cap 12 - riego por surcos

Tecnología de Tierras y Aguas I - Riego por Surcos

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TEMA 12

RIEGO POR SURCOS

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METODOS DE RIEGO I. INTRODUCCION Consisten en determinadas técnicas para infiltrar el agua a través de la superficie del suelo, con la finalidad de satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos, en zonas con déficit. Los métodos están condicionados por: 1. Los suelos, a través de la permeabilidad. Esta define la elección de un método. 2. Relieve y pendiente. 3. Cultivos. Algunos de ellos necesitan estar sumergidos en el agua como el arroz. otras plantas necesitan que el tallo no se moje, lo que lleva a adoptar el método de riego por surcos. 4. Recurso hídrico: algunos métodos son muy exigentes en cuanto a la cantidad de agua necesaria. 5. Mano de obra. 6. Eficiencia: también juega un papel muy importante, estando íntimamente ligada a la disponibilidad del recurso hídrico (a menor disponibilidad, mayor eficiencia). 7. Economía: es un gran condicionante de todo proyecto de riego. Clasificación de los métodos según su forma de administrar agua al suelo. +================+==============================================+ | Forma de El agua infiltra o ingresa | | distribuir +==============+===============+===============+ | el agua | Sobre toda la | Sobre una | Por debajo de | | | superficie | parte de la | la superficie | | | del terreno | superficie | | +================+==============+===============+===============+ | Escurrimiento | | | | | superficial | | | | |a) A partir de |Corriente | | | |un lado cualquie | inundante | | | |ra de la parcela | | | | |b) A partir del | Vertimiento | | | |lado más largo | * Acequia | | | |de la parcela. |vertedora | | | | | * Plano | | | | |inclinado | | | | | * Ados | | |c) A partir del |Melgas, fajas, | Surco | | |lado más corto. |tablares. | | | +================+==============+===============+===============+




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| Inundación | * Eras o | * Surcos a | | | (sumersión) |melgas a nivel |nivel. | | | | * Diques en | * Por tazas | Subterráneo | | | contorno | (palanganas) | | +================+==============+===============+===============+ +================+==============+===============+===============+ | En forma de | Aspersión | | | | lluvia | | | | +================+==============+===============+===============+ | Localizado | | Goteo | | +================+==============+===============+===============+ Siguiendo a Israelsen (1962) y en base a la forma de aplicación de agua al suelo, distinguiremos: 1.- Métodos superficiales. 2.- Métodos por aspersión. 3.- Métodos por goteo. 4.- Métodos subsuperficiales. II. MÉTODOS SUPERFICIALES A su vez, se dividen en: a) Surco b) Inundación c) Corrimiento (desbordamiento). II.1. HIDRAULICA DEL RIEGO POR SUPERFICIE En el riego por superficie, el agua escurre a través de pequeños cauces (surcos) o en delgada lámina que cubre íntegramente el terreno (melgas). Hidráulicamente, los surcos y las melgas funcionan de la misma manera que los canales; la diferencia fundamental estriba en que, mientras en éstos se intenta conducir el máximo caudal posible a distancias considerables con la mínima pérdida por infiltración, en los surcos o melgas, precisamente lo que se intenta es hacer que en cortos recorridos se infiltre el agua que se conduce. En los canales, despreciando las pérdidas por infiltración y evaporación, puede decirse que el caudal se mantiene constante en toda su longitud; mientras que en los surcos o melgas el caudal es variable, decreciente, a medida que aumenta la distancia. Ello plantea especiales y complejos problemas que dificultan en parte la aplicación de los conceptos de mecánica de los fluidos, debiendo recurrirse incluso para el diseño a ensayos en el terreno. Aplicando las ecuaciones del movimiento uniforme en canales, resulta que la velocidad de circulación del agua en el riego por superficie, según Manning:




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v = 1.00 * R^2/3 * S0^1/2 (1) n donde: v = velocidad n = factor de Manning R = radio hidráulico S0 = pendiente Para una lámina de agua que escurre sobre una melga, de escasa altura o tirante con relación a su ancho, sabemos que R = h. Por lo tanto: v = 1.00 * h^2/3 * S0^1/2 (2) n A su vez, el caudal q, por unidad de ancho de la melga, en el cual la sección A = h (A=h*1), será: q = 1.00 * h^5/3 * S0^1/2 (3) n Para el ancho B, que en este caso denominaremos espaciamiento E, se tiene un caudal total Q: Q = E * q Por lo tanto: Q = E * 1.00 * h^5/3 * S0^1/2 (4) n El problema para la aplicación de la ecuación de Manning, reside en la selección de n, pues los valores consignados para canales en tierra son inaplicables, dado las cambiantes caracte-rísticas de la superficie irrigada. Thornton (1960) determinó en riego por surco valores variables entre n = 0.021 y n = 0.035, según la forma del surco y caudal aplicado. Bowman (1960) en riego por melgas obtuvo valores variables de n, según la densidad de la vegetación, velocidad y altura de la lámina aplicada. Experiencias realizadas en el Instituto de Suelos y Riego, en surcos, han permitido obtener los siguientes valores de n, según las características de la superficie y caudal aplicado (o tirante de agua en el surco). Para el caudal q = 0.6 l/s, se obtuvieron los siguientes valores de n: +====================================+==================+ | Características de las paredes | Valor de n | | | | | Surco recién arado............... | 0.048 | | Surco asentado................... | 0.033 | | Surco con vegetación de 10 a 12 cm | 0.038 | | Surco con vegetación de 40 a 50 cm | 0.081 | +====================================+==================+




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Procediendo a un riguroso análisis, en el riego superficial, el movimiento es no permanente y además la velocidad de infiltración es variable en función del tiempo. Ello complica el problema, dado el gran número de variables que intervienen en la hidráulica del riego por superficie y cuya enumeración ha sido realizada por Hansen (1960), a saber: 1 - Caudal de agua aplicado 2 - Velocidad de avance del agua sobre el terreno 3 - Longitud de la parcela 4 - Tirante de agua 5 - Velocidad de infiltración 6 - Pendiente del terreno 7 - Aspereza del terreno 8 - Peligro de erosión 9 - Forma del surco o de la melga 10- Lámina de agua a aplicar. Se incorpora un caudal constante a un surco o melga, el agua avanza primero a una velocidad considerable; pero a medida que se incrementa la superficie de infiltración disminuye lógicamente la velocidad de avance. En el gráfico siguiente (Fig.1) se ha representado, para diferentes caudales, el espacio cubierto por el frente de agua en función del tiempo acumulado, o sea el tiempo de escurrimiento (Te). Las curvas de avance se hacen asintóticas con respecto a la ordenada que representa el tiempo, cuando todo el caudal incorporado se ha infiltrado en el área mojada del cauce; en tal caso el frente de agua ya no progresa. Para este caso, si aplicamos la ecuación 5 se tiene: Q * T = d * A ECUACION FUNDAMENTAL (5) De donde: Q = d * A T Pero diferencial de la lámina con respecto al tiempo, es igual a la velocidad de infiltración I. Por lo tanto: Q = I * A Q = I * E * L (6) Fijando un determinado ancho de la melga o del espaciamiento de los surcos, es posible obtener la longitud total L, que cubrirá el avance del agua sobre la superficie: L = Q I * E (7) Dado que, a su vez I es variable en función del tiempo, se requiere adoptar un valor I promedio, Ip, que puede obtenerse de la curva de infiltración acumulada al tiempo t. II.2. EFICIENCIA DEL RIEGO POR SUPERFICIE En los métodos de riego por superficie, además del tiempo de riego (tr) debe tenerse en cuenta el tiempo de mojado (tm) o tiempo de escurrimiento del agua a través del surco desde




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la reguera hasta el pie de la parcela. Dicho tiempo de mojado incide desfavorablemente, ya que si se calcula la duración del riego para la cabecera, ocurrirá un insuficiente humedecimiento en el pie (Fig. 4). Lo lógico es tener en la cabecera una duración total del riego igual a tr + tm , a fin de que la humedad en el pie cubra completamente la capa radical. En tal caso en la cabecera se producirán pérdidas por percolación profunda, cuya proporción depende del tiempo de mojado : o sea, cuanto menor es tm, en relación a tr, menores serán las pérdidas por percolación en cabecera. Dado que la velocidad de infiltración disminuye a medida que aumenta el tiempo, las diferencias entre la profundidad de suelo humedecido en cabeza y pie de la parcela no es directamente proporcional a t, sino a t^-n. Ello ha permitido establecer una regla aceptada por la técnica del riego en el sentido que, el tiempo de mojado en el riego por superficie debe ser la cuarta parte del tiempo de riego: tm = tr/4. II.3. RIEGO POR SURCO En este método la capa radical del suelo se humedece mediante la infiltración del agua a través del perímetro mojado de pequeños cauces que reciben el nombre de surcos. Dado que los surcos están espaciado, el agua cubre parcialmente el terreno entre surco y surco y se humedecen por efecto del avance de humedad en profundidad y lateralmente. La forma de penetración del agua y la forma y dimensión de la sección humedecida, dependen de la textura del suelo y de su variación en el perfil y del tiempo de aplicación del agua. La sección humedecida al regar por surcos suelos de diferente textura, ha sido esquematizada por Veihmeyer y Hendricckson (1956) En tal caso, la profundidad radical se logra humedecer completamente al cruzarse las figuras que representen el avance lateral dela humedad de dos surcos contiguos. Factores que favorecen la instalación del método El riego por surco se adapta especialmente a los cultivos en línea dado que dicha disposición permite humedecer el volumen de suelo explorado por raíles y acercar o retirar la humedad conforme al comportamiento y las exigencias del cultivo. Se presta el riego por surcos a todos los tipos de suelos, con buena velocidad de infiltración y baja erodabilidad. Los que mejor se adaptan son los Fr y FrAc; los terrenos excesivamente ligeros NO por las pérdidas en cabecera y los excesivamente arcillosos NO por las pérdidas por escorrentía.




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Dado el parcial humedecimiento de la superficie del terreno que caracteriza al riego por surco, este método se presta para los suelos que tienen tendencia a formar costra al secarse, lo que daña las plantas que recién germinan. La eficiencia que se logra al regar por surco puede calificársela de media, tal cual resulta de los datos consignados en la Tabla 1, donde se comparan los diferentes métodos de riego por superficie. Los costos de instalación y de operación del riego por surco no son elevados, ya que puede empleárselo con escasos trabajos de nivelación para la implantación de cultivos anuales. Inconvenientes: Salinidad: no es conveniente regar por surcos en terrenos salinos o con agua con sales. La razón de esto es que al subir el agua por capilaridad, ascienden también las sales, produciéndose una mayor concentración de sales en "los lomos". (Ver figura al dorso). Formas y dimensiones de los surcos La forma de los surcos depende del implemento empleado para su construcción; puede ser de forma parabólica, triangular o rectangular. El tamaño de los surcos depende comúnmente del cultivo y de las labores culturales que se realiza en el mismo. Oscilan entre 10 y 40 cm de ancho superficial y entre 5 y 20 cm de profundidad. En general, los surcos son de menor tamaño cuando el cultivo es joven y va aumentando a medida que avanza el ciclo vegetativo del mismo. Espaciamiento El espaciamiento de los surcos, o sea la distancia entre surco y surco, depende de la naturaleza física del suelo y de la profundidad del suelo que se intenta mojar. +=================================================+=============+ | Suelos |Separación (m)| +=================================================+=============+ | Arenoso grueso (perfil uniforme) | 0.30 | | Arenoso grueso s/subsuelo compacto | 0.46 | | Arenoso fino a Fr arenoso (uniforme) | 0.60 | | Arenoso fino o Fr arenoso s/subsuelo compacto | 0.76 | | Fr arenoso a Fr limoso (uniforme) | 0.90 | | Fr arenoso a Fr limoso s/ subsuelo compacto | 1.00 | | Fr arcilloso limoso (uniforme) | 1.20 | | Suelos arcillosos | 1.00 | +=================================================+=============+ La Fig. vista en el ítem riego por surco señala al respecto diferentes relaciones de ancho a profundidad humedecida en función de la textura del suelo.




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La Fig. 6 muestra irregular humedecimiento del suelo y baja eficiencia como consecuencia del excesivo espaciamiento entre los surcos y la Fig. 7 un correcto espaciamiento en relación a la profundidad del suelo, D, que se intenta humedecer. Grassi (1960) estudiando en el Instituto de Suelo y Riego relaciones entre la profundidad y sección humedecida, con relación a la carga de agua en el surco y el tiempo de riego determi-nó la siguiente ecuación para calcular ese espaciamiento de los surcos, en suelo franco limoso de Chacras de Coria, Mendoza: E = 1.73 D donde: E = espaciamiento, en m. D = profundidad radical, en m. Pendiente y dirección de los surcos Los surcos se construyen sin pendiente alguna (nivelados "a cero") y con pendiente (0,2 - 6%). En el primer caso no se produce escurrimiento de agua al pie, mientras que en el segundo sí. En los terrenos con pendiente la recesión de la lámina de agua sobre el terreno al "cortar el agua" en la cabecera debe ser tenida en cuenta, en el tiempo de riego. La curva de recesión, (Fig. 8), muestra como en función del tiempo va desapareciendo la lámina de agua desde la cabecera hacia el pie de la parcela. Dicha curva es opuesta a la curva de avance, y como consecuencia tiende a compensar la desigualdad entre la lámina de agua infiltrada en la cabeza y en el pie de la parcela. La pendiente aceptable a los fines del riego por superficie depende de la fuerza erosiva del agua que responde a la siguiente ecuación: F = * h * S donde: F = fuerza erosiva del agua, en kg/m². = peso específico del agua, en kg/m^3 h = tirante del agua en el surco, en m. S0 = pendiente; adimensional, en m/100 m (%). Cuando la pendiente se aproxima a los límites permisibles, se puede cambiar la dirección de los surcos, a saber: a) surcos en dirección diagonal a la máxima pendiente; b) surcos en dirección normal a la máxima pendiente. Caudal Al igual que en los canales, el caudal que puede conducir un surco depende de la sección de escurrimiento y de sus condiciones hidráulicas. La fórmula de Manning es perfectamente aplicable al surco, tal como lo hemos considerado anteriormente.




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Sin embargo, el caudal que resulta a aplicar está limitado por: a) en los suelos sin pendiente, por la sección de escurrimiento que ofrece el surco; b) en los suelos con pendiente, por la fuerza erosiva del agua. Criddle et al (1956) han dado una ecuación para calcular el caudal máximo no erosivo, Qe, en l/s, en función de la pendiente S0 %, a saber: Qe = 0.63 S0 % Longitud de los surcos Para reducir las pérdidas de agua por percolación profunda, existen dos posibilidades: 1) aumento del caudal aplicado; 2) reducción de la longitud de los surcos. El caudal que puede aplicarse a un surco está limitado por el caudal máximo no erosivo, de modo que repetidamente debe recurrirse a acortar la longitud de los surcos para reducir las pérdidas. Los agricultores comúnmente se resisten a reducir la longitud de los surcos ya que ello obliga a: a) fraccionamiento de la propiedad; b) aumento de la longitud de acequias y del número de obras de arte; c) mayores dificultades en las labores mecanizadas. Al elegir el largo del surco deberá realizarse un cuidadoso análisis de todos los factores agro-económicos que intervienen en su selección. Es necesario tener en cuenta que no son solamente las pérdidas por percolación lo que decide al respecto, sino que existe también escurrimiento al pie de la parcela; y que dicho escurrimiento se reduce a medida que disminuye la relación tr/tm. Dada las mayores pérdidas por percolación, la longitud es menor en los suelos gruesos que en los de textura fina. Igualmente para suelos de igual textura, disminuye la longitud a medida que aumenta la pendiente S0, o sea, a medida que aumenta la fuerza erosiva del agua. La longitud varía de 80 a 450 m, adoptándose generalmente 100 a 150 m. En Utah, según Israelsen (1962) difícilmente se encuentran surcos de más de 200 m de longitud, siendo los más comunes de 90 a 150 m. En nuestro país los surcos en general no pasan de 200 m de largo. En Mendoza es común el cuartel de viña de 120 m de largo, aunque ello está condicionado al tipo de conducción; así en parrales, es común longitudes de 200 a 250 m como consecuencia de que, por razones constructivas del parral, es la distancia conveniente. Evaluación en un ensayo de riego por surco La mejor manera de evaluar el riego por surco y de mejorar su diseño, es mediante el ensayo directo en el terreno, con diferentes caudales. El ensayo se realiza en varios surcos de gran longitud y en igualdad de condiciones en cuanto a características edáficas y forma del surcos. En la cabecera de la parcela se prepara una acequia nivelada "a cero", con instalaciones de regulación para mantener la carga constante (compuerta o vertedero).




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El caudal diferente a los distintos surcos puede lograrse son sifones de goma, plástico o aluminio de diferente sección. Cuando deban realizarse estos ensayos con frecuencia, conviene construir una canaleta de madera, con pequeñas compuertas, que permite regular el caudal. El caudal erogado por cada compuerta se mide volumétricamente. El avance de agua en cada surco se registra cuando el agua pasa frente a estacas colocadas cada 10 o 20 m. Luego en gabinete y en papel milimétrico se registra el espacio recorrido por el frente de agua en abscisas y en ordenadas los tiempos acumulados. Mediante la observación directa sobre el terreno se elige el caudal máximo no erosivo, qe, y en uno de los surcos se determina la velocidad de infiltración, I, y los parámetros de la ecuación correspondiente. Fijada la lámina de agua, dx, a reponer en cada riego, se calcula el tiempo de riego, tr. Adoptando como tiempo de mojado, tm, igual a tr/4, se entra con este valor en la ordenada de la Fig. 13, y en la intersección con la curva del caudal máximo no erosivo, qe, se desciende una vertical que, en la abscisa, determina la longitud de surco más adecuada. Si los surcos estuvieran nivelados "a cero"', debería mantenerse el caudal máximo no erosivo hasta completar el tiempo de riego, tr. En cambio, si los surcos tienen una determinada pendiente, a fin de evitar que pueda producirse escurrimiento de agua al pie, se requiere reducir el caudal al de infiltración. Qred = I * S A continuación se analiza un caso de diseño planteado por Dula (1961). 1.- Se elige una superficie de terreno lo suficientemente larga, angosta y pareja que permita hacer la evaluación. Es preferible una pendiente uniforme que tenga una longitud de unos 300 a 400 m. 2.- Se calcula el caudal máximo no erosivo por medio de la ecuación de Criddle: Q = 0.63 S0 % 3.- Se determinan 5 caudales espaciados que pueden ser desde un 0.2 l/s a 0.4, 0.6, 0.8, 1 l/s o más (los caudales se seleccionan en función del suelo). Se prepara el terreno de manera de reproducir lo más fielmente como va a funcionar el cultivo posteriormente. En el terreno previamente emparejado se trazan los surcos, se limpian y se unen a una acequia de cabecera de manera tal que se pueda aforar y regular el agua derivada a cada uno de ellos. Se colocan en el terreno estacas cada 10 m de espaciamiento con el fin de detectar el momento en que llega el agua derivada a cada surco en esa estación. En aquellos surcos en que el caudal es mayor, el agua alcanza las estaciones en corto tiempo mientras que en los




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surcos en que se derivó un caudal menor éste se va perdiendo por infiltración demorando su llegada a la estaca. 4.- Se anota el tiempo que tarda cada caudal individualmente en recorrer la longitud entre estacas. 5.- Se deja un surco para efectuar un ensayo de infiltración. El qi = q referido a la superficie en la que se infiltra permite obtener la infiltración I. Mediante la ecuación de infiltración se obtiene tr (I = a * n * t t^n-1). 6.- Se trasladan a un papel milimetrado los diferentes tiempos de avance para cada surco y se grafican en ordenadas los tiempos y en abscisas las longitudes. Se elige para proyecto la curva que representa un caudal no erosivo. 7.- Se calcula el tiempo de riego para la lámina de reposición elegida y con el valor del tiempo de mojado, que en este caso es la cuarta parte de tr, se corta la curva de avance elegida bajando a la abscisa dando la longitud máxima para ese suelo. En este caso la eficiencia de diseño es de 89 % porque se toma un tm = tr/4. Ea = 2x * 100 x = tr 2x + 1 tm Si: tr/tm = 4 ==> Ea = 8 * 100 = 89 % 9 Ejemplo de dimensionamiento Uso de dos caudales y longitud a seleccionar:

1.- Lámina de reposición, suelo franco limoso - Chacras de Coria, Mendoza, Argentina. Wc = 27 % a = 1,35 Wm = 13 % D = 0,5 m 14 % * 0,6 = 8,4 % dx = 0.084 * 1,35 * 0,5 = 56 mm Se vuelve a regar cuando se ha consumido un 60 % del agua almacenada en el perfil.

2.- Ecuación de infiltración d = 2,9 * T^0.55 Ip = K * T^n-1 donde: d = lámina acumulada (mm) Ip = lámina infiltrac. promedio. 3.- Tiempo de infiltración d = K * T^n ==> tr = d ^1/n K




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tr = 56 ^1/0.55 = (19.3)^1.82 = 217,67 min = 3.6 hs. 2.9 4.- Tiempo de mojado 218 = 54' para una eficiencia del 89 % 4 tt = 218' + 54' = 272' (tiempo total de riego) 5.- Infiltración promedio Ip = 2.9 * 218^-0.45 = 2.9 = 0.257 mm/min 11.28 0.257 * 60' = 15.426 mm/hora 15.4 = 0.0043 l/s.m² 3600 Recordar: 1mm = 1 litro = 10^6 mm^3 m² 10^6 mm² 6.- Caudal máximo no erosivo Se elige 1 l/s por ser no erosivo para esa pendiente y textura de suelo. 7.- Longitud apropiada Se registra por la ordenada para un tm = 54' para 1 l/s ==> L = 200 m (de Fig. 13). 8.- Determinación del caudal de infiltración Infiltración promedio 0.004 l/s.m²; Largo surco 200 m; Ancho humedecido 0.60 m (se supone que el perímetro mojado es igual al ancho del surco). Superficie 120 m² (200 * 0.60) ____________________________ Qi = 0.004 * 120 = 0.48 l/s ____________________________

RIEGO POR SURCO SIN PENDIENTE En la sistematización de surcos sin pendiente se impone un caudal instantáneo

elevado y surcos cortos. Para que el riego sea eficiente se recomienda que estos no tengan una longitud mayor de 120 a 160 m según textura. la técnica del riego eficiente consiste en colocar un caudal elevado por surco para que el agua llegue lo más rápidamente posible al fin de éste.

Se recomienda el riego sin pendiente para suelos de una infiltración moderadamente

elevada, en donde la pendiente natural es escasa y además para el riego de cultivos de raíz




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profunda en los que la lámina de reposición del suelo siempre sea mayor a 100 mm o 1000 m^3/ha.

Especiales disposiciones en riego por surcos. Distinguiremos aquí el método de riego por corrugación, por surcos en curvas de nivel y por surcos en zig-zag. a) Corrugación

Es una variante del método de riego por surco, que consiste en la instalación de surcos de escasa profundidad y de reducido espaciamiento.

Se emplea este método en cultivos sembrados "al voleo", especialmente en forrajes y

cereales; en suelos medianamente irregulares, de mayor pendiente que los surcos comunes, y de naturaleza física medianos o pesados. Es el método clásicamente empleado en los cultivos normales regados por inundación y que, por razones de una inadecuada nivelación del terreno, o porque el suelo forma costra al secarse, no resulta posible el empleo de tal método. En nuestro medio se lo emplea para riego de forrajeras.

b) Surcos en curvas de nivel

Es este el método empleado en terrenos de fuerte pendiente, donde la sistematización del terreno para otros métodos de riego por superficie, obliga a la realización de fuertes movimientos de tierra; o en los casos en que aún cuando existan posibilidades económicas de realización de trabajos de nivelación, estos no pueden realizarse por falta de condiciones edificas adecuadas para ello.

Aún cuando el método se llama "en contorno" o "en curvas de nivel" no se sigue

estrictamente dichas curvas, sino que los surcos se trazan con una pendiente determinada. Dicha pendiente tiene por fin evitar el derrame del agua por sobre el borde en sentido de la máxima pendiente, cuando por cualquier obstáculo interpuesto a la corriente se eleva exageradamente el nivel del agua en el surco, o en caso de lluvias intensas. La pendiente del surco es comúnmente leve, entre 0,2 y 0,3 %, o sea, lo suficiente para mantener un adecuado escurrimiento del agua en los surcos.

c) Surcos en zig-zag

En terrenos de fuerte pendiente y cuando no existan posibilidades o no resulte conveniente aliviar el efecto de la pendiente por otros métodos, debe recurrirse a los surcos en zig-zag.

Dicho procedimiento se emplea especialmente en montes frutales y tiene por fin reducir

el efecto de la pendiente de los surcos, aumentando su longitud, para el mismo desnivel.



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