miércoles, 10 de febrero de 2016

Mejora de la calidad y captación de agua mediante coberturas de sombreo sobre las balsas de riego

En las regiones áridas y semiáridas, donde muchas veces la cuestión no está en cuánto y cómo regar, sino cuándo dispondré de agua, las balsas de riego son una infraestructura fundamental para poder garantizar el suministro de agua a los cultivos. Sin embargo, estos elementos pueden presentar dos inconvenientes muy importantes:
  • Importantes pérdidas de agua por evaporación. En la Cuenca del Segura con mas de 14.000 balsas de riego, que ocupan aproximadamente el 1,81% de la superficie regada, se estiman unas pérdidas anuales por evaporación de unos 58 hm3.
  • Frecuentes crecimientos de algas como consecuencia de la elevada carga de nutrientes en el agua de riego y de las favorables condiciones climáticas. El desarrollo de estas algas incrementa la concentración de sólidos en suspensión y produce importantes problemas en los sistemas de riego localizado, sobre todo por obturación en los emisores, repercutiendo en gran medida a la uniformidad de aplicación del agua.

Dr. José Francisco Maestre sobre una  Cobertura de Sombreo Suspendida durante una toma de datos


En este sentido, la aplicación de Coberturas de Sombreo Suspendidas (CSSs) sobre balsas de riego destaca entre las técnicas para reducir las pérdidas de agua por evaporación. La aplicación de CSSs consiste en la instalación de una estructura reticular ligera sobre la balsa, fabricada mediante un doble entramado de cables de acero o plástico, los cuales se apoyan en el murete perimetral de la balsa o en postes de acero galvanizado anclados a zapatas o “muertos” de hormigón. Este doble entramado de cables sustenta una cobertura de polietileno y evita la succión del viento. La porosidad al aire y a la lluvia del material de cobertura es un requisito fundamental para evitar sobreesfuerzos estructurales. Las CSSs permiten alcanzar factores anuales de reducción de la evaporación superiores al 80% y son, desde un punto de vista técnico, la opción más adecuada para reducir las pérdidas de agua por evaporación en balsas de riego. Diferentes estudios realizados a pequeña escala han puesto de manifiesto que una parte importante de la reducción de la evaporación está relacionada con los procesos nocturnos de formación de condensación sobre la CSSs. Como beneficio adicional, la instalación de CSSs sobre balsas de riego puede producir una mejora de la calidad del agua almacenada, aunque un posible efecto negativo es la reducción de la concentración de oxígeno disuelto en el agua que podría causar problemas agronómicos durante el riego.

Estos tres aspectos, calidad del agua, recuperación de oxígeno disuelto en sistemas de riego localizado y formación de rocío sobre superficies pasivas, son el objeto de la tesis de la Universidad Politécnica de Cartagena: "Efectos de la aplicación de coberturas de sombreo suspendidas sobre balsas de riego" realizada por el Dr. José Francisco Maestre Valero, y dirigida por el Dr. Victoriano Martínez Álvarez y el Dr. Alain Baille. Entre las conclusiones de esta investigación destacan las siguientes:
  1. La instalación de coberturas de sombreo en balsas de riego tiene efectos importantes en la calidad del agua almacenada(i) la elevada reducción de la evaporación, junto con la alta permeabilidad a la lluvia de la cobertura, producen que el volumen de agua de lluvia que entra en la balsa sea superior al volumen de agua evaporado, provocando un descenso continuo de la conductividad eléctrica del agua; (ii) la reducción de la radiación solar reduce drásticamente la actividad fotosintética y, como consecuencia, la concentración de algas en la balsa disminuye, y además, la protección de la cobertura de sombreo contra el viento impide la entrada de partículas arrastradas, reduciendo la cantidad de sólidos en suspensión en el agua almacenada; (iii) la importante reducción del viento bajo la cobertura, que dificulta la difusión de oxigeno desde la superficie al reducir el oleaje, y la casi total eliminación de la radiación solar, que limita la producción de oxígeno al inhibir la fotosíntesis, dan lugar a una drástica reducción de la concentración de oxigeno disuelto, esta reducción alcanza concentraciones hipóxicas en el agua de riego que podrían llegar a perjudicar el desarrollo de los cultivos; y (iv) la mejora de la calidad del agua puede permitir reducir los requerimientos de filtrado y el riesgo de obturación de emisores en instalaciones de riego localizado, mejorando significativamente la eficiencia del uso del agua y de la energía.
  2. Las instalaciones de riego localizado producen un incremento de la concentración de Oxigeno Disuelto (OD) cuando se emplea agua hipóxica para riego, alcanzando niveles superiores a las concentraciones críticas citadas en la literatura:. (i) el incremento de OD en la circulación del agua a través de la bomba tiene poca relevancia, siendo la etapa donde mayor oxigenación del agua se observa el paso del agua por los emisores; (ii) el grado de turbulencia del emisor afecta al nivel de recuperación de la concentración de OD, siendo los emisores con flujo más turbulento los que aportan mayor oxigenación; (iii) el tránsito del agua por el perfil del suelo contribuye substancialmente al incremento de la concentración de OD; y (iv) los sistemas de riego hidropónico, carentes de emisores de riego, no tienen la capacidad de oxigenar el agua de riego, bajo estas condiciones, se requiere la instalación de inyectores de aire tipo venturi, que resultan muy eficientes al incrementar la concentración de OD en la solución de riego hasta saturación, aunque el agua originalmente sea hipóxica.
  3. El uso de condensadores radiativos pasivos permite la captación de agua atmosférica bajo las condiciones climáticas del sureste español, manifestándose como un posible recurso hídrico complementario bajo situaciones de acceso al agua y la energía muy desfavorables: (i) en la región de estudio (sureste de España), la producción de rocío con un film de polietileno negro es superior a la obtenida con el estándar internacional (film de polietileno blanco); (ii) el conocimiento de la emisividad en el rango completo del espectro infrarrojo es necesario para valorar correctamente el rendimiento de un film para la producción de condensación, asegurar una alta emisividad del film en todo el espectro es más efectivo que mejorar las propiedades hidrofílicas del film para incrementar la producción de rocío; (iii) la estimación directa de la condensación diaria a partir de valores medios nocturnos de las variables meteorológicas habitualmente registradas en las estaciones ofrece resultados mediocres, siendo necesario un conocimiento preciso de la temperatura de superficie del film para obtener estimaciones precisas; y (iv) el film negro de polietileno negro presenta una mayor vida útil y un menor coste que el de polietileno blanco, resultando un material más adecuado para su uso en aplicaciones prácticas a gran escala.
Evaluación de la producción de rocío con diferentes film de polietileno
Los resultados obtenidos en este trabajo de investigación, conjuntamente con los resultados obtenidos por la Dr. Belén Gallego Elvira en su tesis: “Análisis de la evaporación en embalses de riego y de su reducción con coberturas de sombreo”, ponen de manifiesto el notable interés del uso de Coberturas de Sombreo Suspendidas sobre balsas de riego con el objetivo de reducir la evaporación y mejorar la calidad del agua en regiones áridas y semiáridas, donde la reducción en su disponibilidad, el deterioro de su calidad y su progresivo encarecimiento justifican su instalación.

Referencias:
Gallego-Elvira, B. 2011. Análisis de la evaporación en embalses de riego y su reducción con coberturas de sombreo. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Cartagena. Cartagena. 204 pp.
Maestre-Valero, J.F., 2011. Efectos de la aplicación de coberturas de sombreo suspendidas sobre balsas de riego. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Cartagena. 141 pp.