NIVELACIÓN DE TERRENOS POR REGRESIÓN TRIDIMENSIONAL

JOSEP MARIA FRANQUET BERNIS
ANTONIO QUEROL GÓMEZ

6. NIVELACIÓN DE TERRENOS PARA RIEGO

6.1. Concepción general

La labor de nivelación de las parcelas de cultivo se realiza con la finalidad de eliminar el microrrelieve, logrando así un riego uniforme a lo largo de toda la superficie. Se debe obtener una pendiente constante, no erosiva y que al mismo tiempo permita el movimiento del agua a través de los surcos.

La nivelación del terreno se hace indispensable para los sistemas de riego gravitacional (por surcos o tablas), si se compara con el establecimiento de riego presurizado (aspersión) o localizado de alta frecuencia (microaspersión, nebulización, exudación, goteo), en que se realiza fundamentalmente con el fin de facilitar las labores del cultivo o disminuir la erosión hidráulica y eólica.

Para el cálculo de la nivelación de terrenos se puede utilizar el método del centroide, ya que es el más aplicable de acuerdo a las condiciones del predio, como es el caso de terrenos relativamente planos pero ondulados, y además con una dirección poco definida de la pendiente.

La superficie destinada al riego gravitacional, es la que requiere perentoriamente de nivelación. Para esto se elige un área de pendiente no pronunciada, esto es, una zona en la que las curvas de nivel presentan un mayor distanciamiento. Luego se colocan las estacas con un distanciamiento aproximado de 25 metros entre una y otra, determinándose de esta manera las cotas del terreno. Posteriormente, con el promedio de ellas, se calcula el centroide.

Las cotas de proyecto se calculan basándose en el centroide, restando o sumando la diferencia de altura dependiendo de la pendiente, tanto en dirección N - S como E - W. Esta diferencia se obtiene a partir de una regresión lineal minimocuadrática entre los números de orden y los valores promedio de las cotas del terreno. Para obtener la diferencia de altura se resta la cota del proyecto a la cota del terreno. Valores positivos implican un corte del terreno (desmonte), y valores negativos un relleno del mismo (terraplén). Véase, en este sentido, el ejemplo desarrollado en el capítulo 6 de este mismo libro, extraído de una publicación del antiguo INC.

La obtención de la relación corte/relleno implica efectuar la sumatoria de todos los cortes y rellenos calculados anteriormente, debiéndose llegar a una relación corte/relleno cercana a 1,20. De no ser así, la posición del centroide debe ser modificada de manera de alcanzar el valor más cercano al óptimo. El movimiento de tierra que se requiere para el área de nivelación corresponde a un movimiento medio, el que se obtiene al multiplicar el área de influencia o superficie subsidiaria de la estaca por la sumatoria de los cortes.  

La nivelación o emparejamiento de terrenos, consiste en eliminar principalmente los "altos" o "bajos" que existen en una finca determinada mediante el uso de traíllas, de tal manera que el agua de riego pueda ser aplicada perfecta y regularmente en toda su superficie, o bien la de lluvia escurra adecuadamente sin dar lugar a procesos erosivos indeseables.

Si bien es cierto que las nivelaciones de terrenos para riego en la actualidad han tendido a disminuir, en algunos casos todavía son necesarias para eliminar problemas de apozamientos de aguas superficiales; dicho de otra forma: corregir imperfecciones de drenaje superficial. Esta forma de proceder resulta necesaria aún con la utilización de riegos presurizados, dado que las acumulaciones de aguas superficiales traen consigo enfermedades fúngicas o criptogámicas en ciertas especies frutales y cultivos herbáceos, particularmente sensibles a estos problemas .

En cuanto a todos los cultivos regados con sistemas tradicionales por gravedad como surcos, platabandas (tablas) o tendido, requieren de movimientos en la superficie de los terrenos para mejorar las eficiencias del riego. Ello se pone de manifiesto, particularmente, en el cultivo arrozal, donde la mejora en los resultados debido a un mayor control del nivel o tirante del agua en las parcelas resulta altamente significativa, como tendremos ocasión de ampliar en este mismo capítulo de nuestro libro.

6.2. Estudio de nivelación

Un estudio de nivelación, consiste en un estacado completo del terreno, con una malla (red) rectangular o cuadrícula a marco real, con sus puntos o vértices situados a una distancia aproximada de 25 x 25 metros, parecida a la que consta en algunos de los ejemplos desarrollados en el presente libro, como el anteriormente citado. Luego de esto, se procede a realizar un levantamiento topográfico con nivel y miras (reglas topográficas). Con la información colectada, se elabora un plano con curvas de nivel y todos los puntos dibujados (grilla).
 
A continuación, se procede a generar los estudios de nivelación, propiamente tales. Cada estudio comprende 5 formas de nivelar la parcela analizada. Los 5 diseños nombrados son los siguientes:

Forma I: Pendiente uniforme (superficie plana) en toda la parcela. Se produce un escurrimiento del agua superficial tanto en el sentido de los surcos como en la cabecera, pie del paño, o en cualquier parte de éste. Permite dividir el terreno a explanar en subunidades de cualquier ancho, con surcos también de cualquier longitud. La pendiente del surco y la pendiente de las acequias de cabecera y recolectora, tienen distintos valores. Se trata del sistema clásico conocido como centroide, siendo el que más tierra mueve, por tanto de mayor costo, por lo que sólo está recomendado en algunas ocasiones.

No obstante, la aplicación del ajuste minimocuadrático por regresión lineal tridimensional que aquí se propugna reduce al mínimo el movimiento de tierras al lograr la máxima compensación entre los volúmenes de desmonte y de terraplén, por lo que dicha dificultad queda obviada, consiguiéndose una regularidad total de la superficie de la parcela, que se halla toda ella contenida en el mismo plano geométrico.

Forma II: Pendientes variables para surcos y acequias. Consiste en que estaca por estaca se va jugando con las pendientes entre 2 valores, un valor mínimo y uno máximo. Estos valores son distintos tanto para el surco como para las acequias de cabecera y recolectoras. Este sistema no limita poder subdividir el potrero en paños, pues el agua puede cruzar de un lado a otro, en cualquier parte de éste. Se optimiza, disminuyendo la fluctuación del valor entre mínimo y máximo para los surcos, y dejando un rango mayor para las acequias. Este sistema disminuye los costos, y según la amplitud del rango varían tanto la calidad como el costo. Se trata de un sistema apto para frutales y hortalizas regados por surcos.
 

Forma III: Pendiente uniforme para el surco y variable para las acequias cabeceras y receptoras. Este sistema consiste en que la pendiente por hileras es uniforme, es decir no existe la fluctuación entre estacas de cada hilera, uniformando la pendiente y por tanto mejorando el riego. En ocasiones tiene un costo similar al caso anterior o bien levemente superior. En todo caso, el campo se puede dividir en cualquier parte, pues el agua cruza en todas partes. La pendiente de las acequias de cabecera y recolectoras es variable.

 

Forma IV: Pendiente uniforme para el surco, pero quebrada para las acequias. Este diseño es útil para fincas con mucha ondulación en un sentido y que sólo permiten riego eficiente por surco en una sola dirección. Es útil en caso de paños en que el largo del surco corresponde a la longitud del paño. Los costos por movimiento de tierras son menores, pero el agua, tanto en las acequias cabecera como en la recolectora, no siempre puede cruzar el paño.

 

Forma V: Pendiente variable en el surco y quebrada para acequias. Este diseño resulta útil, al igual que el anterior, en potreros con mucha ondulación y que la profundidad de corte esté limitada por la existencia, por ejemplo, de horizontes petrocálcicos o bien de capas freáticas que también limitan el desarrollo del sistema radicular de los cultivos. Permite poner en riego campos con mucha ondulación a un bajo costo. El agua no cruza la finca necesariamente.

En los esquemas anteriores, se graficaron, pues, los 5 casos descritos. La línea segmentada, representa el terreno natural o estado inicial. La línea continua, el estado final, y los números del 1 al 6 un tramo del estacado en cada sentido, o sea el corte de un surco y el corte de una acequia cabecera o de sentido perpendicular al surco.
 
Cada vez que se ejecuta una corrida de datos, de una finca o parcela, se genera un listado con los 5 casos completamente desarrollados, es decir: cota inicial, cota final, magnitud del corte o relleno por cada estaca, volumen de corte, volumen de relleno, costo total, costo por hectárea, número de estacas con corte o relleno mayor a una magnitud determinada y superficie. Por tanto, es muy fácil tomar una decisión al analizar los costos y calidades de cada diseño. En la medida que sea necesario variar el costo o calidad, se varían los parámetros y se ejecuta una nueva corrida para cada set de datos hasta que el resultado posea un óptimo económico y un óptimo técnico. Esto no involucra ningún costo extra, pues constituye una parte integral de todo proyecto de nivelación.

La decisión final, se toma técnicamente en conjunto con el agricultor, quien podrá evaluar el punto que satisfaga su óptimo técnico y económico, por supuesto contando siempre con el asesoramiento del técnico agrónomo correspondiente. Una vez decidido el proyecto a ejecutar, se replantea en el terreno y se nivela con traílla; al término del trabajo, se chequea el proceso efectuado y si fueran necesarias correcciones se llevan a cabo. Concluido todo ello, se entrega al agricultor-promotor de la obra un plano con la situación final de la misma.

    1. El caso singular del terreno arrozal

 

Como sucede en los demás campos de las actividades económicas, la agricultura está sufriendo una serie de transformaciones consistentes en la informatización y automatización de muchas de sus tareas. Como consecuencia de ello, el sector arrocero español posee probablemente el parque de maquinaria más nuevo y tecnológicamente más avanzado que se utiliza hoy en día en la agricultura extensiva.

La nivelación de tierra para el cultivo de este cereal de verano consiste en modificar el microrrelieve natural o modificado, uniformizándolo o alisándolo, manteniendo la pendiente o cambiándola, con objeto de poder mejorar y facilitar el establecimiento del cultivo bajo riego, su manejo agronómico y desarrollo posterior. En las primeras introducciones esta práctica está asociada a facilitar el manejo del agua en métodos de riego superficial o por gravedad, y facilitar el drenaje del campo en siembra de diversos cultivos anuales. Además de estos beneficios, también se ha comprobado que coadyuva en la eficiencia y eficacia de otras prácticas agronómicas asociadas al manejo propio del cultivo arrozal.

El arroz es una gramínea que se adapta a ecosistemas donde la tierra presenta mal drenaje interno y externo, una pendiente predominante muy baja y suelos con textura pesada (con alto contenido de arcillas), lo cual crea condiciones limitativas para su uso en el establecimiento de otros cultivos. En la actualidad, dado el incremento unitario de la producción de la mayoría de los cultivos, es mayor el número de siembras que se realizan bajo riego que las realizadas en secano (sólo dependientes de aguas provenientes de las lluvias). La experiencia ha demostrado que el éxito de los productores en agricultura bajo riego depende, en gran parte, de las buenas condiciones del terreno para distribuir uniformemente el agua por el mismo.

La nivelación del suelo produce un conjunto de ventajas que favorecen la producción de arroz bajo riego, a saber: propician una mayor eficiencia en las operaciones de preparación de suelo y siembra; permiten el manejo agronómico más preciso del cultivo; potencian la eficiencia de aplicación de insumos y la respuesta del cultivo; contribuyen al control de malezas, plagas y enfermedades; mejoran el manejo del riego con economía del agua y ahorro de tiempo y facilitan las labores de cosecha, entre otras.
 
La aplicación de esta práctica en la siembra de arroz en las décadas de los 60 y 70 del pasado siglo, tuvo como objetivo facilitar el riego superficial o por gravedad y el drenaje del campo. También sirvió para ampliar el tamaño de las melgas o tanques, facilitando la operatividad de maquinarias y equipos agrícolas en las labores mecanizadas. La nivelación contribuye a reducir el tiempo de llenado por inundación de la parcela y a reducir las pérdidas de agua, con lo que se aumenta la capacidad de riego de mayor cantidad de hectáreas cuando la fuente de agua proviene de pozos profundos u otra fuente con limitado caudal. Asimismo, se ha comprobado que coadyuva en la eficiencia y eficacia de otras prácticas agronómicas asociadas, a una mejor emergencia y establecimiento inicial de las plantas y a su desarrollo posterior, a la reducción de uso de algunos de los insumos y al incremento en más de 1.000 kg/ha en los rendimientos en arroz cáscara o paddy, según variedades y condiciones edafo-climáticas. En comparación con los obtenidos en los mismos lotes de suelo, antes de nivelar, el rendimiento del cultivo resulta superior a medida que es mayor la precisión con que se realiza la operación de nivelado.  

Ahora bien, esta labor requiere el uso de gran cantidad de energía mecánica para remover volúmenes significativos de suelo, de entre 1 a 2 toneladas por m3 en peso, de áreas de cortes (parte altas de microrrelieve) y transportar a cortas distancias hacia áreas de rellenos o más bajas (parte donde están las depresiones y microdepresiones), siguiendo el sentido general de las pendientes predominantes del terreno. Para una pendiente de diseño determinada, el volumen de tierra o suelo removido y transportado será mayor a medida que sea mayor la pendiente del terreno a modificar y sea mayor también la diferencia existente entre la pendiente inicial y la modificada. La pendiente se puede modificar normalmente desde 0% hasta más del 5%. No obstante, en campos donde se van a sembrar cultivos anuales densos como el arroz, por lo general, se procura mantener las pendientes naturales o bien reducirlas a una menor, dependiendo de la necesidad que justifica la modificación.
 
En el cultivo de arroz –debido al uso de métodos de riego por gravedad con inundación continua mediante lámina de agua fija o variable– se procura, con la labor de nivelación de la tierra, reducir la pendiente inicial del terreno “a cero”, o modificarla a mínima pendiente con el objetivo de permitir un manejo adecuado de la profundidad de la lámina de inundación. No obstante, los volúmenes y profundidad de corte son mayores a medida que se acerca a cero la pendiente, lo cual produce un incremento en el consumo de energía y maquinarias y, por ende, de los costos directos de la operación.  

Por lo que se refiere a la nivelación de las parcelas, desde hace ya varios años se ha generalizado el uso de equipos de nivelación de rayo láser, que permiten a los agricultores manejar el agua de riego con gran precisión, posibilitando un riego más homogéneo y la utilización del agua de forma más racional en aplicación de los principios inspiradores de lo que se ha venido en denominar la “nueva cultura del agua” (NCA) .
El sistema, que trataremos con mayor profundidad en el siguiente epígrafe de este mismo capítulo de nuestro libro, consiste en un emisor de rayo láser montado sobre un trípode que permanece estático y que, de forma continuada, va describiendo un plano virtual con la misma cota del terreno. Mientras tanto, un receptor montado sobre un apero (niveladora-arrobadera) recibe esta señal láser que la transforma y traslada al operador. Éste supervisa en todo momento la información de cota del terreno donde se encuentra y, de forma automática o bien manual, puede corregir la altura levantando o bajando el apero. De esta forma, se obtiene la pendiente deseada para la parcela o bien se nivela “a cero”, o sea, mediante un plano perfectamente horizontal (paralelo al X0Y), con lo que la circulación del agua por la parcela tiene lugar exclusivamente por efecto del gradiente hidráulico del tirante que se origina en la misma entre la entrada del agua y su punto de salida. En definitiva, con la nivelación realizada mediante láser se consigue controlar mejor los niveles de agua dentro de la parcela de cultivo, de tal forma que se facilita grandemente la nascencia del mismo. Una vez implantado el cultivo, las labores a realizar se reducen al riego y a la aplicación de herbicidas, abonado de cobertera y pesticidas, en su caso.

En el riego hay que cuidar que el nivel del agua tenga la altura debida en relación con el desarrollo de la planta. En los primeros estadios, el nivel ha de ser alto, para proteger del frío a la plántula, entorpecer el desarrollo de las malas hierbas, impedir que el movimiento superficial del agua por el viento arranque a las jóvenes plantitas, aún no suficientemente arraigadas, y si se usan determinados herbicidas, impedir su degradación.

Según que la planta vaya creciendo, conviene rebajar estos niveles para permitir un mejor desarrollo y respiración de las hojas, que deben “puntear” siquiera tímidamente por encima del agua. Una vez implantado el cultivo, se mantiene el nivel de agua con ligeras variaciones, siendo conveniente la renovación de la misma para conseguir la mejor oxigenación, lavado o lixiviación de sales y temperatura adecuada.

Debe resaltarse la tradicional práctica de la “seca”, que posee notable influencia en los resultados finales de la cosecha. La operación antedicha consiste en cortar la entrada de agua a la parcela y dejar que el suelo llegue a secarse en mayor o menor grado, lo que se realiza desde finales del ahijado hasta el comienzo de la formación de la panícula, lo que tiene lugar a finales de los meses de junio y julio, pues si se hace en el ahijado se disminuye éste.

Los fines perseguidos con la “seca” son el de controlar el desarrollo vegetativo cuando éste es necesario, evitando riesgos de encamado, y preparar la planta para el período de fructificación, así como constituye una forma de defenderse contra las numerosas algas que se crían al amparo de la planta de arroz, que dificultan la circulación del agua y llegan a molestar a la propia planta.

La “seca” se suele aprovechar para la aplicación de los herbicidas selectivos de contacto, que precisan mojar a la planta, ya que al mismo tiempo la seca provoca una eclosión de malas hierbas que se encontraban frenadas precisamente por la presencia de la lámina de agua.
Los sistemas de riego empleados en los arrozales son diversos, desde los sistemas estáticos, hasta los de recirculación y de recogida de agua. Teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes de cada sistema y de su impacto potencial en la calidad del agua, ello permitirá a los arroceros elegir el sistema más adecuado a sus operaciones de cultivo. A continuación, se describe cada uno de ellos de manera breve y concisa.

a) Sistema de riego por flujo continuo

Es el método más convencional, siendo diseñado para autorregularse: el agua fluye de la parte alta del arrozal a la parte baja, regulándose mediante una caja de madera. El vertido se produce desde la última "caja de desagüe", que se usa para mantener el nivel del agua de la tabla o parcela. Entre los inconvenientes de este sistema destacan los vertidos de pesticidas a las aguas públicas, el hecho de que el aporte constante de agua fría por la parte alta de la tabla produce el retraso ostensible en la fecha de maduración y perjudica los rendimientos en las zonas cercanas a la entrada de agua y la otra circunstancia de que la introducción de agua (en la fecha de aplicación de herbicidas) da lugar a un menor control de las malas hierbas.

b) Sistema de recuperación del agua de desagüe por recirculación

Este sistema facilita la reutilización del agua de salida y permite que no se viertan residuos de pesticidas a los canales públicos. Tiene la ventaja de proporcionar una flexibilidad máxima requiriendo un periodo más corto de retención de agua después de la aplicación de los productos fitosanitarios que los sistemas convencionales. Consiste en elevar el agua de desagüe de la última tabla hasta la tabla de cota más alta mediante una bomba de poca potencia (debido a la escasa altura manométrica de elevación necesaria) a través de una tubería (conducción forzada o a presión) o de un canal a cielo abierto (conducción libre). Los costos derivados de la construcción y el uso de un sistema recirculante dependen de la superficie cubierta por dicho sistema, así como del desnivel y la irregularidad del terreno. Tiene el inconveniente derivado del empleo de agua de menor calidad.

c) Sistema de riego estático

Mantiene las aguas con residuos de pesticidas fuera de los canales públicos y elimina la necesidad de un sistema de bombeo como el empleado en el anterior sistema recirculante; además, se controla de forma independiente la entrada de agua a cada tabla, limitándose la pérdida de agua por evapotranspiración a la atmósfera y percolación a las capas profundas del subsuelo o alimentación o recarga de la capa freática. Este sistema consiste en un canal de drenaje que corre perpendicularmente a los desagües de las tablas. El canal está separado de cada parcela por una serie de válvulas que controlan la profundidad dentro de cada tabla. No resulta adecuado para suelos salinos y además se reduce el área de terreno cultivable debido a la construcción del canal de drenaje.

d) Sistema de riego mediante recuperación del agua

La recuperación del agua de riego se realiza mediante tuberías, utilizando el flujo debido a la gravedad para llevar el agua de una tabla a otra, evitando el vertido a los canales públicos de aguas con residuos de pesticidas diversos (herbicidas, insecticidas, acaricidas, nematocidas, fungicidas). Este sistema resulta muy efectivo y presenta costos reducidos; además, durante los periodos de retención del agua, permite una gran flexibilidad en el manejo. Sin embargo, cuando están conectadas varias tablas entre sí, debido a la gran superficie a cubrir, se hace difícil su manejo preciso y eficaz. Por último, debe tenerse en cuenta también que, en los suelos salino-sódicos, la acumulación de sales puede resultar un notable problema (FRANQUET y BORRÁS, 2004).

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