El documento describe una investigación realizada en el Distrito de Riego 034 en Zacatecas, México. El objetivo fue calibrar dos modelos de simulación (RIGRAV y SIRMOD) para mejorar el diseño y eficiencia del riego superficial a nivel de parcela. Se establecieron parcelas experimentales y se midieron variables como gasto, longitud de surco, velocidad de avance y recesión del agua, pendiente e infiltración. Los datos se usaron para calibrar los modelos y así identificar las mejoras necesarias para aumentar

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CALIBRACION IN SITU DE DOS MODELOS DE SIMULACION PARA EL DISEÑO DE
RIEGO SUPERFICIAL EN EL D.R 034 ZACATECAS
*Alvarado Medellín Pedro,** Mojarro Dávila Francisco, ***González Trinidad Julián.
*Candidato al grado Maestría en Planeación de Recursos Hidráulicos UAZ
**Profesor-Invitado Maestría en Planeación de Recursos Hidráulicos UAZ. Investigador INIFAP-
Calera
*** Profesor investigador Maestría en Planeación de Recursos Hidráulicos UAZ
Riego y Drenaje
RESUMEN
El distrito de riego 034 del estado de Zacatecas, cuenta con 6 módulos de riego los
cuales disponen del 15% de la superficie total irrigada en el estado. En general, la
cultura del uso del agua a nivel parcelario por los usuarios es muy baja, cerca del 45%,
causado principalmente por el desconocimiento de las variables que intervienen en el
riego como son longitud del surco o melga, gasto, pendiente y tiempo de aplicación, los
cuales dependen de la topografía y de las características hidrodinámicas del suelo, y no
como se usa actualmente a criterio del regador, lo que ha sido insuficiente para elevar
la producción y hacer un buen uso del recurso.
Para el caso específico del módulo de riego Leobardo Reynoso donde los sistemas
parcelarios de riego son usados y operados, basándose en la experiencia del regador;
esto no basta para su mejoramiento y aprovechamiento: ya que se requiere combinar la
experiencia con el entendimiento de los procesos involucrados en el sistema de riego,
los cuales son numerosos y muy complejos, y que además se requiere de muchos
recursos y tiempo para realizarlos en campo.
Una alternativa con la que actualmente se dispone son los modelos de simulación del
riego superficial, que permiten conocer el desarrollo de las diferentes fases del riego en
un corto tiempo y con poca inversión.
A través de esta herramienta es posible conocer las variables que intervienen en el
riego superficial; gasto, longitud, rugosidad y la más importante que es la velocidad de
infiltración (Strelkoff, 1987)
Además, con el uso de estos modelos de simulación se ha encontrado que se pueden
elevar las eficiencias de aplicación de un 45 hasta un 80 e incluso 85%, con lo que se
hace un importante ahorro de agua, trabajo y se obtienen mayores rendimientos.
En el módulo No. 1 se establecieron parcelas experimentales en el ciclo primavera-
verano de 1999 con el cultivo de frijol, cuyas variedades fueron: flor de Mayo Sol, flor de
Junio Marcela y Negro Zacatecas en la parcela del Sr. Miguel Jaime.

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INTRODUCCIÓN
Los sistemas de riego por gravedad operan con eficiencias de aplicación a nivel
parcelario menores del 50%, reduciéndose así la superficie potencial regable y
ocasionando que se sobreexploten los acuíferos del país (Aldama, 1998). La
tecnificación de los sistemas de riego ofrece la posibilidad de incrementar las
eficiencias, así como la sostenibilidad del recurso.
El estado de Zacatecas se caracteriza por tener regiones con un clima adverso para las
actividades agrícolas, con precipitaciones erráticas, en cantidad y oportunidad; y
además, con heladas muy tempranas, suelos casi desnudos de vegetación, poco
profundos y salinos.
Los volúmenes explotados actualmente en el D.R 034 y en las unidades de riego del
estado tienen unas eficiencias de aplicación y de conducción de 40 y 60%
respectivamente (Mojarro F. 1991, Ruvalcaba D. 1988 y González J. 1998).
Para el caso específico del modulo de riego Leobardo Reynoso EN donde los sistemas
parcelarios de riego son usados y operados basándose en la experiencia del regador, lo
que ha sido insuficiente para lograr su mejoramiento: ya que se requiere combinar la
experiencia con el entendimiento de los procesos involucrados en el sistema de riego,
los cuales son numerosos y muy complejos, y que además se requiere de muchos
recursos y tiempo para medirlos en campo.
Por otro lado, en dicho módulo de riego se están haciendo inversiones importantes por
parte de la CNA y de los productores para modernizar la infraestructura hidroagrícola,
por esta razón, se deberán plantear, a corto plazo, una serie de medidas correctivas
para lograr un uso eficiente de la infraestructura y por ende del recurso hídrico, tanto a
nivel de conducción como parcelario.
Una alternativa con la que actualmente se dispone son los modelos de simulación del
riego superficial, que permiten conocer el desarrollo de las diferentes fases del riego en
un corto tiempo y con poca inversión, ésto para aumentar las eficiencias de riego y la
producción, bajo cualquier condición de suelo y agua.
A través del modelo RIGRAV, (Rendón et al 1990), se ha demostrado que el gasto de
riego que maximiza las eficiencias de aplicación, del requerimiento de riego y de
uniformidad es único. Además, cuando la longitud del riego se duplica o triplica, el gasto
de riego debe aumentar en la misma proporción para obtener las máximas eficiencias.
Rendón et al. (1990), trabajando en Guanajuato para evaluar las eficiencias del riego
por melgas y la producción en el cultivo de trigo, muestran que cuando se selecciona
adecuadamente el gasto de riego unitario por melga, se obtienen eficiencias de
aplicación y de uniformidad similares a las obtenidas teóricamente. Además el
rendimiento es similar al obtenido experimentalmente en estudios de funciones de
respuesta al régimen de humedad en el suelo.

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El modelo de simulación SIRMOD, (Walker, 1985), provee capacidad analítica con
respecto a todas las variables que afectan el diseño y el manejo del riego superficial. No
simplifica ninguna de las variables pero a cambio simula la respuesta del sistema a los
valores que se le introducen a cada variable. Se identifica así, un óptimo diseño y
manejo del riego.
Walker y Skogerboe, 1987. Comentan que a través del Modelo SIRMOD, se identifican
rápidamente las modificaciones y/o ajustes que el productor o regador tiene que realizar
para mejorar la eficiencia de aplicación del agua. Además comentan que dados los
grandes problemas de demanda de agua por los diferentes usuarios y la baja
disponibilidad del recurso, aunado a los problemas de tipo económico que tiene el
mundo hoy, el riego superficial continuará teniendo una mayor atención por los
profesionistas y agricultores, para mejorar cada día las prácticas de riego parcelario.
Catalán, 1993. Utilizó resultados de experimentos anteriores y aplicó el modelo de
simulación SIRMOD para el diseño de alfalfa a nivel comercial en la región lagunera.
Por medio del modelo pudo demostrar que se puede producir 101 ton/ha de forraje
verde con una lámina de riego de 1.89 m, siempre que se considere la pendiente, la
longitud de la melga o surco y los tiempos de riego para cada suelo en especial.
OBJETIVOS
Diseñar una metodología del riego parcelario en el módulo de riego No. 1 de la presa
Leobardo Reynoso, para incrementar las eficiencias de aplicación y obtener ahorro de
agua, tiempo, trabajo y mayores rendimientos en las cosechas.
De igual manera evaluar en el campo la aplicación del riego parcelario, la longitud del
surco, avance y recesión del agua, y la pendiente del terreno para su utilización en los
modelos de simulación RIGRAV y SIRMOD.

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DESARROLLO
El modulo de riego Presa Leobardo Reynoso, se ubica al noreste de la ciudad de
Fresnillo a los márgenes del río Aguanaval, cuyas coordenadas geográficas son: Latitud
norte 23°15′; Longitud oeste 103°06′ y una altitud de 2060 m.s.n.m en su extremo
noroeste.
Para la caracterización hidrodinámica del suelo se tomaron muestras en diferentes
puntos de la parcela experimental a las profundidades de 0-30 y 30-60 cm, para
determinar en laboratorio las propiedades físicas como textura.
En la tabla siguiente se muestra los resultados que se obtuvieron en el laboratorio por el
método de Boyoucos. Los resultados fueron los siguientes :
Tipo de Suelo : Franco Arcilloso
62.44 % Arena
21.33 % Limo
16.22 % Arcilla
Con el fin de distribuir uniformemente las láminas de riego se niveló el terreno con
equipo de nivelación electrónica Spectra Physics Láserplane, teniendo como criterio
hacer el menor movimiento de tierras, quedando pendientes de 0.139 % en sentido del
riego y de 0.6 % en sentido de la regadera.
En surcos de 123 m se aforaron los gastos en cada uno de ellos colocando vertedores
triangulares y tambien para el gasto modular de la misma manera. Se aplico el gasto en
los surcos con sifones previamente calibrados, para las mediciones del avance y la
recesión del agua se instalaron estacas a cada 20 m a lo largo del surco; en las
estaciones se midió el tirante del surco a diferentes tiempos, así como el ancho del
espejo del agua. Con el fin de conocer la infiltración básica se instalaron vertedores
triangulares al inicio y al fin de cada surco, en los que se midió el gasto en el vertedor a
diferentes tiempos, para mantener un tirante constante durante el tiempo del riego.
Todas las mediciones anteriores se realizaron con criterios propuestos por la USDA.
Después de cada riego se muestreó el suelo por el método gravimétrico para conocer el
contenido de humedad y de esta manera obtener el coeficiente de uniformidad de
Christiansen.
Las variedades mejoradas de frijol utilizadas en la parcela experimental fueron flor de
Mayo Sol, flor de Junio Marcela y Negro Zacatecas, que son mejoradas y de alto
rendimiento. La densidad de población fue de 96,000 plantas/ha; para obtener esta
densidad de población se utilizó una sembradora electrónica de precisión, la fecha de
siembra fue el día 19 de Mayo de 1999.
Para la dosis de fertilización, el control de plagas y enfermedades, se siguieron las
recomendaciones del Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas y Pecuarias
(INIFAP), Zacatecas.

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El modelo de simulación RIGRAV, (Rendón et al, 1990), generado por el IMTA utiliza la
función de infiltración de Green-Ampt, (1911).
 I
I = K S t + λ ln1 +  …(1)
 λ
donde:
I = velocidad de infiltración
λ = (h + hf)(θS - θ0)
KS = conductividad hidráulica a saturación
θ0 = contenido de humedad inicial
θS = contenido de humedad final
h = tirante de agua en el surco
h f =succión en el frente de humedecimiento
Este modelo se basa en simplificaciones de las ecuaciones de Saint-Venant y Richards,
una de estas simplificaciones consiste en presentar la ecuación de la conservación de
la masa de manera integral, que se escribe:
S S
QgT = ∫ Ah( x, T ) dx + ∫ Ai ( x, T ) dx …(2)
0 0
donde:
S = posición del frente de avance en el tiempo [L]
T = tiempo
L = longitud del surco, medida a partir de la cabecera [L]
Ah = área hidráulica de la sección transversal [L 2]
Ai = área de la sección transversal del escurrimiento subterráneo [L 2]
Si se considera que el área hidráulica del escurrimiento superficial es constante en el
espacio y en el tiempo, y que el suelo es homogéneo, entonces la ecuación (2) se
escribe:
S
QgT = AhS (T ) + ∫ Ai (T0 )dx …(3)
0
donde:
Ah = valor medio del área hidráulica
T0 = tiempo de infiltración definido como: T 0 = T-Tx
Tx = tiempo que tarda en llegar el avance a un punto situado a una
distancia x
Si dividimos la ecuación (3) entre el perímetro mojado tenemos:
S
QuT = RhS (T ) + ∫ Ri (T0 )dx …(4)
0
donde:

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Rh = radio hidráulico medio del escurrimiento superficial [L]
Ri = lámina infiltrada media en el perímetro mojado [L]
El modelo de simulación SIRMOD (Walker, et al 1987) fue creado por Utah State
University en los Estados Unidos de Norteamérica. En el modelo se presentan tres
opciones de solución a las ecuaciones de Saint-Venant (1871), siendo: el modelo
hidrodinámico total, de cero inercia y el de la onda cinemática.
Las ecuaciones de Saint-Venant son las siguientes:
∂A ∂Q ∂Z
+ + =0 (Conservación de masa)
∂t ∂x ∂τ
1 ∂Q 2Q ∂Q ∂v
+ 2 + (1 − F 2 ) − (S0 − S f ) = 0 (Momentum)
Ag ∂t A g ∂x ∂x
donde:
A = área de la sección transversal [L 2]
Q = gasto de descarga por surco [L 3T-1]
T = tiempo transcurrido
x = distancia desde el inicio del surco [L]
τ = tiempo de oportunidad de infiltración [T]
Z = infiltración acumulada [L 3T-1]
g = Aceleración de la gravedad 9.81 m/seg2
F = número de Froude [Adim]
S 0 =pendiente del terreno [LL -1]
S f =pendiente de fricción [LL -1]
Este programa de cómputo utiliza la relación de Kostiakov-Lewis para describir la
infiltración acumulada para los regímenes de flujo continuo e intermitente, tal relación
es:
Z = Kτ a + f 0τ
donde:
k = constante empírica [L3T-aT-1]
a = exponente empírico [Adim]
f 0 = velocidad de la infiltración básica [L 3T-1L-1]
RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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Avance del agua simulado/real
90
80
70
60
Tiempo (min)
50
RIGRAV
SIRMOD
MEDICIONES EN CAMPO
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Distancia (m)
Figura 1 Avance del agua en el riego de presiembra para dos diferentes modelos comparado con
mediciones realizadas en la parcela para el mismo riego.UAZ, 1999
De los resultados obtenidos en el campo para el riego de presiembra, se desprenden
las siguientes curvas de avance.
En la figura 1 se muestra el avance del agua para los dos modelos de simualción
calibrados con respecto a las mediciones realizadas en la parcela experimental. Como
se podrá notar en la figura, las curvas de avance para los modelos son similares, pero
diferentes a la del avance real, esto se debe a que era un suelo recien nivelado y el
moviemiento de tierras provoca que la infiltración en dicho suelo se comporte de
manera diferente a un suelo ya compactado.
En el primer riego de auxilio, modificando el coeficiente de rugosidad de Manning, para
un suelo recién arado, y además surco pisado y no pisado, se obtuvo la siguiente
gráfica de avance:

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Avance del agua para surco pisado y no pisado con 1 lps
100
80
Surco no pisado
Tiempo (min)
60
40
Surco pisado
20
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Distancia (m)
Figura 2 avance del agua en un surco pisado y en otro no pisado por el tractor con un gasto igual, UAZ,
1999
Los datos mostrados en la figura 2 se utilizaron para obtener la velocidad media del
avance del agua para la obtención de los parámetros de la función de infiltración de
Kostiakov-Lewis, por el método de los dos puntos, Elliot y Walker (1982). La diferencia
mostrada en el avance del agua para surco pisado y no pisado, se debe básicamente a
la compactación de las partículas del suelo en la parte superficial, lo que origina una
disminución de la velocidad de infiltración del agua en el suelo; estos resultados
concuerdan con los encontrados por Walker, (1986) en varios experimentos realizados
en algunos Estados de la Union Americana.
En la tabla 1 se presentan los resultados obtenidos de los modelos de simulación, así
como los de las mediciones realizadas en la parcela experimental al momento del riego
y los muestreos gravimétricos, que se hicieron después de éste.
Tabla 1 comparación de los valores obtenidos con los modelos de simulación y en la
parcela experimental.
Concepto SIRMOD RIGRAV CAMPO
N 0.04 0.04 ---
Q 1 1* 1
Ea 100 86 100
CUC 85 72 96
Tr 100 103 100
Lr 6 6 6
Ta 75.4 74.5 80
Tre 116 104 130
L 123 123 123
VT 6.23 8.2 6
Para el caso de RIGRAV el Qu = 1.33 lps, el gasto que está marcado en la tabla anterior es el gasto por surco, dado que el ancho del surco
es de 75 cm.
Donde :

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n = Coeficiente de rugosidad de Manning
Q = Gasto por surco (lps/surco)
CUC = Coeficiente de uniformidad de Christiansen (%)
Ea = Eficiencias de aplicación (%)
Tr = Tiempo de riego (min)
Ta = Tiempo de avance (min)
Tre = Tiempo de recesión (min)
Lr = Lamina de reigo requerida (cm)
L = longitud del surco (m)
VT = Volumen total aplicado (m3/surco)
Utilizando los modelos de simulación para diseñar el riego y aplicando el paquete
tecnológico del inifap-calera, se aplicó una lámina total de 23 cm/ha de agua, para
producir 3.0 ton/ha de frijol, mientras que en una parcela testigo se aplicaron 57 cm/ha,
para producir solamente 1.5 ton/ha del grano.
Comparando los resultados obtenidos en el campo con los modelos, se desprende que
ambos modelos predicen con precisión las diferentes fases del riego, sin embargo cabe
señalar que para el modelo RIGRAV, para una adecuada calibración, es necesario tener
datos confiables del avance del agua y un buen criterio para seleccionar los parámetros
de diseño Ks y hf,. Por su parte, para el modelo SIRMOD se requiere más trabajo de
campo, ya que el número de variables que intervienen en tal modelo son muchas, pero

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por esta razón se puede analizar por separado, una a una, las variables que interviene
en el diseño del riego.
Es importante mencionar que, el modelo que mejor predice el desarrollo del riego sin
ninguna calibración, o sea, sin ningún trabajo de campo, es el modelo SIRMOD, ya que
éste proporciona una ventana de ayuda donde muestra una familia de curvas de los
parámetros a, k y f 0 de la función de infiltración de kostiakov-Lewis. Para diferentes
tipos de suelo.
Sin embargo, una de las serias limitantes del uso de estos modelos es que no están
disponibles en todos los distritos y unidades de riego, y que además, los técnicos
encargados de riego y drenaje, no están capacitados para hacer uso de ellos.
La Universidad Autónoma de Zacatecas y el INIFAP-Calera han utilizado en varios
proyectos de investigación y de transferecia de tecnología, los modelos de simulación
RIGRAV y SIRMOD, esto les ha proporcionado un entendimiento teórico-práctico del
riego superficial y una plena destreza en la calibración y operación de los modelos.
Por los que se pone a consideración de la Gerencia General de Distritos de Riego una
serie de talleres para la capacitación de técnicos en la operación de los modelos.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Aldama R. A. 1998. Investigación aplicada en los programas de tecnificación del
riego. Memorias 3er Simposium internacional de Fertirrigación. FIRCO. León,
Guanajuato, México.

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