
0
0
7
26
0
1
34
18
2
96
M
16
0
8
9
0
5
3
0
1
42
A
1
91
33
64
14
37
71
18
29
358
M
J
123 223
192 153
32 278
124 103
80 152
149 219
70
93
128 128
65 133
963 1392
11
5
40
155
107
FUENTE: Servicio Meteorológico Mexicano.
J
166
95
92
79
107
99
71
91
158
958
A
S
O
N
D Anual
110 108
7
25
0
790
87
68
6
65 Inap 771
168 58
70 18 11
776
86
91 123 12
0
717
95 234 37 17 21
772
56 103
4
5
2
684
32 120 26 19
0
539
126 167 37 52 32
865
124 95 170 Inap Inap 782
884 1044 480 214 66 6696
106
98
116
53
24
7
744
Cuadro 7.2. Lámina de agua aprovechable almacenada en función de la textura y la
profundidad (Valores expresados en mm).
Profundidad del
suelo (cm)
Gruesa
10
11.2
20
22.4
30
33.6
40
44.8
50
56.0
60
67.2
70
78.4
80
89.6
90
100.8
100
112.0
110
123.2
120
134.4
130
145.6
140
156.8
150
168.0
Algunas conversiones útiles.
1 mm de lámina = 1 litro /m2 = 10 m3 / ha.
TEXTURA
Media
16.9
22.8
50.7
67.6
84.5
101.4
118.3
135.2
152.1
169.0
185.9
202.8
219.7
236.6
253.5
Fina
24.2
48.4
72.6
96.8
121.0
145.2
169.4
193.6
217.8
242.0
266.2
190.4
314.6
338.8
363.0
Los valores que se utilizan para CC, PMP, y para Da, corresponden a los siguientes
parámetros:
TEXTURA
Gruesa
Media
Fina
Da
1.6
1.3
1.1
CC
12%
25%
47%
PMP
5%
12%
25%
Los valores del cuadro 7.2 con útiles en la planeación de los sistemas de captación in situ.
7.2.3. Cultivos
a) Para seleccionar los cultivos que se producirán mediante los sistemas de capitación, hay
que tomar en cuenta en primer lugar, la importancia tanto económica como social de estos
cultivos en el área de trabajo.
b) Una vez seleccionados los cultivos, se determinan las necesidades mínimas de agua que
requieren para su desarrollo; de esta manera se define si es necesario establecer obras de
captación, o si la cantidad de agua que llueve es suficiente para el cultivo (al comparar la
demanda de agua de éste con el aporte de humedad de las lluvias).
El agua que los cultivos necesitan para su desarrollo se puede estimar a través del Uso
Consuntivo (UC) mismo que se define como la cantidad de agua que la planta requiere para
transpirar y formar tejido celular, más el agua que se evapora del suelo donde crece.
Uno de los mejores métodos por su aproximación y facilidad para determinar el UC de los
cultivos es el de Blaney y Criddle.
Dicho método utiliza la fórmula (27):
UC = K F ..........................................................................................................
(27)
Donde:
UC  Uso consuntivo
K  Coeficiente que depende del cultivo
n
(f)
F∑
i=1
(f) es un valor mensual que está en función de la temperatura y el porcentaje de horas-luz
del mes con respecto al total anual, que se determina mediante la, fórmula (28).
f = Kt
P...........................................................................................................
(28)
Donde: Kt es un coeficiente que depende de la temperatura media mensual expresada en °C
y se encuentra en el cuadro lA del apéndice; y P es el porcentaje de horas-luz del mes que
se obtiene en el cuadro 2A del apéndice para las diferentes latitudes de México.
Una vez determinado F de la fórmula (27) queda por determinar K. Como K es un
coeficiente total (anual) que depende del cultivo y para este caso interesa determinarlo en
forma mensual, es necesario dividirlo en etapas de desarrollo de las plantas (coeficiente de
desarrollo) y se identifica como Kc.
Dichos Kc van de O a 100% de desarrollo de las plantas, debido a esto, es necesario
fraccionar ese 100% de desarrollo entre los meses que tarde el cultivo en alcanzarlo,
pudiendo de esta manera determinar los Kc mensuales, así como también obtener el UC por
mes, mismo que se compara con las precipitaciones mensuales para saber si es o no
necesario, hacer obras de captación.
Un ejemplo práctico para determinar el UC mensual es el siguiente:
Cultivo:
Maíz para grano; ciclo vegetativo: 150 días; variedad criollo amarillo
Fecha de siembra:
1° de abril
Zona:
Huamantla, Tlaxcala
Latitud norte:
20°
Para facilidad en el manejo de los datos, se puede elaborar un cuadro como el 7.3 que
muestra cómo se van obteniendo los factores a partir de los datos señalados.
Primeramente se procede a obtener las temperaturas promedio para cada uno de los meses
en que se tiene establecido el cultivo (columna 1, cuadro 7.3). Esta información se obtiene
del reverso de la carta de climas editada por la CETENAL correspondiente al área de
trabajo (en este caso la carta 14 Q-VI, estación Núm. 29-004).
A continuación se obtiene el porcentaje de horas-luz en el día para cada mes del período
abril - agosto en relación al número total en un año (Factor P) para la latitud de Huamantla,
Tlax. (20°). Esta información se obtiene del cuadro 2A del apéndice y se coloca en la
columna 2 del cuadro 7.3.
Posteriormente se calcula el coeficiente Kt que depende de la temperatura media mensual.
De esta forma, la columna 3 del cuadro 7.3., estará dada por el valor de Kt que aparece en
el cuadro 1A del apéndice, correspondiente a la temperatura medía mensual de la columna
1.
El valor mensual dado por la temperatura y el porcentaje de horas-luz (valor de f), se
obtiene al multiplicar las columnas 2 y 3 del cuadro 7.3. Este producto se coloca en la
columna 4 de dicho cuadro.
Finalmente se obtiene el coeficiente de desarrollo Kc del maíz para el cálculo del uso
consuntivo. Para este fin, debe fraccionarse el 100% del desarrollo entre los meses que
tarde el cultivo en alcanzarlo, en este caso cinco meses, por lo cual cada mes representa el
20% del desarrollo total del cultivo. En el cuadro 3A se obtienen los valores de Kc para
maíz correspondientes a 20, 40, 60, 80 y 100% del desarrollo del cultivo, los cuales se
colocan en la columna 5 del cuadro 7.3.
Cuadro 7.3. Secuencia para calcular el uso consuntivo del maíz con un ciclo vegetativo
de 150 días para la zona de Huamantla, Tlaxcala.
Mes
(1)
Temp.
Media °C
(2)
Valor de
P
Cuadro
2A
(3)
Factor
Kt
Cuadro 1A
(4)
Valor f
P X Kt
(2) X (3)
(5)
Valor Kc
Cuadro 3A
(6)
Uso
consuntivo
(cm) (4)x(5)
(7)
Uso
consuntivo
Acumulado
(cm)
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
18.0
18.1
18.1
16.9
18.0
8.53
9.14
9.00
9.23
8.95
1.313
1.322
1.322
1.219
1.313
11.20
12.08
11.90
11.25
11.75
0.60
0.90
1.08
1.00
0.85
6.72
10.87
12.85
11.25
9.99
6.72
17.59
30.44
41.69
51.68
El uso consuntivo mensual se obtiene al multiplicar el Kc (columna 5) por el valor de f
(columna 4). Este producto se coloca en la columna 6 del cuadro 7.3.
Si se desea conocer el UC del cultivo en diferentes etapas de desarrollo, entonces puede
elaborarse una última columna (7) con el UC acumulado.
De este ejemplo se deduce, en primer lugar, que las necesidades de agua para el maíz en esa
zona son aproximadamente de 517 mm, durante el ciclo de cultivo (abril-agosto).
7.3. Diagnóstico sobre la necesidad de las obras de captación in situ
Una vez realizado el análisis de la precipitación y el análisis del consumo de agua por el
cultivo seleccionado, el siguiente paso es determinar si son necesarias las obras de
captación, para lo cual se puede hacer un cuadro de las demandas de agua del cultivo por
mes, durante el ciclo de desarrollo2 y de la precipitación en los meses3 de tal forma que se
puedan analizar las deficiencias o excesos de agua, como se observa en el cuadro 7.4.
En la columna (3) del cuadro 7.4 se muestra que en la etapa de desarrollo del cultivo se
tienen deficiencias de agua, y éstas son del orden de 18 mm, lo que indica que es necesario
realizar obras de captación para destinar áreas adicionales al escurrimiento y así poder
satisfacer las demandas del cultivo.
En la figura 7.2 se grafican los valores de probabilidad de lluvia al 50% y uso consuntivo,
donde se aprecia que el área achurada indica necesidades de agua.
Con el objeto de ilustrar mejor todos los puntos anteriores, se seguirá en forma completa el
procedimiento general en el ejemplo siguiente:
2
El UC mensual se obtiene de la columna 6 del cuadro 7.3.
3
Si se cuenta con registros pluviométricos para varios años del área de estudio, debe trabajarse con la precipitación mensual con
una probabilidad del 50% (este procedimiento se explica en el capitulo 2). En caso contrario, puede utilizarse la precipitación media
mensual que aparece en la carta de climas de la CETENAL.
Cuadro 7.4. Evaluación del déficit y excedentes de agua al comparar el uso consuntivo
mensual con la lluvia mensual para la zona de Huamantla, Tlaxcala (Probabilidad de
lluvia al 50%)
Mes
Lluvia media
Uso consuntivo
Balance hídrico
(mm)
(mm)
(mm)
(1)
(2)
(3)
Abril
33
67
-34
Mayo
123
109
+14
Junio
152
129
+23
Julio
95
113
-18
Agosto
__95_
__100__
__-5__
TOTAL
498
518
-20
Figura 7.2. Balance hídrico entre la lluvia mensual con una probabilidad del 50% y el
uso consuntivo del maíz para la zona Huamantla, Tlaxcala.
7.4. Ejemplo del procedimiento general para diagnosticar la necesidad de las obras de
captación
Datos:
Cultivo:
Ciclo:
Fecha siembra:
Lugar:
Latitud norte:
Frijol
3 meses
1° junio
Pachuca, Hgo.
20°15' (Aprox.)
1° Determinar la lluvia que se espera para el siguiente ciclo.
a) Se obtienen de la estación meteorológica de Pachuca, Hgo., datos de cuando menos
nueve años de la precipitación mensual, se determina la lluvia con probabilidad del 50%
para esos meses en un cuadro como el siguiente :
Mes
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
TOTAL
Probabilidad de lluvia al 50% para nueve
años de la lluvia media mensual en
Pachuca, Hgo. (1951-1959) (mm)
Inap
1
Inap
25
37
53
47
37
69
22
5
1
297
2° Se determina el UC del frijol en la zona de Pachuca, Hgo., siguiendo los pasos que a
continuación se detallan:
a) Obtener la temperatura media para los meses en que se desarrolla el cultivo en base a
registros meteorológicos o información de las cartas de la CETENAL.
Junio = 15.4 °C
Julio = 14.2°C
Agosto = 14.7°C
b) Se determinan los valores de p para la latitud norte 20° y para los meses de junio, julio y
agosto, del cuadro 2A del apéndice.
Junio valor de p = 9.00
Julio valor de p = 9.23
Agosto valor de p = 8.95
o) Se obtiene el factor Kt del cuadro 1A del apéndice para las temperaturas medias de los
meses de junio, julio y agosto.
Junio Temp = 15.4°C Factor Kt = 1.095
Julio Temp = 14.2°C Factor Kt = 1.000
Agosto Temp = 14.7°C Factor Kt = 1.039
d) Se calcula el valor de f multiplicando los valores de p por el factor Kt de los
correspondientes meses.
Junio 9.00 X 1.095; f = 9.86
Julio 9.23 X 1.000; f = 9.23
Agosto 8.95 X 1.039; f = 9.30
e) Se obtiene el coeficiente de desarrollo Kc del frijol. para cada etapa mensual del ciclo del
cultivo en base a la información del cuadro 3A del apéndice.
Junio 33.3% del desarrollo Kc = 0.94
Julio 66.6% del desarrollo Kc = 1.05
Agosto 99.9% del desarrollo Kc = 0.65
f) Multiplicando Kc por f se obtiene el UC del frijol para cada mes.
Junio 9.86 X 0.94 =
9.27 cm = 93 mm
Julio 9.23 X 1.05 =
9.70 cm = 97 mm
Agosto 9.30 X 0.65 = 6.04 cm = 60_ mm
250 mm
3° Se elabora un cuadro para el diagnóstico:
Mes
Junio
Julio
Agosto
TOTAL
Lluvia 50%
Prob. (mm)
53
47
37
137
Uso Consuntivo Balance Hídrico
(mm)
(mm)
93
-40
97
-50
60
-23
250
-113
Se puede elaborar una figura similar a la 7.2 para hacer más objetiva la necesidad de agua
para el Cultivo, o puede dejarse este cuadro; de cualquier forma, puede verse claramente
que es necesario realizar obras de captación.
La información obtenida en el cuadro anterior, se utiliza en la fórmula de Anaya y
colaboradores para determinar qué superficie extra se debe dedicar al área de escurrimiento.
7.5. Sistemas de captación in situ del agua de lluvia
Un sistema de captación del agua de lluvia consiste en dedicar una parte del terreno al
escurrimiento del agua (área de escurrimiento -Ae) y otra parte del terreno a almacenar el
agua que previamente escurrió (área de almacenaje -As). Ambas áreas deben estar
acondicionadas para que cumplan con sus objetivos eficientemente.
Como ejemplo de un sistema de captación se tiene a la cuenca de aportación de una presa,
en donde la cuenca representa al área de escurrimiento y el vaso de la presa constituye el
área de almacenamiento. Otro ejemplo, típico en zonas de baja precipitación, está
constituido por los techos de las casas que corresponden al área de escurrimiento y los
depósitos o cisternas que actúan como área de almacenamiento.
La captación in situ del agua de lluvia, para nuestro caso, se diferencia de la captación
general básicamente en tres aspectos:
a) Porque el sistema de captación se realiza exclusivamente para emplearlo en cultivos
básicos, forrajeros, industriales, vegetación nativa y frutales.
b) porque el área de escurrimiento (Ae), está formada por microcuencas que aportan
cantidades adicionales de agua y no tienen que conducirla a grandes distancias, ya
que dicha área (Ae) está adyacente al área destinada al almacenamiento (As).
c) Porque el área de almacenamiento (As), es el mismo suelo en el cual se desarrollan
las raíces de los cultivos.
Con estas consideraciones, es importante:
1) Buscar cómo aumentar la eficiencia en el escurrimiento del Ae; es decir, que escurra
más agua para que aumente el volumen que llega al área de almacenamiento.
2) Buscar cómo aumentar la capacidad de retención de humedad del suelo, para que
almacene mayor cantidad de agua aprovechable en la zona de raíces.
3) Buscar cómo reducir las pérdidas del agua aprovechable que ha sido almacenada en
el suelo, sean éstas, pérdidas por evaporación del propio suelo o por transpiración
de plantas indeseables.
7.5.1. Acondicionamiento de las áreas de escurrimiento y del área de almacenaje o
siembra
a) Acondicionamiento del área de escurrimiento (Ae)
1) Limpieza de la superficie correspondiente al (Ae). Esta se realiza con el fin de eliminar
todo impedimento físico que pueda obstruir el libre escurrimiento del agua.
2) Compactación de la superficie del área de escurrimiento. Esta se hace con el propósito
de evitar al máximo las pérdidas por infiltración del agua en el suelo correspondiente al
Ae; y que escurra más agua hacia el As.
3) Modificación de la pendiente del Ae. Esta se lleva a efecto si es necesario para inducir
el escurrimiento del agua hacia el área de almacenamiento.
4) Productos artificiales que cubran el Ae. Estos productos pueden ser: cemento, láminas
de cartón aceitado, ladrillo, polietileno, etcétera.
5) Productos químicos que al aplicarlos en el Ae provocan mayor coeficiente de
escurrimiento, tales como: asfalto, aceites, sales, polímeros, materiales bituminosos,
parafinas, etcétera.
La utilización de los diferentes procesos y de los diferentes productos, así como la
combinación de ellos, señalados en los puntos anteriores (y los que se señalen para el área
de almacenamiento) dependerá básicamente de la disponibilidad de ellos, de los recursos
con que se cuente para emplearlos, de las deficiencias de agua y del criterio propio.
b) Coeficiente de escurrimiento (C)
El coeficiente de escurrimiento es el porcentaje del agua de lluvia que no es interceptado,
infiltrado ni evaporado y que escurre hasta el sitio de interés. Se expresa en términos
fraccionarios.
El coeficiente de escurrimiento depende de varios factores, a saber:
a) Precipitación. Afecta el escurrimiento, de acuerdo con la intensidad, la duración y
la frecuencia con que se presenten las lluvias.
b) Suelo. Los factores que influyen en el escurrimiento son: textura, estructura,
porosidad, profundidad del suelo, materia orgánica, grado de compactación del
terreno y el contenido de humedad que tenga el suelo.
Acondicionamiento del Ae. Es obvio que el (C) se puede modificar, según el
acondicionamiento que se haga de la microcuenca o Ae.
Pendiente del Ae. A mayor pendiente, el (C) aumenta para un mismo terreno.
El coeficiente de escurrimiento estimado para terrenos con pendientes de 0 a 5% es de 0.30
para suelos de textura gruesa, de 0.5 para textura media y de 0.60 para suelos de textura
fina y compacta. En el cuadro 7.5 se presentan coeficientes de escurrimiento de algunos
materiales que pueden ser utilizados como impermeabilizantes aplicados sobre el área de
escurrimiento.
Cuadro 7.5. Coeficiente de escurrimiento (C) para diferentes materiales aplicados
sobre el área de escurrimiento
Asfalto de 0.70 a 0.95
Concreto de 0.80 a 0.95
Ladrillo de 0.70 a 0.85
Polietileno de 0.85 a o. 95
Parafina de 0.70 a 075
Sal común de 0.50 a 0.64
La importancia del coeficiente de escurrimiento, radica principalmente en dos situaciones:
1. A mayor coeficiente de escurrimiento, mayor cantidad de agua captada que puede llegar
al área de almacenaje en beneficio o perjuicio del cultivo si dicha cantidad de agua es
excesiva.
2. Para determinar el tamaño de la microcuenca que para nuestro caso es el Ae, es preciso
estimar el (C) ya que si éste es mayor, la microcuenca puede reducirse en tamaño y lo
contrario, en caso de que (C) sea menor.
El tamaño de la microcuenca estará en función de: a) la cantidad de agua requerida para el
cultivo seleccionado, y b) el coeficiente de escurrimiento (C) que dependerá del
acondicionamiento del Ae.
Para trabajos de mayor precisión puede calcularse el valor de (C) en el área de
escurrimiento para cada localidad, la determinación del valor de (C) deberá hacerse
mediante el establecimiento de parcelas de escurrimiento de 1 m de ancho por un largo
equivalente al área de escurrimiento y determinando el coeficiente después de cada lluvia.
El valor de (C) será entonces el promedio obtenido durante un ciclo de observaciones.
c) Acondicionamiento del área de almacenaje y siembra (As)
1) Práctica de labranza en el As.
Estas se realizan para mejorar las condiciones físicas del suelo y para aumentar su
capacidad de almacenamiento. Algunas prácticas son: subsoleo, barbecho, rastra y
modificación o inversión de perfil, como el que se realiza al sembrar árboles frutales, en
donde la capa más profunda del suelo de la cepa se deposita en la parte más superficial y
viceversa.
2) Adiciones de materia orgánica en el área de almacenamiento y siembra.
Estas se hacen con el fin de mejorar la estructura del suelo, aumentar la capacidad de
retención de humedad y en consecuencia, la cantidad de agua almacenada. Algunos
productos que se pueden adicionar son: abonos verdes, estiércoles, residuos de cosechas,
compostas, etcétera.
3) Coberturas sobre el área de siembra (As).
Las coberturas se colocan sobre el As, con el fin de reducir las pérdidas por evaporación de
la humedad del suelo. Algunas coberturas que se emplean son: rastrojo, grava o piedra,
residuos de cosechas, polietilenos, etcétera.
7.5.2. Métodos de captación in situ utilizando la fórmula de Anaya et al., (1976) para
determinar el área de escurrimiento
Conociendo las cantidades de agua que necesita un cultivo y que no pueden ser satisfechas
por la lluvia, se utiliza una fórmula de fácil aplicación encontrada por Anaya y
colaboradores, con la que es posible determinar las superficies que deben dedicarse a
escurrimientos ya almacenaje dentro de un sistema de captación in situ.
En dicha fórmula se considera que el área de captación (Ac) es la superficie que los
agricultores tradicionalmente dedican a cada cultivo en particular (cuando no se ha
realizado una obra de captación). Ejemplo: En Puebla acostumbran sembrar el maíz a 90
cm entre hileras ya 50 cm entre matas, lo que da una superficie de captación (Ac) de 90 X
50 = 4500 cm/mata.
Se puede decir entonces que dentro de estos 4 500 cm están consideradas tanto el As como
el Ae. Otro ejemplo es en el caso del frijol, el cual lo siembran a 70 cm entre hileras y a 15
cm entre matas, lo que da una superficie de captación de 1050 cm, ahora bien, si a estos
cultivos se les realiza obras de captación in situ, probablemente la distancia entre hileras
aumente por ejemplo a 112 cm para el maíz ya 82 cm para el frijol; quedando la misma
distancia entre matas que se tenia antes de efectuar la obra de captación.
En resumen, la distancia entre hileras para cada cultivo que los agricultores de cada zona
acostumbren utilizar tradicionalmente, será para la fórmula de Anaya et al., el área de
siembra (As), por otro lado el área de escurrimiento (Ae), será la superficie adicional que se
agregue al As,
La fórmula es la siguiente:
Ac = As + _1_(UC-P x As) .....................................................
C
P
(29)
Donde:
Ac = Tamaño de la microcuenca.
As = Área de siembra que los agricultores tradicionalmente utilizan según el cultivo
C = Coeficiente de escurrimiento en el Ae. (Ver cuadro 7.5.)
UC-P = Total de deficiencias mensuales de agua durante el ciclo vegetativo del Cultivo
P = Total de la lluvia que cae en el tiempo que dure en desarrollarse el cultivo
Dos ejemplos de aplicación de la fórmula de Anaya et al., para determinar el área de
captación in situ son:
1° Del ejemplo del procedimiento general para diagnosticar la necesidad de la obra de
captación que para el caso del frijol se incluye en este, capítulo, se tiene lo siguiente:
Mes
Lluvia 50%
Prob. (mm)
Junio
Julio
Agosto
TOTAL
53
47
37
137
Uso
Balance
Consuntivo del
Hídrico (mm)
frijol (mm)
93
-40
97
-50
60
-23
250
-113
Sustituyendo valores en la fórmula (29).
UC-P = 113
P = 137
As = 70 cm de separación entre hileras para el frijol (método tradicional)
C = 0.50 (textura media con menos del 5% de pendiente y compactada)
Aplicando la fórmula (29) se tiene:
Ac = 70 + _1_ ( 113 x 70)
0.50 137
Ac = 70 + 2.00 (0.8 x 70)
Ac = 70 + 2.00 x 56
Ac = As + Ae
Ac = 70 + 112
Ac = 182 cm
Esto quiere decir que en lugar de sembrar el frijol a una distancia de 70 cm entre
hileras, deberá sembrarse a una distancia de 182 cm aproximadamente para
satisfacer las necesidades hídricas del cultivo. La distancia entre matas permanece
inalterada.
2°
El ejemplo que a continuación se detalla, es el descrito anteriormente para la región
de Huamantla, Tlax., con el cultivo de maíz, en el que se obtuvieron los siguientes datos:
Mes
Abril
Mayo
Junio
Julio
Agosto
TOTAL
Lluvia 50%
Prob. (mm)
33
123
152
95
95
498
Uso Consuntivo
Balance
del maíz (mm) Hídrico (mm)
67
-34
109
+14
129
+23
113
-18
100
-5
518
-20
Sustituyendo los valores en la fórmula (29) se tiene:
UC-P = 20
P = 498
As = 90 cm de separación entre hileras para maíz
C = 0.50 (textura media con menos del 5% de la superficie sin compactar)
Aplicando la fórmula tenemos:
Ac = 90 + _1.0_ ( 20 x 90)
0.50
498
Ac = 90 + 2 (0.04 x 70)
Ac = 90 + 2 (3.6)
Ac = 90 + 7.2
Ac = 97 cm
Cuado el valor calculado del área de escurrimiento que se a agregar al área de siembra se
menor que el 10% con respecto al As como en el caso anterior, no es recomendable
considerarlo; por lo tanto, es más conveniente continuar con la distancia tradicional.
Cuando se disponga de recursos económicos y de los materiales necesarios para
impermeabilizar el Ae con el objeto de aumentar el coeficiente de escurrimiento de dicha
área y a la vez de reducir su tamaño, lo único que se debe hacer es sustituir en la fórmula el
valor del coeficiente de escurrimiento del material empleado para tal fin (ver cuadro 7.5.).
Cabe mencionar que esta fórmula representa una importante herramienta de investigación
y/o experimentación para encontrar el tamaño adecuado de la microcuenca de captación de
agua de lluvia para cultivos en hilera, tupido y frutales.
7.5.2.1. Aplicación de la fórmula de Anaya et al., para cultivos en hilera.
a) Diseño
Dentro del sistema de captación de lluvia in situ, para cultivos de escarda, el método más
recomendable es el del distanciamiento entre hileras, el cual consiste en sembrar el cultivo
seleccionado en surcos cuya separación se calcula mediante la fórmula antes mencionada,
sin olvidar la topografía del terreno en que se va a trabajar ni la disponibilidad de
implementos con los que cuente el agricultor.
Para utilizar la fórmula de Anaya et al., las unidades de As deben estar dadas en cm para
que el Ac obtenido esté dado en esas mismas unidades.
b) Trazo
Para el trazo de cultivos en hilera se debe considerar, en primer término, el valor de la
distancia calculada para la separación entre hileras que se debe emplear para la región y el
cultivo seleccionado. Como paso inicial, se trazan sobre el terreno curvas a nivel que
servirán como guía para la construcción de los surcos.
Cuando se dispone de maquinaria, la separación de los arados sobre la barra portaherramienta debe ser igual a la distancia calculada para la separación entre hileras de plantas. Si se dispone únicamente de arados de tracción animal se debe tener cuidado de trazar
los surcos sobre el terreno a la distancia calculada, siguiéndose el trazo en sentido
transversal a la pendiente, de tal manera que los surcos adopten la forma que se observa en
la figura 7.3.
c) Construcción
Para facilitar la infiltración del agua en el área de siembra (As) se recomienda subsolear y
dar un paso de arado, cinceles u otro implemento para propiciar un mejor desarrollo de las
raíces.
Figura 7.3. Aplicación experimental de 'la fórmula de Anaya et al. (1976) para
calcular la distancia entre hileras de acuerdo a los factores suelo-planta-precipitación
(Valle del Mezquital, Hgo.)
Posteriormente, con un arado de vertedera, una pequeña bordeadora o un arado modificado,
se construyen los surcos, siguiendo las curvas a nivel.
Una sugerencia para la construcción es el empleo de un arado de reja modificado, esta
modificación consiste en agregar una solera de metal o de madera al ala del arado, la
función de este implemento es que al construir los surcos, la solera colocada al lado del ala,
extienda de manera uniforme la tierra que voltea la vertedera del arado, dándole la
pendiente adecuada al talud del surco superior.
El largo de la solera debe ser igual a la distancia que existe entre el fondo del surco y la
parte más alta del mismo, considerando el talud más ancho del surco. En la figura 7.4 se
muestra un implemento de tracción animal, consistente en un arado de doble vertedera y en
una de ellas se observa la adaptación de una solera.
El método de siembra que se debe emplear en este sistema debe adaptarse a las condiciones
de suelo y precipitación principalmente. Si las lluvias son de alta intensidad y el suelo es de
textura pesada, se recomienda sembrar en el talud o en lo alto del surco para evitar el efecto
de la inundación y que el sistema radical no esté bien aireado, sobre todo en las primeras
etapas del cultivo. Si se trata de lluvias de baja intensidad o bien si el suelo presenta una
alta permeabilidad, se recomienda sembrar en el fondo del surco para tener la máxima
concentración de agua.
Otra forma de efectuar la siembra bajo este sistema, consiste en seguir el método
tradicional, o sea el de preparar el terreno mediante subsoleo, barbecho (si es que lo
requiere) y uno 0 dos pasos de rastra; posteriormente a esta preparación, se siembra el
cultivo en hileras, a la distancia calculada. Llegado el momento de la primera escarda, se
utiliza una cultivadora para eliminar las malas hierbas y aflojar ligeramente la superficie del
suelo entre las hileras; una vez realizada esta operación, se procede a construir el talud del
surco, requiriéndose para ello de un arado de doble vertedera modificado (ver figura 7.4.).
Una ventaja que presenta este sistema es que se puede eliminar la hierba en forma
mecánica, se propicia una mejor aireación del suelo y se da un aporque a la planta para
prevenir el acame, además de que los surcos después de esta labor, están en condiciones de
concentrar el agua en una zona vecina al área de raíces, lo que reduce las posibilidades de
que puedan ser afectadas por efectos de inundación.
Figura 7.4. Arado de doble vertedera, modificado para la construcción de bordería
7.5.2.2. Aplicación de la fórmula de Anaya et al., para cultivos tupidos.
a) Diseño
El diseño para cultivos tupidos se debe ajustar a las condiciones topográficas del terreno, ya
la cantidad y distribución de la precipitación. El diseño puede hacerse, si la pendiente es
uniforme, aplicando el principio de la terraza de Zingg (ver capitulo V de Prácticas
Mecánicas).
El ancho de la microcuenca se calcula mediante la fórmula de Anaya et al., considerando
como área de siembra el ancho de la faja que se desee sembrar, el cual deberá ser un
múltiplo del ancho de los implementos agrícolas a usar, bien sean de tracción mecánica o
de tracción animal. En este caso, al aplicar la fórmula de Anaya et al., el As debe estar en
metros para que el Ac calculada esté dada también en esas unidades. (Ver figura 7.5.).
b) Trazo
Para el trazo de las microcuencas de captación para cultivos tupidos, se deben seguir los
siguientes pasos:
1° Trazar curvas a nivel, cuya separación entre sí sea igual a la distancia calculada.
2° Delimitar el área de escurrimiento y el área de siembra.
Figura 7.5. Aplicación experimental de la fórmula de Anaya el al. (1976) para calcular
el área dedicada a escurrimiento en cultivos tupidos. Chapingo, México
c) Construcción
La construcción se hará de acuerdo a los siguientes pasos:
1° Sobre las curvas a nivel se construyen bordos, cuya altura sea capaz de retener el
volumen de agua que capte la microcuenca.
2° El área destinada a escurrimiento se debe localizar en la parte superior de la
microcuenca, a esta área se le deben hacer las labores siguientes:
1) Eliminar de la superficie toda clase de objetos que impidan el libre escurrimiento,
tales como piedras, ramas, arbustos, etcétera.
2) Emparejar la superficie para uniformizarla.
3) Compactar la superficie, si es necesario, con un rodillo de metal o de concreto.
Los pasos 2 y 3 pueden omitirse si no se cuenta con los recursos necesarios.
3° El área destinada a la siembra se debe acondicionar mediante las labores siguientes:
1) Preparación del suelo para la siembra.
2) Dar un paso de subsuelo o con cinceles, para propiciar la infiltración y reducir la
evaporación. Esta labor se realizará siempre y cuando la textura y la estructura del
suelo lo requieran.
3) Nivelación o emparejamiento de la superficie del suelo para una mejor distribución
del agua.
4) Aplicar materia orgánica para aumentarla capacidad de retención de la humedad.
7.5.2.3. Aplicación de la fórmula de Anaya et al. para frutales.
a) Diseño
El diseño de las microcuencas para frutales debe adaptarse a las condiciones topográficas
del terreno, y como en los dos casos anteriores, dependerá de los factores siguientes: tipo de
frutal, cantidad y distribución de la precipitación y de las características del suelo, los
cuales al conjugarse en la fórmula de Anaya et al., determinan el tamaño y las
características que debe tener la microcuenca.
El As inicial se obtiene de las recomendaciones generales dadas para frutales. Por ejemplo,
las plantaciones de aguacate normalmente se realizan a distancias entre plantas de 10 m, lo
que implica al utilizar la fórmula de Anaya et al., un As = 100 m2; con lo que el Ac
calculado también estará dado en m2.
El Ac resultante puede acomodarse en el campo de diferentes formas de acuerdo a las
necesidades de manejo del huerto. Por ejemplo, un Ac = 25 m2 puede formarse de varias
maneras, 5 X 5, 6 X 4.15, etc. ; de modo que la disposición a seleccionar sea aquella que
permita mayor facilidad en la operación del huerto.
b) Trazo
Para hacer el trazo definitivo de microcuencas para frutales, es de suma importancia
considerar el uso consuntivo de ese frutal cuando llegue a su máximo desarrollo, y utilizar
este dato en la fórmula, para calcular el tamaño de la microcuenca. Este método es
aplicable a frutales aislados o bien en el establecimiento de un huerto, bajo un sistema de
microcuencas.
En el trazo del huerto en áreas planas se debe seguir, de preferencia, los métodos
tradicionales de distribución de árboles tales como el marco real, tresbolillo, etc., aunque en
huertos en terrenos inclinados, el más conveniente es el de tresbolillo; en cualquier caso
debe tenerse cuidado que la distancia entre árboles y la distancia entre hileras se ajusten a
las dimensiones previamente establecidas, para que la superficie dedicada a cada frutal
corresponda al tamaño de la microcuenca. ,
El trazo de las microcuencas deberá considerar también algunas condiciones del terreno.
Por ejemplo, si se trata de un terreno plano, el trazo se deberá hacer, de acuerdo a las
características del viento o bien de la disponibilidad de luz solar.
Si se trata de un terreno con pendiente uniforme, el trazo se deberá hacer, siguiendo curvas
a nivel que se deberán trazar previamente.
Si el terreno es accidentado, se deberán trazar, hasta donde sea posible, curvas a nivel y
distribuir a los árboles de acuerdo al método antes mencionado, de tal forma que la
construcción de las microcuencas no implique un movimiento excesivo de tierra.
Cuando el terreno presente una topografía accidentada, las microcuencas deberán adaptarse
conforme se presenta el relieve. Algunas de estas consideraciones se analizan más
ampliamente en el capítulo 10 de Control de la Erosión en Terrenos no Arables.
c) Construcción
Cuando se ha delimitado el tamaño de las microcuencas y se ha hecho el trazo de las
mismas sobre el terreno, se procede a su construcción.
En la construcción de la microcuenca se deben considerar tres aspectos:
1) Preparación del área de siembra.
2) 2) Construcción de los bordos.
3) Acondicionamiento del área de escurrimiento.
1) Preparación del área de siembra
Cuando se trate de suelos profundos (1 m o más) la plantación se puede hacer en dos
formas:
1. Si se dispone de maquinaria, se usa un arado zanjeador, el cual abre una zanja de 50 a 70
cm de profundidad en la hilera donde se colocarán los árboles, después se marca la
distancia que deberá existir entre cada árbol y en este sitio se agregará estiércol o composta,
recomendándose que cubra una longitud aproximada de 2 m, lo ancho de la zanja y una
profundidad de 20 a 30 cm, sobre esta capa se coloca una capa delgada de suelo se coloca
el árbol y se rellena con suelo; con el tractor se llena el resto de la zanja. ,
2. Otra forma de plantación de los frutales es hacer cepas, en este caso, éstas se harán de 1
m2 y de 60 cm de profundidad, el relleno se hará al igual que se explicó para la zanja.
Cuando se trate de suelos superficiales o de tepetate se recomienda hacer cepas de 2 X 2 m
y de 60 cm de profundidad, el relleno de la cepa se hace igual que en el caso anterior.
Las cepas se deben construir en la parte más baja de la microcuenca, para facilitar el
escurrimiento del agua. El relleno de la cepa se debe hacer, de preferencia, con mate- rial
fino y rico en materia orgánica para que tenga una alta capacidad de retención y
almacenamiento del agua.
2) Construcción de bordos
Los bordos se pueden construir con mano de obra o bien con implementos agrícolas, tales
como arados bordeadores, cuchillas niveladoras o escrepas, estos implementos pueden ser
de tracción mecánica o bien de tracción animal.
Cuando la topografía es irregular, la construcción de los bordos se debe hacer, hasta donde
sea posible, con la cuchilla o escrepa y después, cerrar y afinar a mano los bordos y
emparejar el área de escurrimiento.
3) Acondicionamiento del área de escurrimiento
Habiéndose construido los bordos, se procede a emparejar la superficie interior para que
tenga la máxima eficiencia en el escurrimiento del agua, esta labor es manual y se hace
principalmente con el azadón y el rastrillo, como se observa en las figuras 7.6 y 7.7.
Figura 7.6. Vista del tamaño de la microcuenca para frutales calculada mediante la
fórmula de Anaya el al. (1976). Chapingo, México
En el caso de la topografía irregular, para evitar el movimiento excesivo de tierra dentro de
la microcuenca, se construyen en ella surcos colectores, cuya función es concentrar y
conducir el agua de lluvia hacia la zona de raíces.
Figura 7.7. Microcuenca vista en planta y &n un corte seccional. Las flechas indican
la dirección del escurrimiento. La sección c-d muestra el área de raíces y debe
corresponder a la parte más baja de la micro- cuenco. La distancia a-b es variable y
dependerá del frutal, de la precipitación y del coeficiente de escurrimiento. (National
Academy of Sciences).
Al quedar constituido un huerto bajo este sistema, se debe tomar en consideración qué
algunas veces se presentan lluvias de alta intensidad, las cuales podrían causar problemas
de inundaciones y llegar a romper los bordos, para ello se debe adaptar la superficie del
bordo inferior, de tal manera que ésta funcione como un vertedor de demasías. El vertedor
se recubre con pasto, con piedra o con cualquier otro material. En la parte más baja del
huerto se debe construir un canal que las conduzca a un almacenamiento. Además, a este
almacenamiento se le puede adaptar un sistema de bombeo, para riego suplementario a los
frutales en tiempo de sequía.
Para huertos en terrenos inclinados, el principio de las microcuencas puede adaptarse
también a los sistemas de zanja y bordo y de terrazas que se detallan en el capítulo 10.
7.6. Manejo de las microcuencas
Debido a que el tamaño de la microcuenca se calcula considerando los requerimientos de
agua del frutal en su estado de madurez, en los primeros años de establecido el huerto es
conveniente manejarlo de forma tal que los árboles pequeños no tengan problemas por
exceso de agua. Para ello se sugiere durante el primer año destinar tan sólo la cuarta parte
de la microcuenca a captación y el resto se puede utilizar con otro cultivo que puede ser
maíz, avena, frijol, etc. A medida que transcurre el tiempo y que las necesidades de agua
son mayores para el frutal, se aumenta el área de escurrimiento y se reduce la superficie
dedicada al otro cultivo, hasta que finalmente se utilice en su totalidad la microcuenca para
abastecer al árbol con la cantidad de agua requerida, tal como se observa en la figura 7.8.
Figura 7.8. Utilización eficiente del terreno en las primeras etapas de desarrollo de un
frutal (asociación nopal-cultivo anual). Chapingo, Méx.
La operación de las microcuencas, de esta forma a la vez de optimizar el manejo del agua,
permite al agricultor obtener utilidades con los cultivos anuales mientras el frutal es joven y
no genera cosecha alguna.
Para que los sistemas de microcuencas operen adecuadamente, es necesario mantener el
área limpia de malezas, reconstruir los bordos destruidos por tormentas inesperadas y en
general mantener el perfil de las sección como aparece en la figura 7.8.
7.7. Captación de agua de lluvia para riego suplementario
Bajo condiciones de temporal errático y con pocas lluvias de alta intensidad, se
recomienda almacenar el exceso de agua en almacenamientos superficiales, la cual servirá
para aplicar uno o más riegos suplementarios como puede observarse en la figura 7.9. Este
método se ha utilizado con éxito en India, China, África y otros países.
Figura 7.9. Diagrama de una cuenca utilizando la bordería para conducir exceso de
agua de lluvia a almacenamientos superficiales para posteriores aplicaciones de riegos
suplementarios (Kampen et al., 1974)
Bibliografía
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México.
FERNÁNDEZ, G.R. Relaciones Agua-Suelo-Planta. (Apuntes) Universidad de California,
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KAMPEN, J. 1974. Soil and water conservation and management in farming systems
research for the semi-arid tro- pics. Icrisat. India.
NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES. 1974. More water for arid landa. Promising
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ZINGG, A. W .and HAUSER, V .L. 1959. Terrace Benching to save potential runoff for
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