R. Chica1, J.Roldán2, M. Alcaide2, J. Martínez1, J. Reca1 |
1 Universidad de Almería. 2 Universidad de Córdoba. |
RESUMEN
La utilización de aguas residuales tratadas En sistemas de riego por goteo en zonas donde el agua es un recurso escaso puede suponer una aportación importante al balance hidrológico, y por otra parte una solución medioambiental al aprovechar dicho residuo. Para que el sistema de riego trabaje con la máxima eficiencia posible es necesario estudiar cómo se comportan los goteros de dicha instalación cuándo se utilizan dichas aguas, puesto que suelen ser elementos que contribuyen a la mala o buena uniformidad del riego.
1. INTRODUCCIÓN
La situación existente en el sudeste de España, concretamente en la provincia de Almería, en cuanto a un balance hidrológico bastante deficitario, y su base económica, sustentada en el cultivo intensivo de hortalizas bajo cobertura de plástico con una demanda creciente de agua, acentúan problemas tales como agotamiento de los acuíferos o su salinización y empobrecimiento. Luego, esta consideración como bien escaso está llevando a la búsqueda de nuevas fuentes de agua como son las aguas residuales (Iqbal, 1987; Godet y Brissaud, 1991; Oron y Demalach, 1987).
En este marco, el agua residual tratada junto con el empleo de métodos de aplicación localizada del agua, puede ser un recurso adicional para la agricultura.
Desde el punto de vista de la salud pública, la utilización de aguas residuales tratadas en sistemas de riego por goteo es considerado como el método de riego más conveniente, evita problemas de enfermedades a los usuarios, por arrastres aéreos (Asano y Pettygrove, 1987), puesto que el agua llevada a presión a cada planta por una red de canalizaciones se infiltra en el suelo tan pronto como sale del distribuidor, sin escurrir ni mantenerse encharcada en la superficie, ni tampoco ponerse en contacto con la parte aérea de la planta.
Por otra parte, este sistema de aplicación del agua permite el uso de aguas de baja calidad, como consecuencia de mantener un alto nivel de humedad en el suelo. De este modo, la posibilidad de uso de aguas residuales podría mejorar la eficiencia global del recurso.
Sin dejar de señalar otras ventajas adicionales de carácter medioambiental que también conlleva su uso, como son por una parte el menor potencial contaminante de las aguas subterráneas con el empleo de riego por goteo al aplicar menos dosis de riego, y por otra parte, darle ubicación y utilidad a un residuo líquido contaminante como es el agua residual.
Sin embargo, la calidad de estas aguas puede incrementar un problema esencial de los goteros como es su atascamiento (Abbott.1988), reduciendo la uniformidad de distribución (Bratls y col.,1981; Gilbert y col., 1981), debido a la carga que suelen llevar las aguas residuales tratadas, materias en suspensión de naturaleza mineral y orgánica, sales disueltas susceptibles de provocar obstrucciones de orden físico, biológico y de orden químico.
El uso de aguas residuales exige una serie de investigaciones encaminadas a:
1-Determinar los efectos agronómicos del agua residual
2-Estudiar la posibilidad de contaminación
3-Análisis hidráulico de los métodos de aplicación.
En este contexto y centrándonos en el tercer punto, nos va a interesar estudiar como se comportan hidráulicamente los distribuidores más utilizados en estos sistemas de riego, así cómo ver cuáles son más aptos para resistir a la obstrucción, en función de la calidad del agua residual usada.
Luego, el estudio de las posibilidades de aplicación de aguas residuales en sistemas localizados pueden favorecer el empleo de las mismas en zonas donde el recurso es muy escaso y es necesario optimizar su reuso.
2. OBJETIVOS
Podemos establecer así, que el objetivo de este trabajo es caracterizar la aptitud de los emisores más utilizados en los sistemas de riego por goteo de la provincia de Almería para la utilización de aguas residuales. A tal fin, se ha establecido un programa de ensayos que permite determinar la variación de los parámetros que describen al gotero y su posibilidad de atascamiento.
3. ANTECEDENTES
La utilización de aguas residuales en sistemas de riego por goteo ha sido de aplicación muy reciente, aunque no así el uso de estas aguas con otros sistemas de riego. La aplicación agrícola del agua residual depurada es una práctica bien desarrollada en grandes extensiones de terreno, en zonas áridas o semiáridas de muchos países, alcanzándose en algunos casos a utilizar del 70 al 85% de los caudales generados (Sala, 1991). En España viene siendo habitual su utilización en Canarias, Comunidad Valenciana e incluso en Andalucía para el riego del olivar (Roldán y col. 1995).
La uso de aguas residuales en sistemas de riego por goteo ha sido por tanto:
*Recomendado cómo ideal por la O.M.S.
*Evitado por los técnicos debido a la falta de experiencias a escala real, y de criterios racionales para el diseño y operación del sistema así como a la falta de información relacionada con las características que deben tener los goteros en relación con los diferentes pretratamientos que hay que hacer para las distintas calidades del agua (Asano y Pettygrove, 1987), para poder evitar el problema asociado con el potencial de obturación del gotero.
En consecuencia, las investigaciones van por dos vías para afrontar el tema. a) suministrar otro diseño de emisores: autolimpiantes (Hills and El-Ebaby.1990) o con un diámetro de paso mayor (Trickle. 1984), b) poner atención a la calidad del agua antes que el agua alcance el emisor ( Nakayama et al. 1978).
Es precisamente para estudiar el comportamiento con aguas usadas de los goteros más comúnmente utilizados y ver la posibilidad de un tratamiento previo, en función del tipo de emisor usado y calidad de agua, que ayude, a que no se produzca obturación se ha realizado por el CEMAGREF una serie de ensayos utilizando dos tipos de aguas residuales, una con tratamiento primario y otra con tratamiento secundario (CEMAGREF-MINISTERE DE L´AGRICULTURE. 1981).
4. MATERIAL Y MÉTODOS
Para determinar los parámetros hidráulicos que permiten caracterizar el funcionamiento del gotero con diferentes calidades de aguas residuales y compararlos con los obtenidos con agua limpia, se ha procedido a realizar una serie de ensayos en laboratorio siguiendo la metodología descrita por la Norma UNE 68075. Para lo cual, se ha dispuesto de un banco de ensayo (Departamento de Hidráulica de la E.P.S.I.Agrónomos y Montes de Córdoba), cuyo esquema se muestra en la figura 1.
Figura1: Esquema del Banco de Ensayo.
El procedimiento consiste en ensayar una muestra de 24 goteros a unas condiciones
controladas de presión: 60, 100, 140, 180, 220, 246, 300Kpa. A partir de los datos obtenidos de caudales emitidos por éstos de forma volumétrica, y mediante un análisis de regresión estadístico se determina la fórmula de gasto del gotero, que es del tipo:
(1)
donde, Q es el gasto del gotero, en l/h, p es la presión de funcionamiento, en Kpa, K es un coeficiente dimensional que depende de las unidades empleadas y x es el exponente hidráulico, cuyo valor pertenece al intervalo 0 a 1.
La homogeneidad de funcionamiento de un modelo de gotero se determina mediante el coeficiente de variación. La expresión utilizada en el cálculo es:
(2)
donde es el gasto medio de la muestra y s la desviación típica.
También se ha calculado la desviación del caudal medio a la presión nominal respecto del caudal nominal correspondiente Qn que indica el fabricante:
(3)
Al objeto de estudiar las influencias de las diferentes calidades de aguas, así como el comportamiento a las mismas de diferentes tipos de goteros, se han realizado las siguientes repeticiones para tres tipos de calidades de agua:
Primer tipo: limpia, de la red. Agua Testigo
Segundo tipo: Agua sucia sometida a un tratamiento secundario. Este agua nos ha sido proporcionado por la E.D.A.R. "La Golondrina" de Córdoba.
Tercer tipo: El mismo agua anterior, pero haciéndola pasar por un filtro de anillas disponible en el Banco de Ensayos.
Los goteros ensayados se han clasificado en grupos según su régimen hidráulico:
1.-Laminar. 2.-Transición. 3.-Turbulento. 4.-Autocompensantes
De igual manera se ha procurado ensayar goteros de distinto caudal nominal para ver su influencia.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este trabajo se presenta un primer avance de los resultados obtenidos en los ensayos anteriormente descritos.
a.-Gotero trabajando en régimen turbulento.
Este primer tipo de gotero es un interlinea no desmontable con un Qn=4/h a Pn=100Kpa. En las tres primeras tablas se muestran los resultados obtenidos en los ensayos de este gotero cuando trabajaba con las tres calidades de agua comentadas en el punto anterior.
P(kPa) | 60 |
100 |
140 |
180 |
220 |
240 |
300 |
QMedio | 3,32 |
4,1525 |
4,9125 |
5,54 |
6,1475 |
6,67 |
7,095 |
s | 0,07436689 |
0,0935879 |
0,21180898 |
0,10112412 |
0,12127045 |
0,18014487 |
0,20728053 |
C.V. | 2,23996666 |
2,25377251 |
4,31163316 |
1,82534506 |
1,97267912 |
2,70082263 |
2,92150146 |
Tabla1:Ensayo con gotero interlínea y agua limpia.
P(kPa) | 60 |
100 |
140 |
180 |
220 |
240 |
300 |
QMedio | 3,6225 |
4,4075 |
5,015 |
5,5825 |
6,1525 |
6,6225 |
7,0975 |
s | 0,11711199 |
0,09524568 |
0,09348332 |
0,0976796 |
0,13237792 |
0,13568666 |
0,18596984 |
C.V. | 3,23290508 |
2,16099099 |
1,8640741 |
1,74974654 |
2,15161182 |
2,04887368 |
2,62021618 |
Tabla2:Ensayo con gotero interlínea y agua residual segundo tipo.
P(KPa) | 60 |
100 |
140 |
180 |
220 |
240 |
300 |
QMedio | 3,56916667 |
4,37416667 |
4,98625 |
5,61208333 |
6,07875 |
6,62291667 |
7,08416667 |
s | 0,13380442 |
0,1325967 |
0,12207669 |
0,14052631 |
0,137123 |
0,16948718 |
0,19938856 |
C.V. | 3,7488981 |
3,03135905 |
2,44826646 |
2,5039955 |
2,25577629 |
2,55910188 |
2,81456617 |
Tabla3:Ensayo con gotero interlínea y agua residual tercer tipo.
Los valores del coeficiente de variación son bastante pequeños, independientemente del tipo de agua que se utilice, e incluso de la presión de utilización.
Si observamos la tabla 4, podemos apreciar que los parámetros K, x y D varían con los distintos tipos de aguas. Los valores de k aumentan con el empeoramiento de la calidad del agua, al contrario del exponente de descarga (x). La desviación del caudal (D) es claramente mayor con las aguas residuales que con el agua patrón. Sin embargo si observamos la figura 2, donde se representa las curvas de gasto con los tres tipos de aguas, podemos apreciar que tienden a confundirse dichas curvas.
TIPOS AGUAS | K | X | D | CURVA GASTO |
AGUA LIMPIA: | 0,45708099 |
0,4928265 |
3,75 |
Q=0,45708099*P0,49282658 |
AGUA SUCIA 1: | 0,62424894 |
0,4258333 |
10,18 |
Q=0,62424894*P0,4258333 |
AGUA SUCIA 2: | 0,57915574 |
0,4348385 |
9,35 |
Q=0,57915574*P0,43483857 |
Tabla 4: Resumen de los parámetros del gotero interlínea con los tres tipos de aguas.
Figura 2: Curvas de gasto del gotero interlínea con los tres tipos de aguas.
b.-Gotero trabajando en régimen autocompensante.
Este otro tipo, es un gotero pinchado autocompensante con un Qn=4/h a Pn=100Kpa. Como en el caso anterior se muestran en las tablas 6 a 7 los resultados obtenidos en los ensayos de este gotero con las tres calidades de agua..
P(KPa) | 60 |
100 |
140 |
180 |
220 |
240 |
300 |
Media | 3,8625 |
4,08541667 |
4,53333333 |
4,5375 |
4,53541667 |
4,62291667 |
4,64791667 |
s | 0,19350879 |
0,1394704 |
0,1874698 |
0,28826694 |
0,32753333 |
0,34038954 |
0,33540345 |
C.V. | 5,00993634 |
3,41385989 |
4,13536333 |
6,35299031 |
7,22168105 |
7,36309046 |
7,21621038 |
Tabla5:Ensayo con gotero autocompensante y agua limpia.
P(KPa) | 60 |
100 |
140 |
180 |
220 |
240 |
300 |
Media | 3,9 |
3,8375 |
4,41458333 |
4,49166667 |
4,39166667 |
4,40208333 |
4,325 |
s | 0,18057878 |
0,38086001 |
0,29835752 |
0,33481555 |
0,28039827 |
0,23658768 |
0,26416398 |
C.V. | 4,63022512 |
9,92469084 |
6,75845257 |
7,45414943 |
6,38478028 |
5,37444808 |
6,1078377 |
Tabla 6: Ensayo con gotero autocompensante y agua residual primer tipo.
P(KPa) | 60 |
100 |
140 |
180 |
220 |
240 |
300 |
Media | 3,9875 |
4,31875 |
4,41666667 |
4,48541667 |
4,40208333 |
4,46458333 |
4,53541667 |
s | 0,26875316 |
0,30460684 |
0,33611161 |
0,32386228 |
0,35888692 |
0,33181948 |
0,44096711 |
C.V. | 6,73989115 |
7,05312506 |
7,61007419 |
7,22033877 |
8,15266067 |
7,43226085 |
9,7227475 |
Tabla 7: Ensayo con gotero autocompensante y agua residual tercer tipo.
Los valores del coeficiente de variación son distintos utilizando agua limpia que utilizando las aguas residuales.
Si observamos la tabla 8, podemos apreciar que los parámetros K, x y D varían con los distintos tipos de aguas. Los valores de k y x son muy próximos entre sí. La desviación del caudal (D) es mayor con las aguas residuales que con el agua patrón. Sin embargo si observamos la figura 3, donde se representa las curvas de gasto con los tres tipos de aguas, podemos apreciar que tienden a confundirse dichas curvas.
TIPOS AGUAS | K | X | D | CURVA GASTO |
AGUA LIMPIA: | 2,78792996 |
0,08338079 |
2,13 |
Q=2,78792996*P0,08338079 |
AGUA SUCIA 1: | 2,67515575 |
0,08793743 |
-4,06 |
Q=2,67515575*P0,08793743 |
AGUA SUCIA 2: | 3,10926615 |
0,05564561 |
7,75 |
Q=3,10926615*P0,05564561 |
Tabla 8: Resumen de los parámetros del gotero autocompensante con los tres tipos de aguas.
Figura 3: Curvas de gasto del gotero autocompensante con los tres tipos de aguas.
6. CONCLUSIONES
Hasta ahora no se ha observado una diferencia significativa de los parámetros característicos del gotero con la utilización de las distintas aguas residuales, lo que en principio favorece la utilización de las aguas residuales en los riegos localizados; siempre que no exista otros factores medioambientes limitantes.
No obstante, el uso de agua residual exige en mayor medida un cuidado especial en la elección del material y en el proyecto hidráulico de la instalación al objeto de que la uniformidad de distribución no se vea afectada. Además, el efecto del uso continuado del agua residual debe estudiarse en detalle.
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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-ASANO, T., and PETTYGROVE, G.S.(1987). "Using reclaimed municipal wastewater for irrigation". Cal. Agric., 41 (3-4), 15-18.
-BRATLS, V.F.; I.P. WU y H.M. GITLIN. 1981. "Drip irrigation uniformity considering emitter plugging".Trans. Amer. Soc. Agric. Eng., 24(5):1234-1240.
-BUCKS, D; F.S. NAKAYAMAy A.W. WARRICK. 1982. "Principles, practices, and potantialitics of trickle (drip) Irrigation".En: HILLEL, D. (ed.), !982, Advances in Irrigation, 1:219-295, Academic Press, New York.
-CEMAGREF-MINISTERE DE L´AGRICULTURE."Etude au banc d´essai du comportement en eaux usees de materiels de micro-irrigation". Marché nº 81.01.084.00.212.75.01 du 31 Juillet 1981.
-GILBERT, R.G.; F.S. NAKAYAMA; d.a. BUCKS; O.F. FRENCH y K.C. ADAMSON. 1981. "Trickle irrigation: emitter clogging and flor problems". Agric. Water Management, 3:159-178.
-GODET, J.L. y F. BRISSAUD. 1991. "Utilisation des eaux usées en irrigation". Revue de l´Eau et de l´Aménagement, 9:20-26.
-IQBAL, A. "Wastewater for irrigation in arid regions". Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 113, Nº2.
-ORON, G. y Y.demalach. 1987. "Reuse of domestic wastewater for irrigation in arid zones: a cause study". Water Resources Bulletin, American Water Resources ass,, Octubre.
-ROLDÁN, J. ROJAS, R. ROMERO, A.HIDALGO, J.1995"El riego del olivar en la provincia de Jaén. Y. metodología para el establecimiento de un inventario de riegos". Y. del Agua.Vol.2 Num.4 Diciembre. p-59-66.
-SALA,A. 1991"Reutilización de aguas residuales para usos agrícolas". Tecnología del agua, Junio nº82 p.17-31