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2013 65 Raúl Andrés Mateo Estudio del riego por aspersión en LASESA (Monegros, Huesca) Departamento Director/es Ciencias Agrarias y del Medio Natural Cuchi Oterino, José Antonio Director/es Tesis Doctoral Autor Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Departamento Director/es Raúl Andrés Mateo ESTUDIO DEL RIEGO POR ASPERSIÓN EN LASESA (MONEGROS, HUESCA) Director/es Ciencias Agrarias y del Medio Natural Cuchi Oterino, José Antonio Tesis Doctoral Autor 2013 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA Departamento Director/es Director/es Tesis Doctoral Autor Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA TESIS DOCTORAL Estudio del riego por aspersión en LASESA (Monegros, Huesca) Autor: Raúl Andrés Mateo Dirigida por: Dr. José Antonio Cuchí Oterino Universidad de Zaragoza Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Natural 2013 Tesis doctoral Estudio del riego por aspersión en LASESA (Monegros, Huesca) Autor: Raúl Andrés Mateo Dirigida por: Dr. José Antonio Cuchí Oterino Programa: Ciencias Agrarias y del Medio Natural 2013 A mis chicas Maria, Candela y Siena y a mi amigo Cesar Ballester Pinilla 1 Introducción general Introducción general 3 INTRODUCCIÓN GENERAL 1.1 El problema de la alimentación mundial La constante mejora del bienestar material de las personas amenaza con sobrepasar los límites materiales del planeta, a menos que haya un cambio radical hacia patrones de consumo y producción sostenibles en relación al uso de los recursos naturales. Para el año 2050, se estima que la población mundial podría superar los 9.000 millones de personas, un 34 % superior a la de hoy en día (ONU, 2012). La práctica totalidad de este incremento tendrá lugar en los países en vías de desarrollo. Esto supondrá una mayor demanda de alimentos, a obtener primordialmente por la intensificación de la producción agrícola y en menor medida por ampliación de su superficie cultivada (FAO, 2009). Actualmente se cultivan 1.530 millones de hectáreas, el 12% de la superficie terrestre (FAOSTAT, 2011). Se estima que existen sin cultivar otras 1.400 millones, con buen potencial agrícola, que se encuentran concentrada en unos pocos países (GAEZ, 2011). Sin embargo, la previsión es que la superficie cultivada se incremente sólo en un 5%. En los países desarrollados, la práctica totalidad de la tierra apta para la agricultura ya está en cultivo y sólo la intensificación permitirá aumentar la producción. En el caso de la Unión Europea se espera que este aumento de la producción sea tan sólo del 11% para el 2050, debido a su nulo crecimiento demográfico y a su elevado consumo actual de alimentos (Bruinsma, 2012). 1.2 Regadío y agua disponible El regadío representa una forma de intensificar la producción agrícola mediante la aplicación de agua. La mayor productividad del regadío se constata porque genera el 44% de la producción agrícola mundial en tan sólo el 16% de la superficie cultivable. Sin embargo utiliza el 70% del agua consumida a nivel mundial (Alexandratos y Bruinsma, 2012). En cualquier caso, en las zonas áridas y semiáridas la agricultura de regadío es imprescindible para obtener las producciones necesarias. El agua dulce es un recurso escaso cuya demanda crece de manera imparable (WRG, 2009). En las zonas áridas y semiáridas el problema de la escasez de agua aún es Introducción general 4 más acuciante y en los casos extremos exigen la difícil labor de priorizar los usos más útiles para la sociedad. Además, los mercados financieros la han convertido en un activo económico más. Un ejemplo de esto son las recientes inversiones estratégicos en Etiopía y Sudán por parte de multinacionales agroalimentarias, fondos de inversión y Gobiernos extranjeros. Es evidente que una especulación sobre el recurso agua, un recurso vital para el ser humano, supone una fuente de conflictos. Es conocido que España tiene una general escasez de lluvias, con la excepción de su franja norte. Por lo tanto, el regadío ha jugado un papel fundamental en la producción agrícola. En la época romana se construyeron las primeras infraestructuras de riego que la sociedad musulmana aprovechó y amplió. A partir del siglo XVI se hicieron obras hidráulicas, con técnicas propias de su época que limitaron la expansión de los riegos a las riberas de los ríos. A finales del siglo XIX, figuras como Joaquín Costa, reclaman obras hidráulicas para mitigar la carencia de alimentos. A principios del siglo XX se redactan los proyectos y se inician las obras de los grandes sistemas de riego (Aragón y Cataluña, Delta del Ebro, Riegos del Alto Aragón, Bajo Guadalquivir, Bardenas). A partir de los años 70 se introducen las técnicas de riego por aspersión provenientes de Estados Unidos y el riego por goteo, desarrollado en Israel. Actualmente España cuenta con 3,5 millones de hectáreas de regadío, que suponen el 20% del territorio cultivado. El crecimiento de la superficie de regadío fue máximo en la década de 1970. Posteriormente el desarrollo se ralentizó y para el futuro se prevé una expansión mucho más modesta debido a los elevados costos de inversión, la escasez de zonas adecuadas, la limitación de recursos hídricos y cuestiones medioambientales. El 22% del regadío nacional se encuentra en la cuenca del Ebro, donde el riego utiliza el 80% del agua captada en un entorno semiárido, donde coexisten regadíos muy antiguos, incluso romanos con transformaciones muy recientes. Los sistemas más recientes y de mayor extensión se localizan en la margen izquierda (Bardenas, Riegos del Alto Aragón, Aragón y Cataluña, Urgel, Segarra y Garrigues). Proyectados a principios del siglo XX, tienen características y problemas similares. Las zonas desarrolladas en la primera mitad del siglo XX son de riego por superficie, con redes de distribución de pequeñas dimensiones y una gran parcelación. Las más recientes se han desarrollado por riego por aspersión, sobre un parcelario más concentrado. Introducción general 5 Una parte importante del regadío español, 71%, tiene más de 25 años y en muchos casos con infraestructuras obsoletas incapaces de dar respuesta a la agricultura actual. Por ello, durante los últimos nueve años se han modernizado aproximadamente dos millones de hectáreas (Lecina et al., 2009). La mayor parte de los trabajos de modernización han consistido en el cambio del sistema de distribución de agua, de riego por gravedad a riego por aspersión. Las razones para este cambio son variadas, incluyendo aumentos en la eficacia y uniformidad del riego hasta disminuir los penosos trabajos nocturnos de riego. Sin embargo, no se han llegado a iniciar todas las modernizaciones previstas debido a la presente crisis económica, las dificultades de obtención de crédito, la incertidumbre y volatilidad de los precios así como la baja rentabilidad económica de algunos cultivos. 1.3 Regadío y medio ambiente Es evidente que el riego tiene problemas ambientales. La transformación a regadío supone una modificación importante del ciclo hidrológico en los ambientes semiáridos (Baldock et al., 2000; Schoups et al., 2005; Liu et al., 2010). Existen casos de problemas de elevación o formación de capas freáticas asociados a este cambio en muchas de las zonas de regadío del planeta (Cuchí, 1989; Pulido, 1994; Singh, 2005). Otro problema derivado del riego son las aguas de drenaje con las que se exportan diversas sales naturales, abono y otros fitoquímicos. La excesiva presencia del ion nitrato es causa de problemas en el medio natural (Ongley, 1996; Goolsby y Battaglin, 2001; Tanji y Kielen, 2002; Zalidis et al., 2002; Donner et al., 2004; Ribbe et al., 2008; Stamatis et al., 2011). En la cuenca del Ebro se han realizado diversos estudios sobre el tema, algunos proponen medidas preventivas, como la mejora en la eficiencia del riego y abonado para disminuir la contaminación actual (Faci et al., 1985; Mariño, 1986; Isidoro, 1999; Tedeschi et al., 2001; Causapé, 2002; Cavero et al., 2003; Causapé et al., 2004b; Isidoro et al., 2006a y 2006b; Causapé, 2009c; Balcells et al., 2010; Barros, 2010; García-Garizábal, 2010; Abrahão, 2010; Abrahão et al., 2011b; CHE, 2011; Barros et al., 2012a y 2012b; Cavero et al., 2012). Otros estudios proponen medidas correctoras, como los humedales artificiales (Comín et al., 1997; Romero et al., 1999; Moreno-Mateos et al., 2007, 2008, 2010; Moreno-Mateos y Comín, 2010) Introducción general 6 1.4 Evaluación del riego Una forma de afrontar estos problemas es la adopción de técnicas en las que la utilización de insumos pueda sustituirse por aportaciones de conocimiento, para hacer más ambientalmente sostenible a la agricultura de regadío (Bruinsma, 2012). Por tanto, la evaluación de riego, tanto en la gestión del agua como en exportación de sales y nutrientes, es una herramienta fundamental. Actualmente los regadíos por aspersión ofrecen diversas posibilidades de manejo, controlando el volumen de agua aplicada y modificando la programación de riego. Se han realizado diversos estudios en regadíos por aspersión del valle del Ebro (Tedeschi et al., 2001; Cavero et al., 2003; Dechmi et al., 2003; Ruiz et al., 2008; Mur, 2009; Abrahão et al., 2011a; Salvador et al., 2011a; Skhiri y Dechmi, 2012). Uno de los objetivos de estos estudios se dirige a optimizar su programación (Cancela et al., 2006; Lorite et al., 2007; Chopart et al., 2007; Zapata et al., 2009; Liyuan et al., 2010). Es evidente que para alcanzar la máxima eficiencia del riego por aspersión, a nivel de parcela, es necesaria una correcta programación (Tanji y Kielen, 2002). La información sobre las necesidades hídricas de los cultivos, sistema de riego y tipo de suelo permiten hacer una programación del riego óptima, en teoría. En la realidad, esta programación está sometida básicamente al criterio del regante, que se ha demostrado insuficiente (Salvador, 2011b). En cualquier caso, para realizar una optimización es necesario avanzar en el conocimiento de las propiedades hídricas del suelo, como herramienta indispensable para mejorar el riego, ya que la mayoría de las transformaciones en riego de las últimas décadas en el Ebro, no tuvieron en cuenta las características del suelo (Herrero, 1999). Elemento fundamental de la gestión del riego es la realización de balances de agua, sales y nitrógeno, metodología aplicada por primera vez por Scofield (1940). Se puede trabajar a diversas escalas, siendo muy habitual trabajar a escala de cuenca hidrológica. Para el balance es necesario conocer, con la mayor precisión posible, todos los flujos de entrada y salida a partir de los cultivos, los parámetros hídricos del suelo, la gestión del agua de riego y los retornos de drenaje. Con un buen balance de agua se pueden obtener conclusiones adecuadas sobre las posibilidades de ahorro, sobre los efluentes derivados de sales naturales y del transporte de agroquímicos como fertilizantes o pesticidas. La gestión de las grandes zonas agrícolas de regadío puede evaluarse mediante la realización de un balance de masas de sales y nitrógeno (Kaddah y Rhoades, 1976; Palacios et al., 1978; Faci et al., 1985; David et al., 1997; Isidoro, 1999; Tedeschi et al., 2001; Causapé, 2002; Cavero et al., 2003.; Causapé et al., 2004b; Schoups et al., 2005; Introducción general 7 Isidoro et al., 2006a y 2006b; Causapé, 2009c; García-Garizábal et al., 2009; Abrahão, 2010; Balcells et al., 2010; Abrahão et al., 2011b; Chen et al., 2011; CHE, 2011; Noory et al., 2011; Barros et al., 2012a y 2012b; Cavero et al., 2012). Este método sirve para identificar los factores que afectan a la masa de contaminantes exportados y cómo reducirlos. La cantidad y tipo de sales exportadas por el drenaje de riego dependerá de la naturaleza de los minerales de las rocas del suelo y subsuelo, del manejo del riego y de la hidrogeología (Tanji y Kielen, 2002; Aragüés et al., 2011). La masa de nitrato lixiviado está directamente relacionada con la aplicación de fertilizantes de nitrógeno y el volumen de agua drenada (Ritter y Manger, 1985; Bjorneberg et al., 1996; Díez et al., 2000; Li et al., 2007). A nivel de parcela se ha demostrado que una mejora en la gestión del riego y fertilización puede disminuir la lixiviación de nitrato (Martin et al., 1994; Moreno et al., 1996; Sexton et al., 1996; Klocke et al., 1999; Díez et al., 2000; Sogbedji et al., 2000; Jaynes et al., 2001; Gheysari et al., 2009; Cui et al., 2010). 1.5 LASESA como zona de estudio En el regadío del Valle del Ebro, las evaluaciones de regadío se han realizado en polígonos de riego por superficie o en zonas de riego por aspersión recién instaladas, pero nunca en regadíos por aspersión maduros donde se supone que se ha alcanzado un equilibrio hidrológico. Por esto se ha seleccionado una de las comunidades de regantes pioneras en la instalación de riego por aspersión en España, la comunidad de regantes de Lastanosa, Sena y Sariñena (LASESA). En esta comunidad se realizaron en el pasado dos proyectos fin de carrera de Ingeniero Técnico Agrícola desde la Escuela Politécnica Superior (EPS) de Huesca (Puliol, 1999; Ballester, 2003). Posteriormente se realizó para la Confederación Hidrográfica del Ebro (CHE) un trabajo de evaluación de las aguas de retorno de riego por Cuchí (2001). Los resultados mostraron la existencia de un modelo hidrológico más complejo de lo inicialmente previsto a partir de desequilibrios en los balances de agua y sales. Entre las conclusiones se resaltaba que esta comunidad de regantes era una zona interesante para evaluar diversos parámetros relacionados con el riego por aspersión y se proponía continuar este estudio para obtener mayor información sobre el uso del agua y la cantidad y calidad de los retornos de riego. 2 Objetivos Descripción del área de estudio LASESA se encuentra en la comarca de los Monegros, en los términos municipales de Sariñena (que incluye el antiguo término de Lastanosa), Sena, Castejón de Monegros, Villanueva de Sigena y Peralta de Alcofea, todos en la provincia de Huesca. (Figura 3.3) Figura 3. 3. Mapa de términos municipales de LASESA. 3.2 Geología 3.2.1 Historia geológica Geológicamente, la zona regada por LASESA se asienta sobre areniscas y arcillas del Terciario continental; gravas del sistema de terrazas del río Alcanadre fundamentalmente del Pleistoceno así como depósitos limosos del Holoceno. Las dos últimas unidades forman depósitos de reducido espesor sobre los materiales terciarios. Arcillas y areniscas pertenecen a la Formación Sariñena del Terciario Continental del Valle del Ebro. La unidad fue definida por Quirantes (1978) y engloba las zonas medias del gran abanico aluvial de Huesca (Nichols y Hirst, 1998). Su estratigrafía ha sido estudiada en detalle por Arenas (1993). Se trata de materiales depositados en un ambiente 17 Descripción del área de estudio árido y endorreico, a inicios del Mioceno, en una fase posterior a la orogenia pirenaica y anterior a la apertura del Ebro al Mediterráneo. Se asumen espesores acumulados de varios miles de metros de depósitos homogéneos. Las condiciones cambiaron de acumulativas a erosivas, al producirse la apertura de la zona hacia el mar, se supone que hace unos 5 millones de años. En la zona monegrina, la erosión subsiguiente está eliminando de forma diferenciada a los materiales miocenos, quedando, a modo de testigo, la sierra de Alcubierre-Ontiñena. El vaciado de la depresión entre la actual Sariñena y las sierras del Prepirineo se hizo gradual y escalonadamente, dando lugar a una serie de rampas o glacis en graderío que arrancaban de las sierras prepirenaicas o, altenativamente, al otro lado del Alcanadre, de la sierra de Alcubierre (Alberto et al., 1984). Estas superficies, están recubiertas por cantos de caliza y silíceos, arrastrados desde el Prepirineo por corrientes temporales y probablemente torrenciales. En la zona, está representado por el saso de las Fitas, que domina LASESA por el este. Posteriormente, desde el Pleistoceno superior, se instala una red fluvial, de dirección norte-sur, quizás parcialmente heredada de la preexistente antes de la apertura al mar. Esta red se encaja progresivamente y sufre una serie de capturas asociadas hacia el este. Una de ellas, ha formado el gran cambio de rumbo que el actual Alcanadre experimenta entre Sariñena y Sena. Se contabilizan 6 niveles de terrazas en esta zona. Para Badía et al. (2010), por comparación con terrazas en el Cinca, tienen cronologías que van desde el Pleistoceno Inferior al Holoceno. Entre estas unidades de terrazas se han desarrollado laderas regularizadas e incluso pequeños glacis. El encajamiento del Alcanadre y el clima semiárido han desarrollado una serie de barrancos locales (Picardón, Las Vacas, Miranda, Malfarás, Los Arnales y Carnerario). Malfarás y Arnales drenan las diversas terrazas del río principal, aunque su cabecera tiene un desarrollo significativo en los materiales terciarios. Estos pequeños cauces presentan depósitos limosos en su fondo, derivados de la erosión de los materiales terciarios próximos y formando fondos planos tipo val. Al igual que en otras zonas monegrinas, suelen estar reincididos por la erosión. 18 Descripción del área de estudio 3.2.2 Geomorfología La zona de LASESA se divide entre dos grandes unidades morfológicas. Al norte, en el sector XXIX y sureste en el barranco del Carnerario el paisaje está dominado por las formas erosivas en materiales Terciarios. La erosión exhuma los bancos de arenisca, más resistentes, formando cerros testigos tabulares, creando un relieve estructural. En las laderas de los cerros aparecen grandes bloques de arenisca caídos por descalzamiento y rodadura al erosionarse los materiales finos subyacentes. Estos forman laderas regularizadas. En el fondo de los barrancos, se acumulan los materiales finos dando rellenos laminares tipo “val”, que pueden alcanzar espesores de hasta 10 metros. Suelen estar reincididos, formando terrazas laterales con terreros verticales frecuentemente colonizados por los abejarucos (Merops apiaster). Se supone que son del Holoceno, incluso de la pequeña Edad de Hielo, pero en esta zona no hay indicios arqueológicos o paleontológicos. El resto de LASESA tiene un paisaje más suave, cubierto por seis terrazas escalonadas del Alcanadre, cuyo espesor no suele sobrepasar la decena de metros. Las más elevadas y antiguas presentan un encostramiento importante mientras que en las más bajas y recientes, la translocación de carbonato cálcico es incipiente. Las laderas regularizadas y los pequeños glacis entre terrazas son más recientes que sus terrazas parentales, y tampoco parecen presentar encostramientos importantes (Badía et al., 2010). Como se ha señalado, por encima del sistema de terrazas fluviales, y ya fuera de la zona regada, se encuentra la superficie del Saso de las Fitas, importante glacis que a través del Somontano se enraíza con la Sierra de Guara. La acción humana, a través de la nivelación y puesta en riego, ha modificado profundamente la morfología natural. 3.2.3 Litología La litología está dividida en tres unidades: areniscas y arcillas del Mioceno continental, gravas de las terrazas del Alcanadre y rellenos de vales. Mioceno Continental. Se trata, de una alternancia subhorizontal de bancos de areniscas, limolitas y lutitas. Las areniscas, localmente denominadas “piedra de arena”, se 19 Descripción del área de estudio presentan en bancos de espesor centimétrico a métrico, engrosados localmente en paleocanales. Es una arenisca heterogénea en textura, formada por granos de cuarzo, carbonato cálcico, plagioclasas, micas y terrígenos. Localmente puede presentar cantos redondeados de gravilla y cemento carbonatado, más abundante en la periferia de los afloramientos que en el interior. Como matriz pueden presentar un porcentaje pequeño de arcillas y limos. También aparecen impregnaciones puntuales de minerales de cobre, como en Lotes de Castejón. El color es pardo en alterado y gris en fresco. Se arenizan con facilidad. Los bancos presentan fracturación vertical antigua, de espaciado irregular, de tipo tectónico extensivo. También presentan facturaciones paralelas al frente de los cerros por rotura debida a descalzamiento. Se les asigna una conductividad hidráulica media-baja, que puede ser moderada en función de la presencia de fracturas o de ausencia de cementación. El material más fino, limolitas y lutitas, localmente denominado “salagón”, presentan una estratificación horizontal de centimétrica a métrica con colores variables desde grises a ocres y pueden presentar manchas rojizas de tamaño milimétrico a centimétrico. Su mineralogía es compleja, con presencia generalizada de carbonato cálcico y frecuente presencia de ilita. Los materiales terciarios están poco litificados. Se les atribuye una baja conductividad hidráulica. Se alteran con facilidad produciendo limos y arcillas, fácilmente transportados por viento y agua. Pueden presentar blancas impregnaciones de evaporitas. Terrazas aluviales. Formadas por depósitos de arenas, gravas y cantos rodados. Son dominantemente calcáreos, sobre todo de aporte prepirenaico. En las terrazas más antiguas, presentan un importante grado de corrosión y reprecipitación secundaria de carbonato cálcico (pendants, mallacán). También hay un porcentaje significativo y localmente variable de cantos silíceos. Son originarios del Pirineo axial, por lo que se presume que pueden ser reheredados de los conglomerados de la sierra de Cancías, en la cabecera del Alcanadre o de la sierra de Rufas, en el límite entre el Prepirineo y Somontano. Rellenos de vales. Formados por materiales resedimentados del Terciario continental, con presencia ocasional de cantos derivados de las terrazas. Texturas heredadas, dominantemente limo-arcillosas. Estos materiales removidos son también conocidos como “salagón”, lo que produce alguna confusión con los materiales originales. 20 Descripción del área de estudio 3.3 Hidrología La hidrología de la zona está controlada de forma natural por el curso del Alcanadre que rodea por el oeste y sur a LASESA. Este río nace al norte de la sierra de Guara y desemboca en el Cinca, a la altura de la localidad de Ballobar. Recoge numerosos afluentes, entre ellos Guatizalema y Flumen. Este último desemboca, por la derecha, aguas debajo de Sariñena, drenando una amplia zona de riegos. Por el territorio de LASESA, situado en la orilla izquierda del Alcanadre, descienden varios barrancos, algunos de los cuales tienen las cabeceras en el Saso de las Fitas. En condiciones naturales, antes de la transformación en regadío, sólo debían llevar agua durante las épocas de lluvia. Los más importantes son los de Malfarás, Arnales y Carnerario. En el pasado, antes del desarrollo del regadío, el único aporte de agua sobre la superficie actual de LASESA era la lluvia. Una parte muy limitada de esta, probablemente menos del 10% de la precipitación total anual, se infiltraba por las gravas de las terrazas del Alcanadre. El agua percolada, al alcanzar el nivel de margas terciarias, alimentaba un acuífero muy modesto que fluía hacia el Alcanadre y se utilizaba en balsas y pozos excavados a mano. Además, es posible que existan varios acuíferos en niveles de areniscas subhorizontales a cierta profundidad en el Mioceno. El desarrollo del regadío con una aportación de agua de 90 hm3 anuales a través del canal de Pertusa ha modificado la hidrología natural, tanto superficial como subterránea. Los barrancos naturales han sido acondicionados para servir de drenajes principales que generalmente definen los límites de sector. El barranco de los Arnales actúa también como desagüe de la acequia de Pertusa. En el polígono XXIX se han adaptado también los pequeños barrancos de Las Vacas, Picardón y Miranda. En la zona sur se abrió un importante colector artificial, que corta la zona de Presiñena y constituye la separación entre los sectores XXXI 1ª y XXXI 2ª. Además también actúan, como drenes de facto, las trincheras, actual y antigua, del ferrocarril. El incremento en la recarga, por efecto del regadío, ha supuesto un ascenso general del nivel del freático, no cuantificado, en el acuífero aluvial. Dado que la grava presenta una alta transmisividad, este incremento de nivel viene contrarrestado tanto por un aumento del flujo natural así como por la instalación de diversos colectores secundarios 21 Descripción del área de estudio por los propietarios. La mayor parte del agua de drenaje fluye hacia los colectores principales directamente al Alcanadre. Una parte lo hace en forma de rezumes en los taludes de transición entre terrazas. Se asume, en una primera aproximación que el porcentaje de agua que se pierde en los rezumes es mucho menor que la que se recoge en los drenes superficiales. En los terrenos dominantemente arcillosos del sector XXIX, el incremento de la recarga es menor dada la mayor impermeabilidad del terreno por su textura fina. Esto se traduce, por un lado, en una mayor erosión del suelo, por lluvias naturales y riego por aspersión, que se evidencia en los regueros que se forman en el suelo recién laboreado así como en el transporte de sedimentos por los colectores más importantes. Esta menor infiltración ha creado, además, pequeños acuíferos, inexistentes en condiciones naturales, a favor de suelas de laboreo y horizontes edáficos modificados por subsolados, nivelaciones y zanjas de instalación de tuberías de riego y drenaje. Estos acuíferos, de tipo libre, y con características tipo “perched”, se suelen formar en zonas de vaguadas. La existencia de texturas limosas en una parte de los materiales geológicos favorece los procesos de arrastre de finos, creando cárcavas y toperas (piping). El problema se agrava por la existencia de sodio en una parte del material geológico. En ausencia de yeso natural o aportado, el riego con agua del Cinca provoca la hidrólisis de las arcillas con desfloculación de las mismas. Esto produce un barro desestructurado, con muy baja conductividad hidráulica que seca muy lentamente y colmata a gran rapidez los drenes colectores. También es la causa de la degradación y deslizamiento lateral de laderas, como se observa en las inmediaciones del inicio de la carretera a Lastanosa y cercanías de la ermita de Santiago en Sariñena. Las características hidrogeológicas de los materiales geológicos y edafológicos permiten una primera clasificación en función de su conductividad hidráulica: Materiales permeables – semipermeables, divisibles en: a) Gravas, arenas y limos del recubrimiento Cuaternario. En la zona no saturada, el agua circula fundamentalmente por percolación vertical. En la zona saturada se presume un flujo subterráneo preferentemente horizontal hacia el Alcanadre. b) Areniscas del sustrato Terciario. Cuando están alteradas o poco cementadas, el agua circula por percolación. También puede fluir por las diaclasas y fracturas existentes. 22 Descripción del área de estudio En los afloramientos más cementados el agua fluye fundamentalmente por escorrentía superficial. Diversos sondeos realizados en Monegros y Hoya de Huesca, al norte de LASESA, indican la presencia, en profundidad, de arenas no cementadas que almacenan agua subterránea (Cuchí, 1998). Es posible que los bancos cementados de areniscas, que afloran en el paisaje, sean consecuencia de una cementación secundaria por precipitación de carbonato cálcico al evaporarse las aguas subterráneas que las arenas iniciales transportan. Con el actual grado de conocimientos, se supone que estos acuíferos no tienen importancia en la zona de estudio. Materiales impermeables, formados por el resto del Terciario limoarcilloso y las areniscas sanas (Barbany y Vélez, 2004). 3.4 Climatología El clima de la zona donde se sitúa LASESA es mediterráneo continental. Se organiza en dos grandes fases de estabilidad, en invierno y verano, separadas por fases de inestabilidad en primavera y otoño. En estas dos últimas estaciones, el desplazamiento hacia el sur del frente polar, arrastra series de frentes sobre la península ibérica, que ocasionan precipitaciones e inestabilidad. En las restantes estaciones predomina el anticiclón de las Azores. Durante el invierno, las características anticiclónicas provocan largos periodos de inversión térmica que se traducen en densas nieblas o importantes heladas de radiación. El efecto lateral de sistemas frontales que circulan al norte de la cordillera provoca fuertes vientos del norte que se encajan en dirección noroeste en el valle del Ebro. El cierzo produce fuertes descensos de sensación térmica, deseca el ambiente y la superficie del suelo y provocan daños por congelación en la vegetación. Por otro lado, el efecto de la barrera pirenaica se traduce en una sombra de lluvia al sur de la cordillera, con respecto a las precipitaciones de origen atlántico, causa final de la aridez monegrina. En el verano, la estabilidad climática se rompe por tormentas derivadas de fenómenos convectivos de algunas horas de duración, que se desarrollan habitualmente desde el mediodía hasta la caída de la tarde. La meteorología de la zona de estudio se ha caracterizado con datos de la cercana estación agroclimática del Puyalón en Sariñena (UTM X: 734.771 m Y: 4.628.457 m; Huso 30) de la red del Servicio Integral de Asesoramiento al Regante del Ministerio de 23 Descripción del área de estudio Medio Ambiente y Medio Rural y Marino (Oficina del regante, 2011). En el cuadro 3.1 se presentan los datos para el periodo 2003-2009. Cuadro 3.1. Datos climatológicos 2003-2009 de Puyalón (Sariñena). Valores medios de precipitación, temperaturas máxima (Tmáx), mínima (Tmín) y media (Tmed), humedad relativa (HR), velocidad del viento (v) y evapotranspiración de referencia según FAO Penman-Monteith (ET0). Meses Precipitación Temperatura (ºC) HR v ET0 (mm) Tmáx Tmin Tmed (%) (m/s) (mm) Enero 16,3 18,6 -6,9 4,7 81,7 2,0 31,7 Febrero 21,8 18,1 -5,7 5,8 74,9 2,0 44,3 Marzo 19,5 24,6 -4,0 9,5 64,6 2,9 90,1 Abril 60,7 27,8 0,8 12,8 66,9 2,4 110,0 Mayo 51,0 32,5 4,4 17,5 60,4 2,3 152,3 Junio 24,0 37,1 8,7 22,4 54,7 1,9 183,3 Julio 16,3 37,6 11,6 24,5 51,8 2,2 205,4 Agosto 21,2 36,2 10,7 23,3 55,7 1,8 153,3 Septiembre 38,4 33,5 6,3 19,7 64,8 1,6 111,6 Octubre 45,4 28,6 2,2 15,0 72,9 1,7 70,7 Noviembre 22,5 20,1 -3,4 8,5 77,7 1,8 37,2 Diciembre 29,5 17,1 -6,0 4,3 82,7 1,9 26,5 Año 366 28 2 14 67 2 1.216 Fuente: http://servicios.aragon.es/oresa/ 3.4.1 Temperaturas La evolución anual de la temperatura pone de manifiesto los rasgos continentales de la comarca, con inviernos y veranos de larga duración separados por una primavera y un otoño más cortos. El frío invernal y el fuerte calor estival prevalecen durante gran parte del año, reflejo de la gran inercia térmica que domina en las zonas interiores. El invierno suele durar unos 120 días, desde mediados de noviembre a marzo, aunque las heladas pueden llegar hasta finales de abril, afectando a diferentes cultivos. La primavera no supera los 60 días, hasta mediados de mayo. El verano se prolonga durante más de 150 días, hasta octubre, y el otoño tan solo dura unos 40 días. La temperatura media anual es de 14ºC. El mes más cálido es julio, con valores cercanos a 25ºC, seguido de agosto con algo más de 23ºC. Por el contrario, diciembre y enero son los más fríos, con una temperatura media cercana a los 4,5ºC. Ello supone una oscilación medía anual de 20ºC. El rango de temperaturas medias extremas es de 44,5ºC y la oscilación máxima absoluta alcanza los 52,1ºC. 24 Descripción del área de estudio 3.4.2 Precipitaciones Monegros se encuentra en una zona de sombra de lluvia, por efecto "foehn" de las masas de aire atlántico que abordan el Pirineo desde el norte. Esto hace que el aire que alcanza la depresión del Ebro sea cálido, tenga escasa humedad relativa y en consecuencia vea muy reducidas las posibilidades de precipitación. Por el contrario, es alta la capacidad evaporante que induce un fuerte estrés veraniego a la vegetación. En verano, las precipitaciones convectivas muy localizadas pueden tener fuerte intensidad y corta duración, en compañía de granizo, derivadas de nubes de evolución vertical diurna. El valor medio anual (2003-2009) es de 366 mm, con una irregularidad interanual cercana al 25%. Por su parte, Liso y Ascaso (1969) indican una precipitación media de 387 mm, para un periodo de 22 años. Abril es el mes con mayor pluviometría, con una media de 60,7 mm. Los meses menos lluviosos son enero y julio con una precipitación media de 16,3 mm. Hay que señalar que las tormentas estivales tienen distribución errática en el tiempo y el espacio, pudiendo incrementar significativamente el total anual. 3.4.3 Humedad relativa La atmósfera monegrina es seca en verano, con una humedad relativa media de 51,8% en julio. Este valor alcanza 82,7% en diciembre. La humedad relativa media anual está por encima del 67 %. Hay periodos de persistentes nieblas de noviembre a enero. 3.4.4 Viento El cierzo es frecuente, con 109 días al año, sobre todo en primavera y otoño. La velocidad media del viento es de 2 m/s, con una máxima de 2,9 m/s en marzo. Elimina los sistemas nubosos, la humedad relativa cae espectacularmente a valores cercanos al 25%. Su acción desecante es muy intensa, al potenciar la evapotranspiración. El viento afecta de forma muy importante al riego por aspersión. Produce un importante descenso en la uniformidad de aplicación del riego por aspersión en esta zona y un aumento en las pérdidas por evaporación y arrastre (Sánchez et al., 2010). 25 Descripción del área de estudio 3.4.5 Evapotranspiración La evapotranspiración anual en la zona tiene valores altos debido a la elevada temperatura, fuerte viento y baja humedad relativa. Liso y Ascaso (1969) indican valores de 975 mm para Sariñena y 791 mm para Sena, por el método de Thornthwaite, que superan claramente a las precipitaciones anuales. La utilización de los datos de las estaciones agroclimáticas permite el cálculo de la evapotranspiración de referencia (ET0) por el método FAO-56-Penman-Monteith (Allen et al., 1998), cuyos datos se presentan en el cuadro 3.1. La ET0 anual se sitúa en 1.216 mm. Julio presenta el mayor valor de ET0, 205,4 mm y el mínimo es en diciembre con 26,5 mm. 3.5 Cultivos Para el presente estudio, se ha analizado la evolución de los cultivos tomando como base las declaraciones a la Política Agraria Comunitaria (PAC) del periodo 2003-2009, de los siete últimos años, obtenidos de la Diputación General de Aragón (DGA) (Cuadro 3.2). Los cultivos mayoritarios en LASESA son maíz, alfalfa, cebada, guisantes y otros cultivos forrajeros. Durante el periodo considerado no se declaraban los cultivos de segunda cosecha. Sin embargo, datos propios de campo, para 2009 indican un 26% de la superficie con doble cultivo. Al contrastar con las solicitudes de ayudas PAC para el citado año se observan declaraciones tanto de cultivo de invierno (cebada, guisante) como de cultivo de verano (maíz) para las parcelas con doble cultivo. También se observaron sobre el terreno algunas parcelas de maíz que habían sido declaradas en la PAC como retirada, probable consecuencia de modificaciones de última hora ante la subida de precios. Estas modificaciones han sido tenidas en cuenta en el estudio realizado. A partir del cuadro 3.2 se observa que la sequía del 2005 produjo un cambio en las tendencias de siembra. Éste año se caracterizó por un acusado descenso de las precipitaciones de primavera acompañada de una ausencia de manto nival en el Pirineo. Como consecuencia, los embalses que abastecen al sistema de regadíos del Alto Aragón, recibieron aportaciones por debajo de la media y hubo restricciones en el agua disponible por hectárea. Hasta ese momento el maíz, prácticamente como cultivo único ocupaba más del 50% de la superficie cultivada. Al concentrar el agua disponible, muchas parcelas 26 4 Suelo y aguas subterráneas Suelos y aguas subterráneas 35 4.1 Suelo 4.1.1 Introducción La disponibilidad de agua en el suelo es el principal limitante de la productividad de los sistemas agrícolas (Artigao y Guardado, 1993; Villalobos, 2002). En zonas donde las necesidades hídricas de los cultivos son superiores a la precipitación, el riego compensa este déficit. Sin embargo supone una alteración del régimen hidrológico natural de los suelos y aplicado en exceso lleva a problemas como encharcamiento y salinización (Pulido, 1994; Herrero, 1999; Singh, 2005). En la actualidad, el riego ha sido ampliamente tecnificado y descansa sobre principios perfectamente determinados. Una aplicación racional del riego permite mitigar problemas derivados como el despilfarro de agua, la contaminación de acuíferos, la eutrofización de las aguas superficiales, etc. (Urbano, 1997). Es evidente que una correcta programación del riego obliga a conocer las características del suelo sobre el que se aplica. Parámetros importantes son la textura, la profundidad de suelo, la velocidad de infiltración y la capacidad de almacenamiento de agua. Para aplicar esto a LASESA, se ha realizado una revisión de la bibliografía existente para la zona de Monegros. Los estudios del suelo en esta zona se pueden clasificar en tres grupos: 1) Cartografía a gran escala, que cubren una amplia superficie (Guerra et al., 1970; Alberto et al., 1984), 2) Estudios de información previa a la puesta en riego para el Instituto Nacional de Colonización (INC), luego Instituto de Nacional de Reforma y Desarrollo Agrario (IRYDA). No están publicados y son de difícil localización. Además es posible que existan varias versiones para una misma zona. IGN (2006) presenta un listado de estos informes para Monegros. Para LASESA es de utilidad el realizado por RENASA (1975) y 3) Artículos de investigación y tesis doctorales (Berga, 1993; García-Vera, 1996; Nogués, 2002; Herrero et al., 2007). Algunos presentan énfasis en los suelos salinos (Aragüés, 1982; Herrero, 1982; Cuchí, 1989; Herrero et al., 1989; IGN, 2006; Herrero, 2008; Badía et al., 2011). Como se ha señalado, la única cartografía de suelos de la zona de LASESA se hizo antes de su puesta en riego por RENASA (1975). Este informe, que abarca una amplia zona indica que los suelos de la actual LASESA serían mayoritariamente, en sur y centro, de tipo Typic Calciorthids y Typic Paleorthid. En el norte, actual sector XXIX predominan suelos Typic Xerorthents. El estudio señala la poca profundidad y pedregosidad de los primeros suelos mencionados en los que recomienda Suelos y aguas subterráneas 36 una técnica de riego muy cuidadosa. Además realizaba diversas recomendaciones para la puesta en riego, algunas de las cuales fueron tomadas en cuenta. Ante la inexistencia de una información adecuada para un estudio hidrológico, se ha realizado un estudio edafológico, haciendo hincapié en la hidrología de los suelos. 4.1.2 Metodología La metodología general del presente capítulo se basa en la subdivisión de unidades morfoedáficas relativamente homogéneas, dentro de las cuales se han realizado calicatas, muestreos y ensayos “in situ” y en laboratorio. 4.1.2.1 Identificación de unidades. La identificación de unidades homogéneas se ha basado en los mapas geomorfológicos (Hojas 357 Sariñena y 325 Peralta de Alcofea) del Instituto Geológico y Minero de España (IGME), rebautizado temporalmente como Instituto Tecnológico Geominero de España (ITGE). Para la hoja de Sariñena están publicados los mapas geológico y geomorfológico (ITGE, 1998). En la hoja de Peralta de Alcofea (IGME, 1972) sólo esta georeferenciado el mapa geológico y el mapa geomorfológico se ha podido conseguir en formato JPEG. La información se transpuso sobre el mapa geológico de esta hoja que si estaba georeferenciada. A partir de estos mapas y mediante el uso del software ArcGis 9.2 se ha construido un mapa geomorfológico georeferenciado de toda LASESA, corrigiendo el desfase cartográfico que se ha observado entre ambas hojas. Se presenta en la figura 4.1. A partir del mapa se deduce la existencia de grandes unidades morfológicas cuyas características debieran tener reflejo en los suelos desarrollados sobre ellas, al haberse generado en condiciones semiáridas. La unidad de mayor desarrollo son los sasos, terrazas fluviales y laderas que se desarrollan sobre gravas redondeadas de origen fluvial. Su edad oscila entre 1-2 millones de años para el Saso de las Fitas hasta depósitos muy recientes, en el cauce del río Alcanadre. El Saso de las Fitas queda fuera de la zona regada pero es allí donde se ubican algunas de las balsas de riego. Hay una serie de terrazas fluviales, escalonadas en descenso hacia el río. Están conectadas por una serie de laderas, donde Suelos y aguas subterráneas coluviones de grava de las terrazas superiores se superponen sobre los materiales terciarios. Barras y depósitos de canal, fondos de valle y llanuras de inundación se presentan en las orillas del Alcanadre. Tienen muy poca representación en la zona. No se cultivan, salvo alguna zona de llanura de inundación regada por el riego tradicional de Sena. Figura 4.1. Mapa Geomorfológico de LASESA según ITGE y ubicación de perfiles y ensayos de infiltración. 37 Suelos y aguas subterráneas Sobre el Terciario continental se forman suelos de texturas finas. Por su impermeablidad, están sujetos a procesos erosivos. En la zona norte, sector XXIX, se combinan con litosuelos sobre areniscas. Los rellenos de vales han sido heredados de materiales erosionados en las otras dos unidades, especialmente del Terciario. 4.1.2.2 Medición de la infiltración del agua en el suelo A partir de las unidades definidas en el apartado anterior se seleccionaron diversos puntos para la medida de la infiltración del agua en el suelo. Se realizaron 17 ensayos de infiltración, tres repeticiones en cinco parcelas de regadío, entre el 22 y el 29 de julio de 2011. Los puntos también se presentan en la figura 4.1. En la localización dentro de las parcelas se evitaron las toperas y las zonas no representativas. A pesar de ello se eliminó a posteriori un ensayo paralelo a los ensayos 7 y 8 por datos aberrantes. La ubicación y uso del terreno se presentan en el cuadro 4.1. Cuadro 4.1. Localización de los ensayos de infiltración en LASESA. Ensayos Orden Coordenadas UTM Cultivo infiltración de suelo X Y Huso nº (m) (m) 1,2,3 739.960 4.628.500 30 Rastrojo de Ray-Grass 4,5,6 Aridisol 739.388 4.627.900 30 Alfalfa 7,8 741.807 4.638.233 30 Alfalfa 9,10,11 Inceptisol 741.760 4.638.229 30 Alfalfa 12,13,14 740.367 4.639.825 30 Rastrojo de Ray-Grass Entisol 15,16,17 739.961 4.639.276 30 Yermo La medición de la infiltración se ha efectuado mediante el método infitrómetros de doble anillo o de Müntz (Haise et al., 1956; Merrian y Keller, 1978; Bower, 1986). La duración de cada ensayo varió entre las 2,5 y 5,5 horas dependiendo del tiempo hasta estabilizarse la infiltración. Los datos obtenidos de infiltración de cada ensayo, se ajustaron por regresión a la ecuación de Kostiakov (1932): I = k · t a Donde I es la infiltración acumulada (cm), t es el tiempo de infiltración (min) y k y a son contantes empíricas obtenidas de la regresión 38 Suelos y aguas subterráneas La infiltración estabilizada (If) se determinó como el valor de infiltración que se produce entre las dos horas de ensayo y el final de éste. Se calculó la media, desviación estándar y coeficiente de variación de la infiltración estabilizada (If) para cada grupo de ensayos pertenecientes a un mismo orden de suelo. 4.1.2.3 Apertura de calicatas y descripción de perfiles A partir del mapa geomorfológico, con base en criterios propios contrastados con visitas de campo se han identificado una serie de unidades morfoedáficas homogéneas desde el punto de vista hidrológico. En estas unidades, se han abierto 13 calicatas y se han descrito sus perfiles de suelo. Las calicatas se abrieron mediante retroexcavadora hasta rechazo del cazo de la máquina. Su localización se muestra en la figura 4.1. Ocho de las calicatas se realizaron en las terrazas, debido que presentan varios niveles. Las calicatas se describieron de acuerdo con FAO (2006) y SSS (1993). Tras la descripción en campo, se muestrearon los diversos horizontes para su análisis en laboratorio. Simultáneamente, para determinar la densidad aparente (Da), se extrajeron muestras de suelo inalterado mediante el hincado de cilindros metálicos biselados o anillos de Kopecki. La Da, relación masa suelo seco/volumen del cilindro se calculó a partir de secado y pesada de estas muestras. 4.1.2.4 Análisis químicos y físicos del suelo Las muestras de campo se trasladaron a la Escuela Politécnica Superior (EPS) de Huesca. Se secaron al aire, se molieron en un molino de barras y luego se tamizaron con tamiz de 2 mm de luz. Sobre el rechazo, se calculó el porcentaje de elementos gruesos, en función de la relación entre el peso de la tierra fina (<2mm) y de las gravas (>2mm). Los análisis de las muestras se realizaron en los laboratorios de la EPS de Huesca a excepción de la granulometría que se encargó a laboratorios externos. El material se analizó según la metodología de la Comisión de Métodos Oficiales de Análisis y Laboratorios (MAPA, 1982). El pH se determinó potenciométricamente, con electrodo de vidrio en una suspensión de 1:2,5 de suelo/agua. La salinidad se evaluó midiendo la conductividad eléctrica del extracto 1:5 a 25ºC. Los carbonatos totales se midieron volumétricamente en 39 Suelos y aguas subterráneas un calcímetro de Bernard utilizando un ataque ácido de la muestra con HCl 1N y patrón de carbonato cálcico puro. La textura se determinó por el método de sedimentación discontinua, previa eliminación del contenido orgánico con H2O2 y dispersión de las arcillas con hexametafosfato sódico. El contenido hídrico de punto marchitez permanente (-1,5 MPa) y capacidad de campo (-0,033 MPa) se midió volumétricamente mediante placas extractoras a presión en un equipo de membrana Eijelkamp. A partir de los valores del punto de marchitez permanente (PMP), capacidad de campo (CC), el porcentaje de elementos gruesos (EG), la densidad aparente (Da) y el espesor de cada horizonte (e) se calculó la capacidad de retención de agua disponible (CRAD) de cada perfil, con la siguiente expresión: CRAD (mm) = ((CC - PMP)/100) · (1 – EG/100) · Da · e Los parámetros de CC, PMP y EG se introducen en %, Da en kg/m3 y e en m. La CRAD de cada perfil de suelo, se obtiene como la suma de este parámetro de cada uno de sus horizontes hasta una profundidad de 1,5 m o hasta la presencia de un impedimento físico a la circulación de las raíces (por ejemplo un horizonte petrocálcico, BKm). Esta CRAD se valoró inicialmente de acuerdo a los cinco intervalos: muy baja (<64 mm), baja (64-127 mm), media (128-190 mm), alta (191-250 mm) y muy alta (>250 mm) propuestos por el Servicio de Conservación de Suelos (1983) para los regímenes de humedad del suelo arídicos y xéricos. Sin embargo, y por razones operativas, en el presente trabajo los resultados se han agrupado en tres categorias: muy baja (<64mm), media (64-190mm) y alta (>190mm), para facilitar su uso en gestión de riego. Esta información se ha representado espacialmente mediante un sistema de información geográfica realizado con el programa ArcGis 9.2. Con la misma herramienta se ha realizado un mapa de velocidad de infiltración. 4.1.3 Resultados y discusión La descriptiva de una parte de los perfiles realizados, denominados Tc Terraza Cruce, Val Lastanosa, Val Cajal, Picardón, Gk, Ladera Almunias altas y Go Ladera Cruz del Serrat, se presentan por su extensión en el anejo nº 1. El resto, perfiles Ta Saso de las Fitas, Tb Saso Pomar, Tc Terraza Cabañera, Td Terraza la Faja, Tg Terraza fluvial, Te Terraza baja la Faja y Tf Terraza baja se han descrito ya en Palacio (2010) y Badía et al. (2010) por lo que se omite su descripción. 40 Suelos y aguas subterráneas 4.1.3.1 Infiltración Los resultados de los 17 ensayos de infiltración se presentan agrupados por orden de suelo, utilizando la información de la descriptiva de perfiles y la analítica de suelos. Como se ha señalado los parámetros de interés son la velocidad de infiltración (i) y la infiltración acumulada (I). A partir de los datos de campo también se determinan los coeficientes que definen sus respectivas ecuaciones y la infiltración estabilizada (If) que se presentan en las figuras 4.2 a 4.4. y = 0,8773x 0,6748 R 2 = 0,9962 y = 0,6647x -0,3378 R 2 = 0,8349 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Infiltración acumulada (cm) y = 2,6146x 0,6874 R 2 = 0,9874 y = 1,6744x -0,2585 R 2 = 0,5994 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 0 50 100 150 200 250 300 350 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Infiltración acumulada (cm) y = 5,1179x 0,7096 R 2 = 0,9984 y = 3,7135x -0,2769 R 2 = 0,8298 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 0 50 100 150 200 250 300 350 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 50 100 150 200 250 300 350 Infiltración acumulada (cm) y = 8,3895x 0,516 R 2 = 0,9983 y = 6,4063x -0,5662 R 2 = 0,9542 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Infiltración acumulada (cm) y = 5,3389x 0,4783 R 2 = 0,9861 y = 5,0229x -0,7197 R 2 = 0,9819 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 10 20 30 40 50 60 70 Infiltración acumulada (cm) y = 3,8635x 0,5701 R 2 = 0,999 y = 2,6682x -0,4705 R 2 = 0,8647 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Infiltración acumulada (cm) Figura 4.2. Curvas de velocidad de infiltración (negro), e infiltración acumulada (gris), en los suelos del orden Aridisol. 41 Suelos y aguas subterráneas y = 1,4487x 0,7514 R 2 = 0,9974 y = 1,3283x -0,2951 R 2 = 0,8955 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 10 20 30 40 50 60 70 Infiltración acumulada (cm) y = 0,3162x 0,8101 R 2 = 0,9971 y = 0,3341x -0,2114 R 2 = 0,8771 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 5 10 15 20 25 30 Infiltración acumulada (cm) y = 2,9636x 0,5171 R 2 = 0,9951 y = 1,9928x -0,4827 R 2 = 0,9309 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 10 20 30 40 50 60 Infiltración acumulada (cm) y = 3,0136x0,7246 R2 = 0,9966 y = 3,3843x-0,4061 R2 = 0,8718 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Infiltración acumulada (cm) y = 1,8248x 0,8192 R 2 = 0,9978 y = 1,7668x -0,2244 R 2 = 0,4916 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0 50 100 150 200 250 Tiempo (min) Velocidad de infiltración (cm/min) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Infiltración acumulada (cm) Figura 4.3. Curvas de velocidad de infiltración (negro), e infiltración acumulada (gris), en los suelos del orden Inceptisol. 42 Suelos y aguas subterráneas 49 terraza (Badía et al., 2009 y 2010). Los suelos de terrazas se han desarrollado sobre los depósitos fluviales, formados por pasadas alternas de arenas y gravas calizas, con matriz limo-arenosa, no presentan claros síntomas de transporte de caliza. La clase textural, granulometría y porcentaje de elementos gruesos de los horizontes analizados se muestran en los cuadros 4.3, 4.4 y 4.5. La mayoría las texturas tipo franco. En las terrazas se presentan heterogeneidades relacionadas con la sedimentación fluvial. De hecho, en capas profundas de las terrazas pueden encontrarse horizontes arenosos, heredados de su génesis fluvial. Los suelos sobre materiales terciarios tienen un mayor contenido en limos, procedentes de las lutitas parentales. En las terrazas, las piedras o elementos gruesos (EG) aumentan, en general, con la profundidad pero su presencia depende de los diferentes aportes de gravas y cantos que ha aportado el río. Los elementos gruesos tienen un tamaño de grava fina a gruesa (0,2 a 6 cm), forma redondeada con orientación irregular en superficie y horizontal u oblicua en profundidad, rasgos característicos de los depósitos fluviales. Son frecuentes las discontinuidades con cambios texturales y variaciones en el contenido en piedras. La media de la densidad aparente (Da) de 15 muestras de suelo inalteradas es 1,49 kg m-3. Es un valor que se puede considerar medio-alto, por la presencia de piedras. Los resultados de la capacidad de retención de agua de cada horizonte se muestran también en los cuadros 4.3, 4.4 y 4.5, donde a partir de CC, PMP, EG, profundidad y densidad aparente del suelo se ha determinado la CRAD de los perfiles estudiados por horizontes. En los perfiles estudiados la CRAD depende de la textura del suelo y sobre todo de la cantidad de elementos gruesos y profundidad efectiva del perfil, al igual de lo que encuentra Lecina et al. (2005). En los suelos de saso y terrazas altas (subgrupo Calcid Petrocalcid), la CRAD está afectada por la presencia de un horizonte petrocálcico que limita la profundidad del perfil. La CRAD asignada a cada unidad de suelo se calcula como la media de la CRAD de los perfiles que incluye. Suelos y aguas subterráneas Cuadro 4.3. Resultados analíticos de los perfiles pertenecientes al subgrupo de suelos Calcic Petrocalcid. Perfil Horizonte pH CE CaCO3 Clase Textural Arena Limo Limo Arcilla EG CC PMP CRAD CRAD CRAD (1:5) USDA Grueso Fino horizonte perfil media Subgr. (dS m-1) % % % % % % % % (mm) (mm) (mm) Ah 8,1 9,4 Franca 40,6 11,5 27,1 20,8 25 21,5 11,7 22,1 22 22 Bkm1 87,7 Bkm2 83,7 Bkc 48,8 Franco-limosa 13,8 16 46,3 23,9 Btkc 40,8 Franco-arcillo-limosa 10,4 11,1 50,6 28 BtC 39,5 Franco-limosa 5,7 9,4 53,5 31,5 Ckc 46,1 Franco-limosa 23,5 18,8 37,8 20 C 46,5 Franco-limosa 15,8 11 47,5 25,7 2C 47 Franco-arenosa 22 14,2 41,6 22,2 3C 38,8 Arenosa 65,4 12,8 12,7 9,1 Ta Saso de las Fitas 4C 11,7 Ah 0-30 8,46 0,2 19,9 Franco-arcillo-arenosa 54,3 10,5 14,1 21,1 49 16,6 9,5 16,4 25 25 Bw 30-60 8,3 0,18 23,4 Franca 49,8 11,2 23,1 15,9 76 17,9 10,3 8,1 Bkm 60-90 8,37 58,8 Tb Saso Pomar Ckm 908,37 29,8 Ah 0-30 8,34 0,32 26,8 Franca 45,1 11,8 18,1 25 10 20,5 10,2 41,4 41 32 Bkm1 30-80 8,54 73 Bkm2 80-110 8,57 72,1 Ck 110-150 8,64 0,16 54,9 C 150-190 8,67 0,11 52,5 Tc Terraza Cabañera 2C >190 8,63 0,09 26,2 Ap 0-35 8,28 0,08 Franco-arcillosa 35 20,5 13,2 20,63 31,17 52 19,3 10,3 22,4 22 Bkm 35-70 8,3 0,08 48,9 Ck 70-130 8,53 0,04 Arenosa-franca 78,34 32,5 6,01 10,4 5,25 Tc Terraza Cruce 2Ck >200 8,12 0,06 Franco-limosa 40,6 3,7 12,8 64,1 19,4 Ap 0-40 8,27 0,21 16,7 Franca 36,7 16,6 21,9 24,8 38 20,9 11,6 34,7 35 35 Bkm 40-85 8,46 67,8 Calcic Petrocalcid Td Terraza la Faja Ckm >140 8,55 53,3 50 Suelos y aguas subterráneas Cuadro 4.4. Resultados analíticos de los perfiles pertenecientes a los subgrupos de suelos Typic Xerofluvent y Typic Xerorthent. Perfil Horizonte pH CE CaCO3 Clase Textural Arena Limo Limo Arcilla EG CC PMP CRAD CRAD CRAD (1:5) USDA Grueso Fino horizonte perfil media Subgr. (dS/m) % % % % % % % % (mm) (mm) (mm) Ah 0-30 8,31 0,1 24,6 Franca 28 11 37 24 3 23,4 8,4 65,4 264 264 C 30-80 8,3 0,11 24,5 Franco-limosa 27 14 36 22 6 19,5 6,3 91,5 2C 80-135 8,54 0,14 22,6 2 15,3 5,9 75,3 Val Lastanosa 3Ck 135-170 8,61 0,3 22,9 Franco-arcillosa 21 14 32 33 0 23,9 9,7 73,7 Ap1 0-20 8,24 0,21 30,8 Franco-limosa 28,4 24,8 28,8 18 0 21,3 9,9 33,9 223 223 Ap2 20-40 8,3 0,21 30,9 Franco-limosa 27,8 24,7 29,6 17,9 0 20,7 7,4 39,8 AC 40-70 8,24 0,19 28,5 Franca 34,2 19,1 26,7 20 13 18,8 11,2 29,2 C1 70-100 8,2 0,23 33,2 Franco-limosa 33,9 21,8 28,2 16,1 0 16,7 5,6 49,2 C2 100-130 8,3 0,15 35 Franco-arenosa 57,1 16,3 16,8 9,8 0 15,1 4,2 48,9 Typic Xerofluvent Tg Terraza fluvial C3 130-150 8,29 0,14 33,7 Franco-arenosa 68,5 14,1 11,5 5,9 0 11,4 4,2 21,5 Ap 0-25 7,68 1,33 33 Franco-limosa 19 18 43 20 5 24,4 8,3 57,3 131 131 AC 25-50 7,9 0,89 29,6 46 16,9 5,9 21,8 C 50-70 8,81 0,41 26,9 Franco-arenosa 56 5 20 19 86 12 4,1 3,3 Val Cajal 2C 70-100 8,19 0,97 23 Arcillo-limosa 2 3 46 50 0 26,1 15,3 48,2 Ap 0-20 8,45 0,05 22,6 Franca 44 13 24 19 5 A/C 20-45 8,55 0,05 24,1 7 C1 45-55 8,65 0,05 25,9 Franco-limosa 45 23 21 11 0 C2 55-75 8,61 0,06 31,6 Franco-limosa 4 17 58 21 0 Typic Xerorthent Picardón C3 75-100 8,48 0,22 35,3 0 51 Suelos y aguas subterráneas 52 Cuadro 4.5. Resultados analíticos de los perfiles pertenecientes al subgrupo de suelos Typic Calcixerept. Perfil Horizonte pH CE CaCO3 Clase Textural Arena Limo Limo Arcilla EG CC PMP CRAD CRAD CRAD (1:5) USDA Grueso Fino horizonte perfil media Subgr. (dS/m) % % % % % % % % (mm) (mm) (mm) Ap1 0-10 7,61 0,29 25,3 Franco-arcillosa 39,51 10,1 21,86 28,53 34 22,4 10,8 11,5 201 174 Ap2 10-40/50 8,19 0,11 22,4 37 19,5 10,6 29,2 Bwk1 40/5080/100 8,42 0,07 46,2 37 16,7 5,5 47,1 Bwk2 80/100-110 8,28 0,07 37,4 Franco-arenosa 52,96 6,9 22,16 17,98 53 14,4 5,5 12,6 Ck 110-140 8,02 0,11 34,9 0 28,5 7,6 93,7 Gk Ladera Almunias altas 2C 140-200 8,06 0,09 24,8 Franco-arenosa 53,77 11,05 16,96 18,22 43 12,7 4,4 42,2 Ap1 0-20 8,13 0,08 25,3 Franco-arcillosa 36 10 24 29 21 18,7 6,5 29 146 Ap2 20-40 8,34 0,07 22,7 23 16 8,9 16,3 Bwk 40-75 8,46 0,05 57,7 Franco-arcillosa 22 6 44 27 4 20,4 7,9 62,6 Bk1 75-110 8,44 0,05 57,1 49 18,5 10,3 22 Bk2 110-130 8,5 0,04 51,1 50 15,9 5,2 15,9 Go Ladera Cruz del Serrat C >130 8,45 0,04 28,9 Franco-arenosa 60 10 20 11 0 Ap1 0-20 8,41 0,23 21,5 Franca 51,1 13,1 15,1 20,7 22 15,6 8,2 17,2 76 76 Ap2 20-40 8,68 0,16 24,1 Franca-arenosa 53,6 13,3 15,7 17,4 21 15,1 4,5 25,1 Bk 40-60 8,9 0,12 33,1 Franco-arenosa 66 5,6 13,2 15,2 5 11,3 4,9 18 2CK1 60-90 8,87 0,1 26,8 Arenosa 88,7 2,8 2 6,5 81 5,4 1,5 3,4 2CK2 90-130 9,02 0,08 25,5 Arenosa 96,4 0,3 0 3,3 68 3,4 0,8 5 Te Terraza baja la Faja 3C 130-160 8,93 0,08 25,9 Arenosa 98,2 0 0 1,8 0 3,5 1 11,4 Ap 0-30 8,16 0,28 26,3 Franco-arcillosa 28,8 22,1 18,9 30,2 4 21,9 12,4 40,9 145 145 Bw1 30-55 8,19 0,31 25,9 Franca 33,4 20,3 24,2 22,1 2 18 10,9 26,3 Bw2 55-80 8,25 0,29 27,5 Franca 35,6 18,4 23 23 3 18,7 10,7 28,9 2Ck 80-105 8,21 0,28 31,8 Franca 40 12,3 21,3 26,4 70 17,9 10,1 8,6 3Cg 105-125 8,16 0,38 42,2 Franca 45 16,4 21 17,6 15 19 4,1 37,6 Typic Calcixerept Tf Terraza baja 4C >170 8,37 0,16 19,3 Arenosa 94,8 1 0,8 3,4 70 4 1,3 5,3 Suelos y aguas subterráneas Los suelos se ordenan siguiendo el criterio propuesto por el SCS (1983) para evaluar la CRAD, agrupándolos en sus cinco tipos característicos (Cuadro 4.6). Cuadro 4.6. Perfiles descritos en LASESA ordenados por CRAD. CRAD PERFIL Clasificación Intervalo Valoración Superficie Perfil nombre Soil Taxonomy (mm/1,5 m) (%) (mm) Subgrupo <64 Muy baja 34 22 Ta Saso de las Fitas Calcic Petrocalcid 22 Tc Terraza alta Cruce Calcic Petrocalcid 25 Tb Saso Pomar Calcic Petrocalcid 35 Td Terraza alta la Faja Calcic Petrocalcid 41 Tc Terraza alta Cabañera Calcic Petrocalcid 64-127 Baja 2 76 Te Terraza baja la Faja Typic Calcisxerept 128-190 Moderada 45 131 Val Cajal Typic Xerorthent Picardón Typic Xerorthent 145 Tf Terraza baja Typic Calcisxerept 146 Go Ladera Typic Calcisxerept 191-250 Alta 13 201 Gk Ladera Almunias altas Typic Calcisxerept 223 Tg Terraza baja Typic Xerofluvent 264 >250 Muy alta 7 Val Lastanosa Typic Xerofluvent A efectos prácticos las cinco tipos característicos SCS (1983) se han agrupado en tres categorías: muy baja, baja-media y alta-muy alta. Estos resultados se incorporaron, en el mapa digital de suelos en una capa discreta de información que se muestra en la figura 4.8. Esta información es útil para optimizar el riego por parcela. Se observa que el 34% de la superficie de LASESA tiene una CRAD ''muy baja''. Son suelos que se sitúan sobre las terrazas más antiguas que han sufrido procesos de cementación dando lugar a endopediones petrocálcicos o mallacán a poca profundidad (Badía, 2010). Esto induce una muy baja CRAD. Para conseguir una buena eficiencia de riego en estos suelos hay que tener en cuenta su poca capacidad de almacenamiento de agua. Por tanto requieren una frecuencia alta de riego con un bajo caudal para no superar el valor de la CRAD. El 45% de la superficie tiene una CRAD ''moderada' donde la frecuencia de riego puede ser menor, con una mayor dosis de agua. En el resto permite frecuencias aun menores. 53 Suelos y aguas subterráneas Figura 4.8. Mapa de distribución de intervalos de CRAD en LASESA 54 Suelos y aguas subterráneas Se ha realizado una comparación entre los valores obtenidos y los estimados a partir de la textura como proponen Israelsen y Hansen (1962) y utilizan Herrero et al. (2007). La comparación gráfica, pone de manifiesto una sobrestimación próxima al 50%, de los teóricos sobre los observados (Figura 4.9). Typicic Calcixerept Typicic Calcixerept Typicic Calcixerept Typic Xerorthent Typic Xerofluvent Calcid Petrocalcid CRAD estimada = 1,48·CRAD medida R 2 = 0,89 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 50 100 150 200 250 300 CRAD medida (mm) CRAD estimada (mm ) Figura 4.9. Comparación de valores de CRAD, medidos y estimados por textura, en LASESA. 4.1.3.4 Subgrupos de suelos A partir de las descriptivas de perfiles y los datos analíticos se ha subdivido LASESA se ha subdividido en cuatro unidades morfoedáficas o subgrupos de suelos, cuyas características generales se describen a continuación. 55 Suelos y aguas subterráneas 4.1.3.4.1 Sasos y Terrazas (Calcic Petrocalcid) Los suelos de los sasos y terrazas se clasifican dentro del subgrupo Calcic Petrocalcid según Soil Taxonomy (SSS, 2010). Estos suelos son poco profundos, bien drenados, de textura media a moderadamente fina y con abundantes elementos gruesos. Su capacidad de retención de agua disponible es muy baja. Situado en las plataformas llanas (<1%) culminadas por depósitos del Pleistoceno. Los suelos de saso se han desarrollado sobre pasadas alternas de arenas y gravas arrastradas desde el Prepirineo por corrientes temporales en el caso de los sasos y por el río Alcanadre en el caso de las terrazas altas. En ambos casos han sufrido procesos de cementación dando lugar a endopediones petrocálcicos. Los suelos de saso ocupan las plataformas detríticas de mayor cota de la zona, situadas a lo largo de la franja noreste que delimita el área de estudio. Estos suelos presentan, en todo el perfil frecuentes acumulaciones de carbonato cálcico en forma fundamentalmente de cemento geopetal. La secuencia típica de horizontes es Ah/Ap – Bkm –Ck(m). El horizonte superficial (Ah/Ap) tiene un espesor de 30-40 cm. Su textura es franca, franco-arcillosa o franco-arcillo-arenosa, con abundantes elementos gruesos. El pH es moderadamente básico y el contenido de carbonato cálcico es medio. El horizonte subsuperficial esta compuesto por gravas cementadas (Bkm) dando lugar a un endopedión petrocálcico de entre 30-80 cm de espesor. Por debajo aparece una pasada de arenas sueltas (Ck) o cementadas (Ckm). Los perfiles que representan esta unidad son: Ta Saso de las Fitas, Tb Saso Pomar, Tc Terraza Cabañera, Tc Terraza Cruce y Td Terraza la Faja. 4.1.3.4.2 Vales y terrazas fluviales (Typic Xerofluvent) Los suelos de las vales y las terrazas fluviales se clasifican dentro del subgrupo Typic Xerofluvent según Soil Taxonomy (SSS, 2010). Estos suelos son muy profundos, bien drenados, de textura media en el primer metro. Tiene pocos o muy pocos elementos gruesos a excepción de algún subhorizonte de grava que los tiene frecuentes. Su capacidad de retención de agua disponible es alta. Situados en las vales y en las terrazas más recientes. Se trata de suelos jóvenes desarrollados en los barrancos rellenos de sedimentos y en las terrazas de menor cota del río Alcanadre. En consecuencia, y en cuanto a los procesos edáficos, no presentan endopediones diagnóstico. La secuencia típica de horizontes es Ap – (AC) – C – 2C – 3C(k). El horizonte superficial (Ah/Ap) tiene un espesor de 30-40 cm. Su 56 Suelos y aguas subterráneas textura es franca o franco-limosa, con pocos o ningún elemento grueso. El pH es moderadamente básico y el contenido de carbonato cálcico es alto o moderadamente alto. El horizonte subsuperficial tiene textura media y frecuentes elementos gruesos. El pH es moderadamente básico y el contenido de carbonato cálcico es moderadamente alto. Los siguientes horizontes (C) vuelven a tener pocos o muy pocos elementos gruesos y su textura es moderadamente fina en el caso de los rellenos de vales y moderadamente gruesa en el caso de las terrazas recientes del río Alcanadre. Los perfiles que representan esta unidad son Val Lastanosa y Tg Terraza fluvial. 4.1.3.4.3 Terciario (Typic Xerorthent) Los suelos situados directamente sobre el material Terciario se clasifican dentro del subgrupo Typic Xerorthent según Soil Taxonomy (SSS, 2010). Estos suelos son moderadamente profundos, bien drenados, y de textura media. Tiene pocos elementos gruesos en el horizonte superficial. Su capacidad de retención de agua disponible es moderada. Aparece generalmente en vertientes con pendiente variable desde suaves a fuertes (2-15%). Se caracterizan por la presencia de la lutita a un metro de profundidad. La secuencia típica de horizontes es Ap – AC – C1 – C2 – C3. El horizonte superficial (Ap) tiene un espesor de 20-25 cm. Su textura es franca o franco-limosa, con pocos elementos gruesos. El pH es medianamente o moderadamente básico y el contenido de carbonato cálcico es alto o moderadamente alto. El horizonte subsuperficial (AC) tiene 25 cm de espesor y es muy variable en cuanto a la presencia de elementos gruesos que van de abundantes a frecuentes. El pH es ligeramente alcalino o moderadamente básico y el contenido de carbonato cálcico es alto o moderadamente alto. Los horizontes inferiores (C) provienen de la alteración de la lutita subyacente. Los perfiles que representan esta unidad son Val Cajal y Picardón. 4.1.3.4.4 Laderas y terrazas bajas (Typic Calcixerept) Los suelos de las laderas y terrazas bajas se clasifican dentro del subgrupo Typic Calcixerept según Soil Taxonomy (SSS, 2010). Estos suelos son profundos y bien drenados. En las laderas la textura es moderadamente fina en los horizontes superiores y moderadamente gruesa en los inferiores, los elementos gruesos también aumentan con la 57 Suelos y aguas subterráneas profundidad con la excepción de algunas pasadas de arenas (horizonte C) que no tiene ningún elemento grueso. En las terrazas bajas la textura es más gruesa que en las laderas, pero también sigue el mismo patrón aumentando su grosor y presencia de elementos gruesos conforme aumenta la profundidad. Su capacidad de retención de agua disponible media es moderada. Los suelos de ladera conectan los distintos niveles de terraza y se desarrollan a partir de la erosión de estas. Los suelos de las terrazas bajas se sitúan cercanos al río en las plataformas casi llanas (2%) culminadas por depósitos del Pleistoceno Superior, a 30 o 10 metros sobre el nivel del río. Estos suelos se han desarrollado sobre pasadas alternas de arenas y gravas procedentes del río Alcanadre. Presentan, en todo el perfil, frecuentes acumulaciones de carbonato cálcico en forma fundamentalmente de cemento geopetal. La secuencia típica de horizontes es Ap – Bwk – (Bk) – C(k). El horizonte superficial (Ap) presenta típicamente textura franco-arcillosa con elementos gruesos muy frecuentes y tiene un espesor de 30-40 cm. El pH es moderadamente básico y el contenido en carbonato cálcico es moderadamente alto. El horizonte subsuperficial (Bwk) tiene texturas franco-arcillosas y francas y llega hasta los 75-90 cm de profundidad. Por debajo aparecen arenas sueltas (C) que pueden tener o no presencia de elementos gruesos. Los perfiles que representan esta unidad son: Gk Ladera Almunias altas, Go Ladera Cruz del Serrat, Te Terraza baja la Faja y Tf Terraza baja. El cuadro 4.7 muestra la clasificación propuesta para los 13 perfiles estudiados según Soil Taxonomy (SSS, 2010). Cuadro 4.7. Clasificación de los suelos de LASESA según Soil Taxonomy (SSS, 2010). Orden Suborden Gran Grupo Subgrupo Perfil Aridisoles Calcids Petrocalcids Calcic Petrocalcid Ta Saso de las Fitas Tb Saso Pomar Tc Terraza Cabañera Tc Terraza Cruce Td Terraza la Faja Entisoles Fluvents Xerofluvents Typic Xerofluvent Val Lastanosa Tg Terraza fluvial Orthents Xerorthents Typic Xerorthent Val Cajal Picardón Inceptisoles Xerepts Calcixerpts Typic Calcixerept Gk Ladera Almunias altas Go Ladera Cruz del Serrat Te Terraza baja la Faja Tf Terraza baja 58 Suelos y aguas subterráneas Figura 4.13. Ubicación de los puntos de muestreo de agua subterránea y de los sondeos eléctricos verticales (SEV) en LASESA. 4.2.3 Resultados y discusión 4.2.3.1 Evolución del nivel freático La evolución del nivel freático en los puntos P y B se presenta en las figuras 4.14 y 4.15. En ambos casos el nivel de referencia es el nivel del terreno. En ambos casos, el nivel freático asciende durante las campañas de riego. Alcanza el máximo a final del verano y disminuye durante el invierno hasta alcanzar niveles similares a los del año anterior. Se 65 Suelos y aguas subterráneas observa que la evolución temporal de B está afectada por bombeos esporádicos. A partir de los datos del pozo, el riego produce una recarga al acuífero que se manifiesta en un ligero incremento del nivel freático de unos 0,40 m. Esta recarga viene compensada por la alta conductividad hidráulica de las gravas, de modo que no parece haber superposición de las recargas de campañas sucesivas. A escala anual, parece que el acuífero ha llegado a un equilibrio. 270,4 270,6 270,8 271,0 271,2 271,4 271,6 271,8 dic-08 ene-09 feb-09 mar-09 abr-09 may-09 jun-09 jul-09 ago-09 sep-09 oct-09 nov-09 dic-09 ene-10 feb-10 mar-10 abr-10 may-10 jun-10 jul-10 ago-10 sep-10 oct-10 Prof. del freatico (msnm ) Superficie del terreno (cota: 271,7 msnm) Figura 4.14. Evolución del nivel freático en el pozo durante las campañas 2009 y 2010. 274,6 275,0 275,4 275,8 276,2 276,6 ene-09 feb-09 mar-09 abr-09 may-09 jun-09 jul-09 ago-09 sep-09 oct-09 nov-09 dic-09 ene-10 feb-10 mar-10 abr-10 may-10 jun-10 jul-10 ago-10 sep-10 oct-10 Prof. del freatico (msnm ) Superficie del terreno (cota: 276,45 msnm) Figura 4.15. Evolución del nivel en la balsa durante las campañas 2009 y 2010. 66 Suelos y aguas subterráneas 4.2.3.2 Porosidad y coeficiente de almacenamiento específico A partir de varias mediciones en diversas muestras de grava del subsuelo, se ha determinado que la porosidad media total es de 12,5%. El Sy medio es 10,3% y la retención específica (Sr) supone sólo un 2,2%. Suponiendo que el ascenso registrado sea el mismo en todo el acuífero, y que Sy sea también constante, se ha estimado la variación en el almacenamiento de agua (A) en las 3.144 ha del acuífero situado en las gravas de las terrazas (Cuadro 4.8). El volumen total fue de -0,19 hm3 entre diciembre de 2008 y octubre de 2010. El almacenamiento varía en función del régimen del riego y de las lluvias. El máximo descenso del nivel freático (h) fue de -34 cm y se produjo en octubre, con una disminución en el almacenamiento de 1,1 hm3. Cuadro 4.8. Variación mensual del almacenamiento de agua en el acuífero (  A) a partir del incremento en el espesor saturado (  h). mes Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Campañas año 08 08 09 09 09 09 09 09 09 09 09 09 09 09-10 Prof. (cm) - 99 111 110 92 101 82 105 90 75 87 101 A (cm)0 0 -12 1 18 -9 19 -23 15 15 -12 -15 -2,0 A (hm3)- 0,0 -0,4 0,0 0,6 -0,3 0,6 -0,7 0,5 0,5 -0,4 -0,5 -0,06 mes Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct año 09 09 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Prof. (cm) 110 100 89 105 116 112 88 98 70 85 71 105 A (cm)-9 11 11 -16 -11 4 24 -10 28 -15 14 -34 -4,0 -6,0 A (hm3)-0,3 0,3 0,3 -0,5 -0,4 0,1 0,8 -0,3 0,9 -0,5 0,5 -1,1 -0,13 -0,19 4.2.3.3 Delimitación de capas en el subsuelo mediante sondeos eléctricos verticales Como se ha señalado, se realizaron tres SEVs en diferentes puntos. Los resultados de campo interpretados mediante el programa WinSev6, se presentan en la figura 4.16. Los resultados son parcialmente concordantes con un modelo de 3 capas formado por un nivel superior de grava seca que recubre el acuífero también en grava. Bajo éste, está el Mioceno que se presume arcillo-limoso, salino y también saturado. Es necesario, tener en cuenta que el código ofrece más de una posible solución, combinación de espesor y resistividades para los datos de campo. Los resultados del sondeo realizado junto al pozo muestran que el espesor de grava seca, con una resistividad de 81  m, es similar a la profundidad del agua en aquel (1,3 m). 67 Suelos y aguas subterráneas Este sondeo da un espesor de grava saturada de unos 12 m, con una resistividad un orden inferior. Bajo esta, otra capa de espesor indefinido presenta una resistividad dos órdenes de magnitud inferiores. Estos valores son concordantes con los que presenta Orellana (1972) y el manual de WinSev6. El sondeo de la terraza Tc,” cabañera”, presenta también un nivel de grava seca, de 1,7 m., aparentemente más seca que junto al pozo. Bajo ella dos niveles similares que en conjunto llegan a los 26 metros de espesor que pudieran corresponder al acuífero y bajo estos otro nivel de muy baja resistividad que pudiera también interpretarse como agua salina en materiales limo-arcillosos. El sondeo de la terraza Tc, denominado “trenes”, ofrece 5,6 metros de grava seca y debajo empieza la zona saturada. A pesar de varias tentativas no se ha conseguido delimitar la profundidad a la que aparece el Mioceno. A reseñar que en las cercanas trincheras del ferrocarril se observan espesores de grava del orden de la decena de metros. En resumen, la grava seca tiene una resistividad del orden 100 ·m, la grava saturada presenta un valor del orden de 1 ·m y la arcilla saturada parece presentar resistividades de 0,01 ·m. A falta de sondeos de exploración, podría asumirse un espesor medio de 10 metros de grava saturada en agua en este acuífero. Sobre la base de la ya citada superficie de terrazas, el valor de Sy y este espesor medio de 10 metros, se obtiene un volumen medio de 32,4 hm3. Evidentemente este valor tiene que ser tomado con todas las reservas. 68 Suelos y aguas subterráneas Pozo Tens. Inten. MN AB  v A m m m 0,525 0,085 1 4 40,58 0,405 0,145 1 6 18,55 0,192 0,134 1 8 10,08 0,125 0,171 1 10 5,44 0,11 0,232 1 12 3,60 0,043 0,232 1 16 1,81 0,065 0,54 1 20 1,04 0,014 0,462 1 26 0,52 0,012 0,315 1 32 0,24 0,092 0,52 4 32 3,62 0,062 0,605 4 40 1,87 0,013 0,602 1 40 0,11 0,018 0,7 1 50 0,05 0,042 0,695 4 50 0,94 0,029 0,666 4 64 0,49 0,018 0,281 4 80 0,18 0,017 0,386 4 100 0,13 0,017 0,59 4 130 0,09 0,015 0,181 4 160 0,14 0,015 0,495 4 200 0,05 Cabañera Tens. Inten. MN AB  v A m m m 5,569 0,193 1 4 183,19 2,605 0,185 1 6 90,38 1,056 0,13 1 8 53,70 0,587 0,125 1 10 32,27 0,274 0,117 1 12 17,67 0,088 0,124 1 16 7,20 0,018 0,16 1 20 2,83 0,011 0,261 1 26 0,99 0,026 0,378 1 32 0,43 0,078 0,379 4 32 -7,63 0,019 0,437 4 40 -3,16 0,039 0,438 1 40 0,17 0,046 0,35 1 50 0,09 0,015 0,351 4 50 1,43 0,023 0,332 4 64 0,83 0,026 0,427 4 80 0,47 0,026 0,605 4 100 0,25 0,028 0,6 4 130 0,13 0,029 0,481 4 160 0,05 0,029 0,46 4 200 0,05 Trenes Tens. Inten. MN AB  v A m m m 1,291 0,355 1 4 23,33 6,35 0,345 1 6 116,10 1,148 0,064 1 6 115,16 1,001 0,093 1 8 69,52 1,048 0,146 1 10 46,31 0,609 0,126 1 12 31,76 0,317 0,133 1 16 16,30 0,131 0,109 1 20 9,22 0,07 0,139 1 26 4,52 0,043 0,224 1 32 2,05 0,009 0,339 1 40 0,74 0,157 0,34 4 40 -11,31 0,065 0,379 4 50 -4,05 0,015 0,38 1 50 0,26 0,025 0,35 1 64 0,11 0,025 0,35 4 64 1,44 0,07 0,435 4 80 3,76 0,013 0,455 4 100 0,44 0,009 0,382 4 130 0,26 0,009 0,513 4 160 0,15 Figura 4.16. Tensiones e intensidades eléctricas medidas para las 20 posiciones de los electrodos (AB) en los 3 sondeos eléctricos verticales (pozo, cabañera y trenes) y sus gráficas logarítmicas entre AB/2 y resistividades aparentes (  . Espesores y profundidad de las capas del subsuelo ajustadas por el modelo del programa WinSev6. 69 Suelos y aguas subterráneas 4.2.3.4 Conductividad hidráulica 4.2.3.4.1. Infiltración por anillos de Müntz. Los resultados, aplicables a la superficie de las terrazas, se presentan en el cuadro 4.2. Como se ha señalado, habría que descontar el valor del potencial mátrico y los resultados son puramente indicativos. 4.2.3.4.2. Ensayo de Darcy. Este clásico ensayo se ha utilizado para calcular la conductividad hidráulica de una muestra de grava de la Terraza d, (UTM X: 739487; Y: 4627652. Huso 30). La muestra se tomó en la excavación para la reparación de una tubería principal del sistema de riego, en zona saturada. El ensayo se realizó en una columna de 49,6 cm. de altura y 14, 5 cm. de diámetro interior. Para un tiempo de paso de tres minutos se obtuvo un valor de K de 931,15 m día-1. 4.2.3.4.3. Ensayos Lugeon. Como se ha señalado, se dispone de datos del estudio geotécnico de la presa de Lastanosa, realizados sobre materiales del Terciario, formados por una alternancia de lutitas y areniscas. Los resultados (cuadro 4.9) revelan bajas conductividades hidráulicas que responden a los valores que ofrecen los textos docentes para las arcillas. Sin embargo, una serie de ensayos no obturaron por areniscas. Se supone que son fracturas en areniscas. Las areniscas se encuentran interestratificadas entre potentes niveles arcillolimolíticos de conductividad hidráulica muy baja lo que da al conjunto una conductividad hidráulica muy baja, con un valor medio de 8,9 · 10-8 m día-1. 70 Suelos y aguas subterráneas Cuadro 4.9. Permeabilidad y Conductividad hidráulica de los materiales terciarios de LASESA mediante ensayos Lugeon. Sondeo Profundidad Permeabilidad Conductividad hidráulica (m) (Lg) (m/d) 1,9 · 10 -5 3-10 1,6 · 10 -7 10-17 1,7 · 10 -6 1,5 · 10 -8 5,8 · 10 -7 5,0 · 10 -9 S1 17-24 2,6 · 10 -6 6-10 2,2 · 10 -8 10-17 9,8 · 10 -7 8,5 · 10 -9 4,0 · 10 -7 3,5 · 10 -9 S-2 17-21 1,9 · 10 -5 12-17 1,6 · 10 -7 17-22 1,9 · 10 -5 1,6 · 10 -7 1,9 · 10 -5 1,6 · 10 -7 S-3 22-30 3,8 · 10 -5 5-12 3,3 · 10 -7 1-12 No obtura S-4 19-26 No obtura 3,0 · 10 -6 3-10 2,6 · 10 -8 10-17 1,0 · 10 -7 8,6 · 10 -10 S-5 17-24 No obtura 1-10 No obtura 17-24 No obtura S-6 24-30 No obtura 4.2.3.4.4. Permeámetro de carga variable Para la determinación de la conductividad hidráulica por el método del permeámetro se tomaron 6 muestras cuya ubicación se presenta en el cuadro 4.10. En total se muestrearon tres suelos de terraza (3 repeticiones por muestra). 2 rellenos de val, a diferentes niveles, dentro de la ubicación (6 repeticiones). Por seguridad, se hicieron 16 repeticiones de la muestra de lutita. Cuadro 4.10. Ubicación de muestras de LASESA para determinación de conductividad hidráulica mediante método de permeámetro de carga variable. Terraza 1 UTM, H30 X: 740.101 m Y: 4.628.530 m Terraza 2 UTM, H30 X: 740.625 m Y: 4.624.561 m Terraza 3 UTM, H30 X: 739.650 m Y: 4.622.293 m Relleno val 1 UTM, H30 X: 738.975 m Y: 4.636.661 m 71 Suelos y aguas subterráneas Los resultados aparecen en el cuadro 4.11. Presentan evidentes diferencias en función del origen y textura. Los valores más altos corresponden a las terrazas y el más bajo a la muestra de lutita. Los valores obtenidos son acordes con los que presentan textos clásicos para las texturas de estas muestras. Cuadro 4.11. Conductividad hidráulica (K) del suelo y subsuelo de LASESA medida con el permeámetro de carga variable. dt L dc hi hf t K K (cm) (cm) (cm) (m) (m) (s) (m/s) (m/d) 1,57 14,5 10 1,635 0,26 24,8 0,00026 22,90 22,82 1,57 14,5 10 1,61 0,26 24,67 0,00026 22,71 1,57 14,5 10 1,595 0,26 24,67 0,00026 21,29 0,95 14,5 10 1,68 0,26 9,91 0,00025 21,38 0,95 14,5 10 1,6 0,26 9,61 0,00025 21,52 0,95 14,5 10 1,595 0,26 9,53 0,00025 17,80 0,55 14,5 10 1,655 0,26 3,94 0,00021 0,55 14,5 10 1,59 0,26 3,57 0,00022 19,22 sasos, terrazas y laderas 0,55 14,5 10 1,585 0,26 3,44 19,91 0,00023 1,57 14,5 10 1,66 1,36 398 0,0000018 0,15 0,15 1,57 14,5 10 1,66 1,25 568 0,0000018 0,15 1,57 14,5 10 1,66 1,06 905 0,0000018 0,15 1,57 14,5 10 1,66 0,96 1110 0,0000018 0,15 1,57 14,5 10 1,66 0,76 1598 0,0000017 0,15 1,57 14,5 10 1,66 0,54 2325 0,0000017 0,14 1,57 14,5 10 1,5 1,45 75 0,0000016 0,14 1,57 14,5 10 1,5 1,36 222 0,0000016 0,13 1,57 14,5 10 1,5 1,26 403 0,0000015 0,13 1,57 14,5 10 1,5 1,16 601 0,0000015 1,57 14,5 10 1,5 1,04 865 0,0000015 0,13 vales y terciario 1,57 14,5 10 1,5 0,91 1193 0,13 0,0000015 1,57 14,5 10 1,73 1,04 2040 0,00000089 0,0770 0,0208 1,57 14,5 10 1,04 0,94 1500 0,00000024 0,0035 1,57 14,5 10 0,94 0,92 1920 0,00000004 0,0021 1,57 14,5 10 0,92 0,895 4140 0,00000002 0,0566 1,57 14,5 10 1,72 1,06 2640 0,00000066 0,0025 1,57 14,5 10 1,06 0,97 10860 0,00000003 0,0014 1,57 14,5 10 0,97 0,76 52920 0,00000002 0,0013 1,57 14,5 10 0,76 0,695 20940 0,00000002 lutitas 0,0250 1,57 14,5 10 1,71 1,507 1560 0,00000029 0,0028 1,57 14,5 10 1,507 0,858 62220 0,00000003 0,0013 1,57 14,5 10 0,858 0,842 4500 0,00000001 0,0036 1,57 14,5 10 1,69 1,36 18720 0,00000004 0,0014 1,57 14,5 10 1,36 1,011 65400 0,00000002 0,0011 1,57 14,5 10 1,011 0,94 20220 0,00000001 0,0011 1,57 14,5 10 1,687 1,146 104220 0,00000001 0,0008 1,57 14,5 10 1,685 0,986 219481 0,00000001 72 Suelos y aguas subterráneas 4.2.3.5 Modelo de flujo de agua subterránea La información obtenida en los apartados anteriores permite diferenciar diversas unidades hidrogeológicas, que pueden tener un papel relevante a la hora de realizar balances de agua en LASESA. a) Gravas y materiales asociadas en los sasos, terrazas y laderas formadas por desmantelamiento de aquellos. Presentan una alta porosidad y un coeficiente de almacenamiento específico que llega al 10% en gravas limpias. Estos parámetros varían espacialmente por presencia de niveles de arena de origen fluvial, por el grado de cementación por carbonato cálcico u otros procesos edáficos. La conductividad hidráulica es alta, llegando a los 900 m día-1. En gravas limpias, pero en horizonte superficial se han obtenido datos de 20 m día-1. b) Materiales del Terciario, considerados como un conjunto con una alternancia subhorizontal de lutitas y areniscas. En estas condiciones presentan muy baja conductividad hidráulica, como se observa en diversos ensayos Lugeon. A escala menor se diferencia entre lutitas y areniscas. Las primeras tienen una bajan conductividad hidráulica, del orden de 10-3 m día-1. Las segundas pueden presentar un valor mayor de este parámetro, bien por fisuración o por falta de cementación. c) Rellenos de vales, que se presentan en el fondo de los barrancos que drenaban naturalmente la zona hacia el Alcanadre. Están formadas por arenas y limos, junto con algún canto de grava, erosionados de terrazas y terciario. Presentan una conductividad hidráulica del orden de 0,14 m día-1. A partir de estas unidades se ha realizado un primer modelo conceptual sobre el flujo de aguas subterráneas en LASESA que es muestra en la figura 4.17. En este esquema se asume que existe un acuífero en terrazas y gravas de laderas, situado en la mayor parte de LASESA, excepto en el sector XXIX. Es un acuífero libre, en muchas zonas con el freático a un metro de profundidad. El espesor saturado es limitado, del orden de la decena de metros, pero tiene que fluctuar. El terciario subyacente actúa como base impermeable. La transmisión de agua entre terrazas se efectúa a través de rampas, las laderas, de materiales groseros procedentes del desmantelamiento de la terraza superior. En los puntos en que no hay conexión, por afloramientos de los materiales terciarios el agua subterránea discurre por la superficie de estos hacia la terraza inferior. 73 Suelos y aguas subterráneas 74 Figura 4.17. Esquema conceptual del flujo de agua subterránea en LASESA. La recarga actual se produce principalmente en la superficie regada. El flujo sigue una dirección general este-oeste, excepto en la zona sur. Los barrancos naturales y el colector XXXI1ª-2ª derivan hacia ellos la descarga de agua subterránea. En la periferia oeste y sur de LASESA, una parte del drenaje subterráneo descarga directamente al Alcanadre. En los puntos en que la grava queda colgada sobre el Terciario, el rezume de agua subterránea genera acumulaciones de freatofitas. Se asume que este acuífero recoge, almacena y transporta la mayor parte del agua que percola más allá de la zona radicular. En segundo lugar, es posible que existan acuíferos mucho más modestos en el relleno de las diversas vales que forman el drenaje natural. El agua fluye a través del terreno y sobre el terciario. Se supone que las dimensiones de estos, en conjunto, son mucho menores que los del acuífero en las gravas. En tercer lugar es posible la existencia de uno o varios acuíferos en los materiales terciarios. Es cierto que tienen una menor conductividad hidráulica en conjunto, pero los niveles de arenisca pueden ser más conductivos. Ejemplos en la zona de Monegros se han citado en Cuchí (1989, 1998), Berga (1993), García-Vera (1996), Samper-Calvete y García-Vera (1998) Castaneda y García-Vera (2008). Manejo del riego En su momento, los regantes entregan los oportunos vales en las oficinas de la comunidad, indicando hidrante y fecha de riego. Este comienza a las 12:00 h y acaba a las 12:00 h del día siguiente. El secretario de la comunidad es el encargado de organizar los riegos. Diariamente envía la solicitud de agua a la CHE y asigna el caudal del canal de Pertusa, hasta un máximo de 0,82 l/s ha, entre los potenciales usuarios. Entre petición y riego transcurren cuatro días. Se espera que el embalse recientemente construido permita disminuir este tiempo. Hay poca información publicada sobre consumos de agua de LASESA. Mur (2009) indica que la dosis media aplicada en la campaña 2008 fue de 655 mm. 5.2.2 Recolección y procesado de datos Mediante el programa ArcGis 9.2, se realizó un primer mapa de cultivos en base a las declaraciones de la política agraria comunitaria (PAC). La base cartográfica empleada fue el parcelario del SIGPAC, que está dividido en recintos. Se creó un código identificador para cada recinto que sirvió para asociar los datos declarados por los agricultores con la base cartográfica. Este mapa fue actualizado con sucesivas visitas a campo, durante los meses de mayo, junio y octubre de 2009 y 2010, para tener en cuenta a los segundos cultivos anuales que no se recogen en la PAC. Los recintos SIGPAC se agruparon por cultivo y por tipo de suelo para determinar y analizar los patrones de riego. LASESA proporcionó los datos de consumo por unidad de riego. La comunidad entiende por tal la unidad de facturación a cada parcela. El agua puede ser suministrada por uno o varios hidrantes. Estos datos de riego se asociaron, en un trabajo laborioso, a la base cartográfica del SIGPAC y de esta manera se determinó el volumen de riego diario aplicado a cada una de las 787 unidades de riego. El resultado es un archivo que contiene cerca de los 120.215 riegos que se produjeron durante los dos años de estudio. Así se ha creado una base de datos que contiene para cada unidad de riego: la fecha de cada riego, su volumen de agua facturada, los cultivos, el regante, la superficie y los datos agrometeorológicos. Entre otras cosas, se ha analizado la influencia que tienen las lluvias y el tipo de cultivo sobre la actual programación del riego, comparando la evolución diaria entre el número de hidrantes abiertos y la precipitación. 81 Manejo del riego Se han realizados dos tipos de correcciones. Una volumétrica, dado que la unidad de facturación en LASESA es de 1.000 m3 por periodo de riego (24 h) en los hidrantes de 12 l/s. En la práctica, manteniendo abierto el día completo se produce un suministro real de 1036,8 m3/día. Para subsanar esta diferencia se aplicó un factor de corrección de 1,0368, mediante el cual se obtuvo el volumen de agua de riego real (R). Además, se han descartado aquellas parcelas en las que el volumen y la distribución anual del agua de riego no se corresponden con el cultivo declarado en la PAC. Como consecuencia de este proceso, la base de datos final contiene 52.029 eventos de riego de 523 unidades de riego (6.409 ha) durante los dos años de estudio. 5.2.3 Programación del riego La programación del riego de cada parcela se extrae de la base de datos generada en el apartado anterior. Los datos diarios se agrupan por semana, cultivo y capacidad de almacenamiento de agua en el suelo (CRAD) de cada parcela. A partir de la base de datos se analiza la programación actual y se estudia su relación con la calidad del riego (apartado 5.2.5). Con base en este análisis se propone una nueva programación con el objetivo de optimizar el uso del agua de riego. Con ella se simula un cambio en los riegos y se vuelve a ejecutar el balance de agua en el suelo con las mismas condiciones de las campañas de 2009 y 2010. Los resultados de la simulación permiten estimar los efectos que produciría la nueva programación. 5.2.4 Balance de agua en el suelo El balance de agua se elaboró a partir de la medición y estimación de las entradas y salidas del suelo explorado por las raíces de los cultivos. El balance de agua en el suelo hace un reparto teórico del agua de lluvia (P) y riego (R) entre la evapotranspiración real (ETR), el drenaje (DS) y el almacenamiento del agua en el suelo (AU). Se hizo el balance diario de agua en el suelo de cada parcela durante las campañas de riego 2009 y 2010. Este balance teórico sigue la metodología descrita por Causapé (2008a) y permite estimar la ETR, DS y la precipitación efectiva (Pe). Los datos de P, velocidad del viento (v) y humedad relativa (HR) se obtuvieron de la estación SIAR en Puyalón (Sariñena). La evapotranspiración de referencia (ET0) 82 Manejo del riego utilizada, es la calculada para estación por la Oficina del Regante (OR) según el método de Penman Monteith (Allen et al., 1998). Los datos de riego, como se ha indicado han sido proporcionados por la comunidad de regantes. El porcentaje de pérdidas por evaporación y arrastre del riego por aspersión (PEA) se estimó según la relación encontrada por Playán et al. (2005a). PEA (%) = 20,34 + 0.214·v2 – 2,29·10-3·HR2 La evapotranspiración potencial (ETC) se ha calculado a partir de la fórmula de Allen et al. (1998). ETC= ET0·KC Los coeficientes de cultivo se han determinado también mediante Allen et al., (1998). Para la mayoría de cultivos, excepto maíz y alfalfa, se han utilizado los establecidos para la comarca agraria nº 57 (Sariñena) por Martínez-Cob (2004). Para maíz, se ha realizado un cálculo ad hoc a partir de las fechas locales definidas mediante una encuesta realizada a los regantes de LASESA. En el cuadro 5.1 se presenta la fenología del maíz, en las tres modalidades de cultivo y las fechas de siembra (D1), inicio de las fases de desarrollo, intermedia y final (D2, D3 y D4, respectivamente) y la fecha de fin de ciclo (D5). Cuadro 5.1. Fenología del cultivo de maíz en LASESA. Fechas de siembra (D1), inicio fases de desarrollo, intermedia y final (D2, D3 y D4) y fin de ciclo (D5). Cultivo D1 D2 D3 D4 D5 Maíz 20-abr 25-may 4-jul 23-ago 10-oct Maíz 2ª cosecha detrás de guisante 1-jun 26-jun 31-jul 9-sep 1-nov Maíz 2ª cosecha detrás de cebada 10-jun 5-jul 4-ago 8-sep 30-oct La fenología del cultivo de alfalfa está condicionada por los seis cortes que recibe a lo largo del año. Sus fechas aproximadas son: 15 de abril, 20 de mayo, 24 de junio, 29 de julio, 2 de septiembre y 7 de octubre. Estas fechas marcan el final e inicio de cada uno de los seis ciclos anuales considerados en la fenología de este cultivo. 83 Manejo del riego Para periodos y superficies sin cultivo, se asignó un coeficiente de suelo desnudo. A los cultivos minoritarios catalogados como “Otros cultivos”, se asignó un valor constante de Kc = 1. Para el cálculo del Kc inicial se considera tipo de suelo, frecuencia de riegos y ET0. Los datos de P, R, PEA, y ETc se han utilizado para desarrollar el balance de agua en el suelo de cada una de las 523 parcelas estudiadas. Para simplificar el cálculo a cada parcela se le asigna un único valor de CRAD. Este valor se corresponde con la CRAD del suelo mayoritario de cada parcela y puede ser alta (230 mm), media (130 mm) o muy baja (30 mm). No se dispone del contenido de agua en el suelo de cada parcela. Para comenzar el balance, se ha partido de la hipótesis que este parámetro al principio de la campaña de riego es igual al 50% de la CRAD. Al agua útil inicial (AUi) se le suma las entradas por el riego (R-PEA) y precipitación (P), y se le resta la ETC siempre y cuando haya suficiente AU en el suelo. Así pues, se considera que: Si AUi+P+R-PEA < ETC  ETR= AUi+P+R-PEA; AUf=0 En cambio: Si AUi+P+R-PEA > ETC  ETR = ETC Si AUi+P+R–PEA-ETR > CRAD; AUf = CRAD DS = AUi+P+R–PEA-ETR-CRAD Se considera que se ha sobrepasado la capacidad de campo del suelo obteniéndose un drenaje teórico (DS). Si AUi+P+R–PEA-ETR < CRAD; AUf = AUi+P+R–PEA-ETR DS = 0 84 Manejo del riego Adicionalmente y aprovechando la información generada en el balance de agua, se estima la precipitación efectiva (Pe) para cada día en cada parcela considerando que: Si P < CRAD+ETR–AU  Pe= P Si P > CRAD+ETR–AU  Pe = CRAD+ETR–AU La precipitación efectiva se define como la parte de la precipitación que aprovecha la planta para evapotranspirar. También se estimó el volumen de drenaje procedente del riego (DR) considerando en los días y parcelas con drenaje que: Si AU + P - ETR > CRAD,  DR = R – PEA Si AU + P - ETR < CRAD,  DR = R - PEA - [CRAD - (AU + P - ETR)]. Esta estimación supone que durante un día siempre se produce antes la lluvia que el riego y en consecuencia prioriza el drenaje del riego sobre el de la lluvia. 5.2.5 Calidad del riego El manejo del riego se analiza mediante la utilización de cuatro índices que evalúan la calidad del riego: la eficiencia de riego (ER), la fracción de drenaje del riego (FDR), el déficit hídrico (DH) y el rendimiento del riego (RIS). Estos índices fueron calculados para cada parcela a partir de los datos del balance de agua en el suelo. Se han escogido estos cuatro índices porque ya han sido utilizados en estudios de otros regadíos y permiten su comparación. La forma de calcular las necesidades hídricas netas (NHn) y los tres primeros índices han sido descritos por Causapé (2009a). El cuarto índice fue desarrollado por Perry (1996). Los índices se calcularon sobre una base diaria aunque los resultados se muestran agrupados por semanas. Las NHn estiman el volumen de agua de riego necesario para que los cultivos no sufran estrés hídrico y el suelo quede en las mismas condiciones de humedad al final del período. NHn = (ETc+ AUf) – (AUi +Pe) 85 Manejo del riego 86 La ER evalúa el porcentaje del volumen de riego que se ha utilizado para satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos o acumulado en la reserva de agua en el suelo. ER = 1001             R PEADR La fracción de drenaje del riego FDR cuantifica qué porcentaje del riego se pierde en el drenaje condicionado por la dosis de riego y la humedad del suelo en el momento de aplicar el riego. FDR = 100 R R D El déficit hídrico evalúa en qué grado el riego ha sido incapaz de satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos para no disminuir su potencial rendimiento por estrés hídrico. DH = 100  ETc R ETETc Los valores de los índices ER, FDR y DH pueden tener valores desde 0 a 100%. Un buen manejo del riego vendrá determinado cuando la ER se aproxime al 100% y cuando el DH y la FDR sean nulos. Finalmente se calcula para toda la campaña el índice RIS (Relative Irrigation Supply) como el coeficiente entre la cantidad de agua aplicada a una parcela y las necesidades de riego netas de la misma (Perry, 1996). RIS = NHn R El índice RIS tiene unos teóricos valores límite entre 0 e infinito. Un valor mayor de 1 indica que el riego ha sido superior a las necesidades hídricas netas del cultivo y por tanto ha sido regado por exceso. Por el contrario un valor menor de 1 indica que el riego ha sido insuficiente para cubrir las necesidades hídricas netas. Los valores calculados por Molden et al. (1998) para diversos regadíos mundiales se presentan en un rango entre 0,41 y 4,81. Manejo del riego 5.3 Resultados y discusión 5.3.1 Programación de riego actual El programación actual se caracteriza por un número riegos distribuidos a lo largo del periodo vegetativo de cada cultivo. La figura 5.1 presenta la evolución del número medio de riegos por semana de cada cultivo. En esta comunidad, que funciona con vales volumétricos a usar en 24 horas, la forma de adaptarse a las necesidades hídricas de los cultivos se realiza variando el número de días de riego por semana. Como era de esperar el riego se intensifica durante periodo de máximas necesidades, que coincide con los meses de julio y agosto (semanas 27-35). Es también durante ese periodo cuando se produce una cierta diferenciación entre la programación de cada cultivo. El maíz se riega entre tres y cuatro veces por semana, y la alfalfa tres veces. El resto de la campaña la diferenciación no es tan clara, a excepción de los cultivos de invierno como la cebada que no se riega a partir de mitad de junio. La diversidad de las programaciones de riego individuales es de tal magnitud que ha sido imposible definir grupos característicos. Su análisis requeriría un estudio detallado de las estrategias de riego por agricultor que se ha decidido no aborda, porque desborda los límites del presente trabajo. Como primera aproximación, se han seleccionado seis casos de programación de riego representativa de cada cultivo (figura 5.2). El criterio de elección ha sido que el volumen anual de agua utilizada y el número de días de riego sean los más cercanos a los valores medios. De la figura 5.2 se deduce que muchos regantes siguen un patrón de riego semanal regando siempre en los mismos días de la semana con independencia de los cambios en las necesidades hídricas del cultivo. Un ejemplo de la variabilidad en los calendarios de riego se observa en el cultivo de maíz. En los casos escogidos de maíz después de cebada y como cultivo único se regó dos días consecutivos separados por un día sin riego y en el caso de maíz después de guisante se riega sistemáticamente de lunes a jueves. El número medio de riegos es similar, pero se diferencian en su distribución a lo largo de la semana. Se observan diferentes esquemas de riego en los ejemplos seleccionados para los tres tipos de cultivo de maíz, a pesar que tienen las mismas necesidades de agua durante julio y agosto. Parece evidente que esto se 87 Manejo del riego debe de las preferencias individuales de cada regante, en la línea de lo apuntado por Salvador et al. (2011b). Por otro lado, una inspección de toda la base de datos revela que la mitad de los riegos se aplicaron durante dos días consecutivos. Esta práctica puede suponer que se pierda agua por drenaje en el caso de los suelos de muy baja CRAD ya que la cantidad de agua aplicada en dos riegos seguidos puede superar la capacidad de almacenamiento del suelo. 0 1 2 3 4 5 9 11121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041 semana campaña 2009 nº de riegos semanales ALFALFA CEBADA CEBBADAyMAIZ GUISANTEyMAIZ MAIZ OT RAS FORRAJERAS OTROS CULTIVOS 0 1 2 3 4 5 6 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 semana campaña 2010 nº de riegos semanales ALFALFA CEBADA CEBADAyMAIZ GUISANTESyMAIZ MAIZ OTRAS FORRAJERAS OTROS CULTIVOS Figura 5.1 Evolución del número de riegos por semana de cada cultivo. 88 Manejo del riego Alfalfa, parcela nº 619 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Cebada, parcela nº 343 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Guisante y maíz, parcela nº 410 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Cebada y maíz, parcela nº 832 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Maíz, parcela nº 299 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Otras forrajeras, parcela nº 661 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Figura 5. 2. Ejemplos seleccionados de casos de programación de riego actual para los distintos cultivos en LASESA. La línea de color gris indica hidrante en funcionamiento. 89 Manejo del riego 90 La precipitación, influye en la programación del riego, como se representa en la figura 5.3. Se detecta claramente, durante la campaña 2009 y 2010, como hay una disminución del número de hidrantes en funcionamiento tras cada precipitación superior a los 5 mm. Como ya se ha explicado, los regantes de esta comunidad deben solicitar el agua de riego con cuatro días de antelación, sin posibilidad de cancelación ante un cambio repentino en la meteorología. Por tanto el tiempo de reacción mínimo es de cuatro días. Si llueve durante estos días, el agua pre pagada debe utilizarse o se pierde. Este periodo supera en dos días al detectado por Salvador et al. (2011b) en otra comunidad de regantes de RRAA, situada más al sur, con gestión de agua a la demanda. Se supone que la reciente construcción de una presa capaz de almacenar 10 hm3 probablemente disminuirá este tiempo de respuesta según exponen Delgado y Andrés (2008). 5.3.2 Calidad del riego actual La relación entre el volumen anual de riego y las necesidades hídricas netas se presentan en la figura 5.4 para: a) Todos las parcelas estudiadas; b) Los principales cultivos agrupados por tipo de CRAD; c) Los tipos de CRAD del suelo y d) Los principales cultivos. En la figura 5.4.a, se aprecian dos grupos: el de la cebada con bajas NHn y el resto de cultivos. Es evidente que la dispersión en los valores de riego es alta. La mayoría de los puntos se encuentran por encima de la línea diagonal, R=NHn, indicando que en estos casos se produce un exceso de riego. Los resultados revelan que los mayores riegos se dieron en los suelos con menor CRAD, lo que se confirma en el caso de cultivos de guisantes seguidos de maíz o alfalfa con un valor medio del riego anual que supera los 1000 mm. Por otro lado, el riego medio más bajo también se da en parcelas con suelos de muy baja CRAD con cultivo de cebada. Una posible explicación del exceso de riego puede ser las mayores NHn de cultivos sobre suelos con CRAD muy baja, ya que estos suelos no son capaces de almacenar tanta agua como el resto, como sugiere Cancela et al. (2006). Esto parece conocido por los agricultores de LASESA, que riegan un 12% más, tal y como muestran los valores medios de la figura 5.4.c. Todos los cultivos se encuentran por encima de la línea 1:1, en el lado del exceso de riego. El doble cultivo de guisante y maíz es el que supone el mayor exceso de riego (Fig. 5.4. b y d). Manejo del riego 5.3.3 Propuesta de cambio en la programación de riego Los resultados de los apartados anteriores ponen de manifiesto que puede mejorarse la actual calidad del riego (76%) en esta comunidad de regantes, mediante cambios en la programación de riego para minimizar los usos no productivos de agua como PEA (12%), y FDR (12%), en la línea de lo propuesto por Jensen (2007) y otros autores. Por otra parte, la calidad del riego también puede mejorarse adecuando la programación del riego para disminuir el estrés hídrico de los cultivos, que en LASESA alcanza un valor medio del 13%. La programación de riego es, claramente, una decisión del agricultor, función de su formación e información. Éste, en la actualidad, tiene acceso a información meteorológica, con una buena fiabilidad en un horizonte a tres días vista. Además también tiene acceso a las necesidades hídricas diarias de agua de los cultivos (Oficina del Regante, 2011). Esta información junto con las propiedades hidráulicas del suelo puede permitir optimizar el riego mediante el cambio de la programación de riego. Una modificación, en relación con la velocidad del viento, consiste en limitar el riego a los periodos con bajas velocidades de viento (Zapata et al., 2007 y 2009). Sin embargo, en LASESA, esta modificación es incompatible con el actual sistema de prepago a cuatro días vista y apertura de hidrantes durante periodos continuos de 24 horas de riego. En estas condiciones, sin poder limitar las PEAs, la máxima eficiencia de riego alcanzable en LASESA sería del 88%, (100-PEAs), que es un valor muy cercano al máximo del 90% estipulado por Tanji y Kielen (2002) para un riego por aspersión bien manejado. Así pues, la posibilidad de mejora debiera centrarse en minimizar los otros dos parámetros negativos, FDR y el DH, que también afectan a la calidad del riego. En base a los criterios indicados, se ha simulado una nueva programación de riego sirviéndose de la base de datos descrita anteriormente (apartado 5.2.2). Para poder llevar a cabo esta programación hay que realizar un balance diario de agua que permita estimar el valor de AU en el suelo de cada parcela. Se propone que se riegue cuando el valor AU en el suelo sea inferior a un valor límite máximo que es la diferencia entre la CRAD y el riego unitario de cada parcela. Como ya se ha explicado, este último parámetro se calcula dividiendo el volumen de agua aplicada diariamente por el área de superficie del campo. En esta propuesta se mantiene el sistema de riego mediante aperturas de hidrante de 24 97 Manejo del riego horas, aunque no se mantiene estrictamente el periodo de cuatro días. Esto supone que el embalse de Lastanosa está en servicio. Estos riegos teóricos se han simulado para las 523 parcelas y para las campañas de riego de 2009 y 2010. Hay que señalar que el método propuesto no tiene en cuenta el necesario periodo sin riego para la correcta maduración de la cebada, ni el tiempo de secado después del corte de alfalfa, así como los riegos específicos previos y posteriores a la siembra del maíz. Los ejemplos de estas simulaciones de calendario de riegos se presentan en la figura 5.7 que muestra los resultados de aplicar los nuevos criterios en la programación de riego a los ejemplos de la figura 5.2. Los eventos de riego simulados siguen una distribución más uniforme en el tiempo frente a los reales. Ya no se siguen pautas automáticas de riego semanal, disminuyendo los riegos de varios días consecutivos. A modo de ejemplo, la programación propuesta durante julio y agosto en los tres escenarios de cultivo de maíz es muy parecida porque tienen las mismas necesidades de agua. Esto no sucedía en los ejemplos de la figura 5.2. 98 Manejo del riego Alfalfa, parcela nº 619 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Cebada, parcela nº 343 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Cebada y maíz, parcela nº 832 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Guisante y maíz, parcela nº 410 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Otras forrajeras, parcela nº 661 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Maíz, parcela nº 299 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Día de la semana L M X J V S D Semana del año Figura 5.7. Simulación con optimización de gestión en parcelas seleccionadas en LASESA. La línea de color gris indica funcionamiento del hidrante. 99 Manejo del riego 100 5.3.4 Calidad del riego de la nueva de programación La comparación entre las NHn y los valores simulados de riego se presenta en la figura 5.8. Los nuevos datos, producto de la simulación, son manifiestamente menos dispersos y se agrupan en una distribución lineal y ligeramente divergentes de la diagonal 1:1. La práctica totalidad de los puntos se encuentran por encima de la línea diagonal con un ligero exceso de riego, necesario para cubrir las PEA. Los escasos valores no agrupados se corresponden con parcelas cuya dotación de riego diaria es superior a la CRAD del suelo. Estos se podrían agrupar haciendo que sus tiempos de riego fueran menores de 24 horas. Sin embargo son casos minoritarios que obligarían a cambiar la gestión actual de LASESA. Las gráficas muestran además, que se han reducido las diferencias en el volumen de riego entre los suelos de muy baja CRAD y el resto (Figura 5.8 c). Esto indica que con una programación de riego adecuada no es necesario aplicarles una mayor dosis de riego y, además permitirá disminuir la fracción de drenaje especialmente de estos suelos con muy baja CRAD. El cuadro 5.3 muestra los resultados globales de riego propuesto por la simulación con sus nuevos índices de calidad. En la simulación, el volumen de riego ha aumentado un 7% respecto al riego actual. Esto es debido a que ahora el DH es prácticamente nulo frente al 13% de la situación real. Según lo predicho por Lecina et al. (2010a), este aumento en el consumo de agua es efecto del cambio en la programación del riego para lograr una mayor productividad. Sin un cambio de gestión, de riego por vales a riego a la demanda, es inevitable que el 12% del agua de riego sigua perdiéndose por evaporación y arrastre. Sin embargo, con la programación propuesta, se reducen las perdidas por drenaje en un 8%. La eficiencia de riego global alcanza el 83% con un rango entre 80% al 85% para los distintos cultivos. El aumento de la frecuencia de riego se nota especialmente en los suelos de baja CRAD donde disminuiría la fracción de drenaje o el déficit hídrico. En el primer caso supone un ahorro de agua y en el segundo un aumento de la producción en la línea de lo propuesto por Pandey et al. (2000), Playán y Mateos (2005b) y Farré y Faci (2009). Manejo del riego 0 250 500 750 1000 1250 1500 0 250 500 750 1000 1250 1500 NHn (mm) R (mm) a 0 250 500 750 1000 1250 0 250 500 750 1000 1250 NHn (mm) R (mm ) Maíz (alta) Maíz (media) Maíz (muy baja) Cebada y maíz (alta) Cebada y maíz (media) Cebada y maíz (muy baja) Guísante y maíz (alta) Guísante y maíz (media) Guísante y maíz (muy baja) Alfalfa (alta) Alfalfa (media) Alfalfa (muy baja) Cebada (alta) Cebada (media) Cebada (muy baja) b 500 600 700 800 900 1000 500 600 700 800 900 1000 NHn (mm) R (mm ) alta media muy baja c Figura 5. 8. Comparación entre NHn y el riego simulado (R), teniendo en cuenta: a) todos los datos, b) el cultivo y la capacidad de almacenamiento de agua del suelo (CRAD), c) la CRAD del suelo y d) el cultivo con la nueva propuesta de programación del riego. 0 250 500 750 1000 1250 0 250 500 750 1000 1250 N Hn (mm) R (mm) MAIZ CEBADA ALFALFA CEBADAyMAIZ GUISANTESyMAIZ d 101 Manejo del riego Cuadro 5. 3. Riego (R), eficiencia de riego (ER), fracción de drenaje del riego (FDR), pérdidas por evaporación y arrastre del riego por aspersión (PEA) y déficit hídrico (DH) para los cultivos de LASESA regados según una programación de riego simulada. Campaña Cultivo Área R ER FDR PEA DH (%) (mm) (%) (%) (%) (%) Maíz 30 782 85 2 13 0 Alfalfa 29 1093 82 6 12 0 Cebada y maíz 19 913 82 6 12 0 Cebada 7 344 85 3 12 0 2009 Guisante y maíz 7 942 83 5 12 0 Otros cultivos 5 997 84 4 12 0 Otras forrajeras 3 971 83 5 12 0 Total 893 83 4 12 0 Maíz 32 871 83 4 13 1 Alfalfa 22 1151 85 3 12 1 Cebada y maíz 25 960 84 3 12 0 Cebada 12 350 84 5 11 1 2010 Guisante y maíz 3 1091 80 5 12 0 Otros cultivos 4 1093 84 3 13 1 Otras forrajeras 3 974 84 3 12 2 Total 909 84 4 13 1 2009-10 Total 901 83 4 12 0 La evolución del riego propuesta por la simulación y sus índices de calidad se muestran en la figura 5.9 para los principales cultivos. La eficiencia del riego del maíz y alfalfa se mantiene ahora más constante y se sitúa entre el 80 y 90% a la largo de la campaña de riego. Como se han utilizado los datos climatológicos reales de las campañas 2009 y 2010, y el método no conoce la lluvia a futuro, se observa una disminución de eficiencia en semanas lluviosas. En estas, el índice disminuye más que en la realidad, dado que con el criterio planteado se mantiene el suelo cerca de capacidad de campo. Un aporte de agua complementario por la lluvia induce un claro descenso de eficiencia. Por último, se observa que con esta nueva programación el riego se adapta mucho mejor a las necesidades hídricas netas y no existe déficit hídrico. 102 Manejo del riego Maíz 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 semana del año 2009 NHn, R (mm/semana) ER, DH (%) Maíz 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 semana del año 2010 NHn, R (mm/semana) ER, DH (%) NHn RER DH Alfalfa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 semana del año 2009 NHn, R (mm/semana) ER, DH (%) Alfalfa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 semana del año 2010 NHn, R (mm/semana) ER, DH (%) Cebada y maíz 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 semana del año 2009 NHn, R (mm/semana) ER, DH (%) Cebada y maíz 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 semana del año 2010 NHn, R (mm/semana) ER, DH (%) Figura 5.9. Evolución semanal de la eficiencia del riego (ER), déficit hídrico (DH), necesidades hídricas netas (NHn) y riego (R) del maíz, alfalfa y cebada con maíz con la programación de riegos propuesta, durante las campañas de riego del 2009 y 2010. 103 Manejo del riego 5.4 Conclusiones El volumen de riego aplicado en la LASESA es un 19% superior a las necesidades hídricas netas de los cultivos. Este volumen de riego anual, 846 mm, es superior a la mayoría de las zonas de riego por aspersión del valle del Ebro debido a su mayor porcentaje de maíz, alfalfa y doble cultivo. El riego máximo anual se produce, evidentemente, en las parcelas con doble cosecha de maíz tras guisante (1.075 mm) o cebada (943 mm) y en las de alfalfa (973 mm). Próximos a estos valores, se encuentran los de maíz (872 mm) y otras forrajeras (720 mm). El valor mínimo de riego se produce en las parcelas de cebada (254 mm). El riego global evolucionó paralelamente a las necesidades hídricas netas, indicando que el conjunto de los regantes adaptan el riego a la evolución del cultivo y del clima durante la campaña de riego. La eficiencia media del riego en LASESA es del 76%. Se estima que el 12% del riego se pierde por evaporación y arrastre y otro 12% por drenaje. Esta eficiencia de riego es la mas alta, de las calculadas con este método, en el valle del Ebro. El rendimiento del riego, según el índice RIS, fue del 1,21. El exceso del riego es sólo del 6%. No obstante este índice no puede detectar el déficit hídrico, que fue del 13%. Los cultivos situados en suelos de menor capacidad de almacenamiento de agua se riegan un 12% más que los implantados sobre el resto de suelos. Sin embargo, sufren un déficit hídrico superior a la media. Los riegos a nivel de parcela son más heterogéneos de lo esperado, en una comunidad de regantes donde prácticamente solo hay tres cultivos extensivos (maíz, alfalfa y cebada). Gran parte de los regantes siguen un patrón fijo, regando siempre en los mismos días de la semana. Además, la mitad de los eventos de riego se aplicaron en días consecutivos, con las consecuentes pérdidas por drenaje en suelos con muy baja capacidad de almacenamiento de agua. 104 Manejo del riego 105 Para mejorar la eficiencia del riego se puede modificar la programación del riego, de manera que se reduzca el drenaje y el déficit hídrico. Se propone un cambio consistente en regar en función del contenido de agua en el suelo y se simulan sus efectos. Los resultados muestran que la programación de riego basada en el balance de agua diario no siguen unas pautas automáticas de riego semanal, disminuyendo los riegos de varios días consecutivos. Además, esta programación permite ajustar el riego a las necesidades de los cultivos sin variar substancialmente la gestión actual de LASESA. El criterio escogido para decidir el día de riego es sencillo, reduce la alta variabilidad de la programación actual y mejora la calidad del riego, hasta alcanzar una eficiencia teórica del 83%. Con la nueva programación, no es necesario aplicar una mayor dosis de riego en los suelos con baja capacidad de almacenamiento. Las pérdidas por drenaje se reducen en un 8% y no existe déficit hídrico. Sin embargo el volumen de riego tiene que incrementarse en un 7%. Balance hidrológico El balance hidrológico de cada cuenca se realiza a partir de los volúmenes asociados a los flujos de entrada (E=P+R+C), salida (S=ETR+D+PEA) y almacenamiento (A=∆S+∆A) del sistema cuenca (figura 6.2). La bondad del balance se comprueba mediante el error del balance que se calcula en términos porcentuales como 200 · [(E–S–A) / (E+S+A)]. También se realiza una segunda comprobación que consiste en hacer un balance del flujo de agua en el acuífero. En éste sólo se considera una entrada, la proveniente del agua drenada por el suelo (DS), y una salida que es el agua aforada a la salida de cada cuenca (D). 6.2.3 Índices de uso de agua La evaluación del uso del agua se realiza según una contabilidad donde hay que determinar el destino de los diferentes flujos de salida del sistema (Lecina et al., 2009): - La evapotranspiración productiva (ETp), que se corresponde con la ETR de los cultivos. - Se denomina evapotranspiración no productiva (ETnp) a la ETR de las superficies sin cultivo y a las PEA. - La escorrentía/percolación se corresponde con el drenaje. Puede ser reutilizable (E/Pr) o no reutilizable (E/P nr) dependiendo de la escala espacial que se aplique y de la calidad del agua de drenaje. A escala de LASESA, esta agua prácticamente hoy no se reutiliza y se considera como no recuperable. A escala de la cuenca del Ebro, el agua de drenaje de la LASESA retorna al río Alcanadre y puede ser reutilizada. Por lo tanto se ha considerado como reutilizable en el presente trabajo. A partir de los parámetros anteriores se definen diversos índices hidrológicos, relacionados entre sí mediante las siguientes expresiones: FC = (VETp + VETnp + VE/Pnr) / V FR = VE/Pr / V FPC = VETp / (VETp + VETnp + VE/Pnr) 113 Balance hidrológico Donde FC es la fracción consuntiva (%), VETp es el volumen de la evapotranspiración productiva, VETnp es el volumen de la evapotranspiración no productiva, VE/Pnr es el volumen de la escorrentía/percolación no recuperable, FR es la fracción recuperable (%), VE/Pr es el volumen de la escorrentía/percolación recuperable, V es el volumen de agua total disponible, y FPC es la fracción productiva consuntiva (%). 6.3 Resultados y discusión 6.3.1 Delimitación de cuencas A partir de la metodología indicada se han delimitado siete cuencas dentro de LASESA que se presentan en la figura 6.3. Hay que indicar que en el sistema de Riegos del Alto Aragón, los canales marcan el límite altitudinal del regadío ya que no se riegan las parcelas situadas por encima de la cota del canal. El canal de Pertusa discurre de norte a sur paralelo al río Alcanadre. En la zona de LASESA, bordea la plataforma del saso de las Fitas, de modo que el territorio situado a su margen izquierda tiene mayor elevación y por tanto es de secano y el regadío se sitúa al oeste del canal. La delimitación de cuencas incluye zonas no regadas, de secano, situadas por encima de la cota del canal de Pertusa, aspecto que es interesante tener en cuenta a efectos de la interpretación de resultados. Las siete cuencas abarcan 452 parcelas, que suponen el aproximadamente dos terceras partes del territorio gestionado por LASESA. En la zona norte, sector XXIX, la accesibilidad de los puntos de aforo condicionó la superficie de la cuenca útil. Hay que señalar que en este sector existe un porcentaje alto de zonas no cultivadas. El resto de la zona no aforada carece de drenajes de entidad y el agua subterránea drena directamente al río Alcanadre o aflora en rezumes no aforables. 114 Balance hidrológico Figura 6.3. Mapa de las cuencas y puntos de aforo en LASESA Los resultados de la caracterización por cuenca se presentan en el cuadro 6.1. El porcentaje de superficie regada es alto (68%) en las cuencas que no tienen prácticamente superficie por encima del canal (C1, C2, C3, C4 y C6). Por el contrario es bajo (20%) en las cuencas C5 y C7 que tienen la mayor parte de su superficie en secano. La información recogida en el mapa de CRAD de LASESA (figura 4.8) se ha distribuido en las cuencas delimitadas. Esto permite, en principio una diferenciación por cuencas en cuanto al tipo de suelo. Así, en las cuencas C2 y C3 predominan los suelos de muy baja CRAD. Las cuencas C1 y C4 presentan suelos de CRAD media y en las cuencas del norte (C5, C6 y C7) los de CRAD alta. 115 Balance hidrológico Cuadro 6.1. Caracterización de las cuencas por superficies totales, regadas y CRAD. Cuencas C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Total Superficie (ha) Cuenca 1.182 2.418 1.523 1.972 1.886 215 785 9.980 Regadío 623 1.619 1173 1397 413 146 111 5.483 Representación por tipo de CRAD (%) Muy baja (<64 mm) 0 59 83 31 21 2 0 45 Media (64-190 mm) 61 22 17 54 18 26 0 33 Alta (>190 mm) 39 18 0 15 61 72 100 22 CRAD media (mm) 169 89 47 114 171 201 230 107 Se ha recalculado el uso del suelo abarcado por el conjunto de cuencas estudiadas. Los resultados se presentan en el cuadro 6.2. En éstas, los cultivos mayoritarios siguen siendo maíz, cebada y alfalfa. En el 27% de la superficie de regadío se producen dos cultivos por año. Así, el 47% del maíz se produce como un segundo cultivo sembrado tras la cosecha de cultivos de invierno como la cebada y los guisantes. Este porcentaje de doble cosecha define a esta comunidad como una de las más productivas dentro de los regadíos del Alto Aragón. El doble cultivo está más extendido en las cuencas de menor CRAD que coinciden con las de mayor superficie regada (C2, C3 y C4). En los dos años estudiados se ha observado una disminución de las leguminosas (alfalfa y guisante) en favor de los cereales (cebada y el maíz). Por cuencas, se aprecian diferencias en el porcentaje de superficie de doble cultivo. En las cuencas C2, C3 y C4 este porcentaje es más alto, entre 25 y el 35% del total, que en el resto. Sin tener una explicación fehaciente, pudiera deberse a que una mayor temperatura media de estos suelos, de mayor pedregosidad y textura más gruesa acelera la maduración de los cultivos de invierno y favorece un segundo cultivo de verano. El riego medio, recalculado, se sitúa en torno a los 800 mm al año. Las parcelas más regadas fueron las dedicadas a alfalfa y a doble cultivo. Por el contrario, las menos regadas fueron las de cebada. Por cuencas se aprecian algunas diferencias en el riego aplicado a un mismo cultivo. Por ejemplo hay 2000 m3 ha-1 de variación entre el consumo de agua para el maíz entre C3, típica de suelos de baja CRAD, y C6, típica de suelos de alta CRAD (Cuadro 6.2). Esto parece contradecir las conclusiones derivadas en el capítulo anterior, donde se afirma que las parcelas de menor CRAD reciben más agua. Pero hay que tener en cuenta que la cuenca C6 figura entre las de menor superficie. En este sentido, es posible que sea un problema de tipo estadístico. 116 Balance hidrológico Cuadro 6.2. Superficie y riego medios de cada cultivo en el regadío incluido en las siete cuencas de LASESA durante los años 2009 y 2010. Total Cuencas Campaña Media C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 2009 2010 2009-10 Superficie (ha) Maíz 157 427 362 385 191 65 70 1.606 1.709 1.658 Alfalfa 129 328 338 457 96 20 28 1.626 1.167 1.397 Cebada y maíz 100 497 304 288 19 24 9 1.097 1.385 1.241 Cebada 101 215 54 121 47 27 4 410 729 569 Guisante y maíz 16 63 62 67 7 0 0 344 88 216 Otras forrajeras 42 47 44 40 7 0 0 180 181 180 Otros cultivos 78 41 8 39 47 9 0 217 227 222 Total regadío 623 1.619 1.173 1.397 413 146 111 5.480 5.486 5.483 Riego (mm) Maíz 824 836 771 775 837 995 812 813 812 812 Alfalfa 833 873 955 1019 804 1021 755 887 995 941 Cebada y maíz 995 965 812 798 1.047 966 757 846 927 886 Cebada 292 294 248 257 328 246 231 256 296 276 Guisante y maíz 896 1042 990 895 936 0 0 943 1.059 1.001 Otras forrajeras 720 809 731 713 471 0 0 753 717 735 Otros cultivos 491 479 894 768 458 684 0 623 489 556 Total 720 809 822 819 734 837 770 798 799 799 6.3.2 Agua aforada por cuencas de drenaje Los caudales medidos en los 7 puntos de muestreo entre noviembre de 2008 y diciembre de 2010 se muestran en la figura 6.4. En general son caudales modestos, proporcionales a la superficie regada. En todas las cuencas, el caudal del drenaje aumenta con el inicio de la temporada de riego y los máximos se alcanzan en agosto-septiembre. Esto confirma que la cantidad de agua circulante por los colectores depende fundamentalmente del riego. Éste es el principal regulador del régimen hídrico de las cuencas tal y como ocurre en otras muchas zonas semi-áridas del planeta (Dougherty et al., 1995; Schoups et al., 2005; Liu et al., 2010). La evolución posterior a la finalización de la campaña permite diferenciar dos grupos. Un primer grupo estaría formado por las cuencas C2, C3 y C4 que son las que tiene mayor caudal medio, 214, 112 y 114 L s-1 respectivamente. En sus hidrogramas se observa que el efecto del riego es apreciable entre 1 y 2 meses tras finalizar la temporada. Incluso se puede detectar muy levemente hasta el principio de la siguiente temporada de riego. Las cuencas del segundo grupo se caracterizan por tener un caudal muy bajo (41, 27, 4 y 4 L s-1 para C1, C5, C6 y C7 respectivamente). La influencia del riego una vez 117 Balance hidrológico finalizada la campaña, desaparece con rapidez y parecen responder con mayor intensidad a los episodios de lluvia. Las primeras cuencas se sitúan, fundamentalmente sobre las terrazas. El agua infiltrada recarga el acuífero situado en la grava de las terrazas tal y como se muestra en la subida del nivel freático, descrita en detalle en el apartado 4.2.3.1, y que se compara con la evolución del drenaje en la figura 6.4. La descarga del acuífero, más lenta que el agua superficial, mantiene el efecto del riego sobre el nivel del freático y sobre el caudal de los drenajes durante algunas semanas. Las cuencas del norte y la C1, en el sur, no tienen prácticamente superficie de terrazas. Por tanto carecen del efecto regulador de un acuífero subyacente. C5 y C7 tienen una amplia superficie de secano en suelos sobre Terciario. Como ya se ha informado, son cuencas más impermeables y por tanto tienen mayor respuesta inmediata a las lluvias. Para evaluar la respuesta de las cuencas a episodios de lluvia que se observaba imparcialmente en los aforos manuales se construyó de la estación automática en la cuenca C4, barranco de Malfarás. Ésta se programó con un periodo de medida de quince minutos. Por motivos económicos sólo se pudo instrumentar una estación, que se escogió por razones logísticas. Además su cuenca, como se indica más adelante, es representativa del conjunto de LASESA. Por último, esta estación permite valorar posibles recursos reutilizables de agua, incluso a nivel de la propia comunidad de regantes. Los resultados, agrupados en caudales medios diarios, se representan en la figura 6.5. Además del efecto del riego, se comprueba la existencia de importantes picos, de corta duración, derivados de la respuesta a la lluvia. En una primera fase, la existencia de la estación ha permitido comprobar la diferencia entre los aforos realizados con periodicidad quincenal y los de la estación automática para este barranco para el periodo abril-diciembre 2010. Los resultados indican que el volumen determinado con aforo de menor frecuencia sigue la tendencia que marca la estación automática. El volumen total es un 12% menor al de alta frecuencia, debido a los picos de caudal causados por la lluvia. 118 Balance hidrológico -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 nov-08 dic-08 ene-09 feb-09 mar-09 abr-09 may-09 jun-09 jul-09 ago-09 sep-09 oct-09 nov-09 dic-09 ene-10 feb-10 mar-10 abr-10 may-10 jun-10 jul-10 ago-10 sep-10 oct-10 nov-10 dic-10 Mes Caudal (L/s ) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 P Profundidad del nivel freatico (cm) Figura 6.4. Evolución del caudal en los siete barrancos y de la profundidad del nivel freático (P) entre noviembre de 2008 y diciembre de 2010. A partir de los caudales aforados se determina el agua drenada por cada cuenca que en los meses de verano dobla o triplica al de los meses de invierno (Cuadro 6.3). El volumen medio anual aportado por el conjunto de cuencas fue de 16,3 hm3. 119 Balance hidrológico 0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000 800.000 900.000 1.000.000 abril mayo junio julio agosto septiembre octubre noviembre diciembre enero febrero marzo Volumen de precipitación y riego (m 3 /día) 0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 Volumen de drenaje (m 3 /día) P R D Figura 6. 5. Evolución diaria de los volúmenes de agua drenada por el barranco de Malfarás, C4, (D), lluvia (P) y riego (R), entre abril de 2010 y marzo de 2011. 120 Balance hidrológico Cuadro 6.3. Volumen de agua drenado mensual por las siete cuencas de LASESA entre noviembre de 2008 y octubre de 2010. Cuenca Total Mes (hm3) C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 nov-08 1,58 0,11 0,63 0,35 0,39 0,07 0,01 0,01 dic-08 1,23 0,10 0,47 0,26 0,31 0,06 0,01 0,01 ene-09 0,99 0,08 0,41 0,16 0,25 0,06 0,01 0,01 feb-09 0,82 0,09 0,32 0,12 0,22 0,05 0,01 0,01 mar-09 0,97 0,12 0,37 0,13 0,27 0,06 0,01 0,01 abr-09 1,56 0,17 0,55 0,26 0,47 0,09 0,01 0,01 may-09 1,12 0,15 0,35 0,25 0,30 0,06 0,01 0,01 jun-09 1,35 0,13 0,58 0,28 0,28 0,08 0,00 0,00 jul-09 0,12 0,79 0,43 0,38 0,11 0,01 0,01 1,86 ago-09 0,22 1,31 0,79 0,53 0,16 0,02 0,02 3,05 sep-09 0,19 1,03 0,62 0,42 0,08 0,02 0,01 2,37 oct-09 0,11 0,68 0,38 0,35 0,05 0,01 0,01 1,58 nov-09 0,07 0,41 0,19 0,21 0,03 0,00 0,00 0,92 dic-09 0,08 0,36 0,20 0,18 0,03 0,01 0,01 0,86 ene-10 0,10 0,43 0,20 0,19 0,04 0,01 0,01 0,99 feb-10 0,09 0,35 0,15 0,15 0,05 0,01 0,01 0,81 mar-10 0,08 0,30 0,13 0,17 0,05 0,01 0,02 0,75 abr-10 0,08 0,31 0,12 0,15 0,02 0,01 0,01 0,70 may-10 0,07 0,35 0,16 0,23 0,03 0,01 0,01 0,86 jun-10 0,06 0,39 0,18 0,21 0,05 0,00 0,01 0,91 jul-10 0,10 0,64 0,32 0,29 0,12 0,01 0,01 1,48 ago-10 0,12 0,83 0,50 0,37 0,12 0,01 0,02 1,98 sep-10 0,12 0,90 0,51 0,41 0,12 0,01 0,01 2,09 oct-10 0,07 0,71 0,38 0,44 0,10 0,01 0,01 1,71 Total 2,64 13,47 7,06 7,18 1,70 0,23 0,25 32,53 6.3.3 Balance hidrológico por cuencas La evolución mensual de los balances por cuencas se muestra en las figuras 6.6 y 6.7. Estas ponen de manifiesto que durante la campaña de riego, y especialmente en verano, el valor de las entradas y salidas se triplica siendo el riego y la evapotranspiración sus principales componentes. El riego supone una entrada anual de agua media de 439 mm. Su valor mensual lógicamente varía a lo largo de la campaña de riego y alcanzó sus máximos valores en los meses de julio y agosto. El otro componente de entrada de agua en el sistema es la precipitación con un valor medio de 423 mm. En cuanto a las salidas, la más importante fue la ET con un valor anual medio de 674 mm. En las cuencas en las que predomina la superficie de regadío (C1, C2, C3, C4 y C5), el valor medio anual de ET es de 748 mm y desciende a 473 mm en el resto de cuencas (C5 y C7), debido al mayor 121 Balance hidrológico porcentaje de superficie de secano. Mensualmente la ET varió entre los 13 mm de diciembre y los 52 mm de julio, condicionados principalmente por la climatología y la distribución y características de los cultivos. El agua aforada anualmente alcanzó un valor medio de 163 mm, valor que constituye el 18% de las salidas totales. El drenaje mensual alcanza sus valores máximos al final de las campañas de riego. El 13% del agua de riego, 57 mm, se perdió por evaporación y arrastre (PEA). El riego influye en el incremento de los volúmenes de salida de agua por evapotranspiración y drenaje. Este efecto se ve atenuado en las cuencas en que el regadío ocupa muy poca superficie como la C5 y C7. 122 Balance hidrológico C7 C6 C5 C1 C4 C2 C3 y = -1,44x + 341,60 R 2 = 0,86 0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 CRAD (mm) D (mm ) Figura 6.10. Drenaje en función de la capacidad de almacenamiento de agua (CRAD) media de cada cuenca. 6.3.5 Balance agregado por cultivos. Los apartados anteriores se han centrado en balances hidrológicos, sin considerar los cultivos, cuyo manejo de riego se ha explicitado en el capítulo 5. Para considerar el efecto de aquellos sobre el drenaje en los colectores, se ha efectuado una agregación por parcelas, cultivos y cuencas a partir de la base de datos ya citada. Los resultados, considerando en conjunto a las siete cuencas, para el año medio y agrupados por cultivos, se presentan en el cuadro 6.6. Esta información sirve de base para los balances de sales y nitrógeno del capítulo siguiente. Además se desglosa la información entre regadío y secano. En el último se incluyen las zonas no cultivadas situadas dentro del regadío. En forma global, la entrada de riego más precipitación, para el conjunto de las cuencas, es de 862 mm. La precipitación total aporta un valor medio anual de 423 mm. En la zona de regadío, R + P es igual a 1221 mm, valor muy similar al valor estimado de la ET0, 1216 mm año-1 por el método de Penman-Monteith. La ET es la salida de agua más importante, 674 mm para el total de las cuencas. La superficie regada contribuye con 940 mm a la evapotranspiración, pero sólo 713 mm corresponden a la evapotranspiración directa de los cultivos, o productiva, y el resto se debe al periodo sin cultivo. El balance de agua en el suelo estima que el 15% de las entradas abandona la zona radicular y se convierte en drenaje. Este drenaje estimado supera los 200 mm para los dobles cultivos. Para el conjunto de las cuencas se estima un valor de DS equivalente a 128 mm, este valor es muy próximo los 117 mm, resultantes de restarle la aportación directa del canal (C) al drenaje real (D). 129 Balance hidrológico Cuadro 6.6. Balance de agua en suelo por cultivos (recuadro blanco) y balance de agua del conjunto de las cuencas (recuadro gris). Entradas (E) [precipitación (P), riego (R), vertido del canal al barranco (C)], Salidas (S) [(evapotranspiración (ET), drenaje del suelo (Ds), drenaje aforado (D), perdidas por evaporación y arrastre del riego por aspersión (PEA)], Almacenamiento (A) [incremento de agua en el suelo (∆S), incremento de agua en el acuífero (∆A)] y error del balance anual medio entre noviembre de 2008 y octubre de 2010. Balance hidrológico de las cuencas (mm) Balance de agua del suelo (mm) Maíz Cebada y maíz Alfalfa Cebada Otras forrajeras Guisante y maíz Otros cultivos Regadío Secano Cuencas Cuencas E P 423 423 423 423 423 423 423 423 423 423 423 R 812 891 932 282 735 967 554 799 0 439 439 C 46 S ET 943 984 1059 549 897 1038 868 940 351 674 674 PEA 110 116 120 33 92 125 71 104 0 57 57 DS 187 211 192 96 172 242 65 181 64 128 D 163 A S-5 -1 -11 17 -3 5 -27 -4 8 2 2 A -1 ∑E 907 ∑S 895 ∑A 1 E - S - A 11 Error (%) 1,3 130 Balance hidrológico 6.4 Conclusiones Se estima que el 15% de las entradas de agua abandona la zona radicular y se convierte en drenaje. Su valor unitario anual es 128 mm para el conjunto de las cuencas y 181 mm para el regadío. En dobles cultivos supera los 200 mm. El volumen de riego y la permeabilidad del suelo regulan el caudal de agua drenado por las cuencas de LASESA, que se dividen en dos grupos. En el primero dominan suelos sobre terrazas con baja capacidad de retención de agua. El agua sobrante de riego recarga el acuífero y aumenta el caudal de drenaje durante la campaña de riego. El caudal medio se sitúa entre los 100 y 200 L s-1. Aunque baja al finalizar la temporada de riego, es relativamente constante durante el resto del año. En el segundo grupo los suelos tienen una mayor capacidad de retención de agua y se sitúan directamente sobre el Terciario. El caudal medio es muy bajo (41-4 L s-1) y varía intensamente con los episodios de lluvia. LASESA devuelve a la atmósfera el 81% de la entrada total de agua. Sólo el 63% es evapotranspiración de los cultivos. El 18% del agua entrante sale de la cuenca como agua de drenaje. La superficie regada es responsable del 61% de este drenaje. La baja capacidad de retención de agua en el suelo de las principales cuencas de LASESA es un factor determinante para que su fracción media recuperable, el 22%, sea la mayor de los regadíos por aspersión del valle del Ebro. En el resto de cuencas con suelos de mayor capacidad de retención de agua la fracción recuperable es del 9%. 131 7 Balance de sales y nitrógeno Balance de sales y nitrógeno 7.1 Introducción El riego es una importante fuente de contaminación difusa dado que sus retornos lavan y transportan los compuestos más solubles del suelo, como diversas sales naturales, e ión nitrato, que se incorporan a los acuíferos y ríos receptores (Ongley, 1996; Tanji y Kielen, 2002; Zalidis et al., 2002; Aragüés y Tanji, 2003; Ribbe et al, 2008; Stamatis et al., 2011; Robertson y Sharp, 2012). En el valle del Ebro las principales afecciones del regadío sobre la calidad de las aguas subterráneas y superficiales son las causadas por las sales y el nitrato (Quilez et al., 1992; Causapé et al., 2006; Isidoro y Aragüés, 2007). Para abordar estos problemas se han llevado a cabo balances de sales (Alberto et al., 1986) y nitrógeno (Orús y Sin, 2006) a gran escala en la zona. Esta herramienta sirve para analizar la situación y evitar la degradación del sistema agrario y del conjunto de los ecosistemas. También se han realizado un gran número de balances de sales y nitrógeno, a escala menor por Faci et al. (1985), Isidoro (1999), Tedeschi et al. (2001), Causapé (2002), Cavero et al. (2003), Causapé et al. (2004b), Isidoro et al. (2006a y b), Causapé (2009b), Abrahão (2010), Abrahão et al. (2011), Barros (2011), CHE (2011) y Barros et al. (2012a y b). Estos estudios concluyen que la masa de contaminantes exportada depende del volumen de percolación y de la cantidad de sales y nitrógeno disponible para el lavado. Para reducir esta exportación proponen un aumento de la eficiencia del riego. En base a la mayor eficiencia del riego por aspersión, cabría esperar una disminución en la masa de contaminantes exportados en los retornos de riego tras la modernización (Lecina et al., 2008, 2009, 2010a). Sin embargo, sería necesario que también se produjera una mejora en la gestión de agua y fertilizantes. Para estudiar estos aspectos en LASESA, en el presente capítulo, se confeccionan los balances de sales y nitrógeno durante las campañas 2009 y 2010 y se cuantifican las masas de sales y nitrógeno en sus principales flujos. El análisis permite evaluar la eficiencia del abonado nitrogenado así como el impacto sobre el agua de drenaje de una zona regada por aspersión según la forma de gestión actual. Los datos se han comparado con los obtenidos por Cuchí (2001) y Ballester (2003) en los mismos puntos de muestreo. 135 Balance de sales y nitrógeno 7.2 Metodología La metodología se divide en tres partes. En la primera se presentan los métodos analíticos y en la segunda y tercera se definen los balances de sales y nitrógeno respectivamente. 7.2.1 Análisis de agua La calidad de agua de riego se obtiene de la red de calidad de Control del Estado de las Masas de Agua Superficiales (CEMAS), en la estación del embalse de El Grado (CHE, 2010). El agua de lluvia, se ha analizado en muestras tomadas del pluviómetro de la EPS de Huesca. El agua de drenaje y la subterránea se han muestreado con frecuencia quincenal en los siete colectores principales de la LASESA, aunque en el primer año se reforzó a semanal durante la campaña de riego, en la línea de lo recomendado por Isidoro et al. (2010). Las muestras se guardaron en nevera refrigerada y se transportaron en el día a los laboratorios de la EPS. La temperatura del agua y la conductividad eléctrica (CE), se midieron “in situ” mediante sonda de conductividad modelo 315i de WTW. La concentración de ión nitrato [NO3-] se analizó mediante acidulado en un espectrofotómetro Unicam 5625 UV/VIS Spectrometer con lámpara de deuterio, a 220 y 275 nm. Los iones sodio, calcio y magnesio se analizaron por espectroscopía de Absorción Atómica. A partir de su concentración iónica se determinó la relación de adsorción de sodio (SAR). Se hizo un análisis clúster mediante el programa estadístico PAST 2.17c (Hammer et al., 2001). Para un conjunto de muestras se realizó un análisis de los iones más importantes por cromatografía iónica, en un equipo Metrohm 850 IC del Laboratorio Municipal de Salud Pública del Ayuntamiento de Zaragoza. La alcalinidad se hizo por volumetría con indicador. Con estos resultados se determinó el grado de saturación de los distintos minerales en el agua analizada mediante el programa WATEQ del U.S. Geological Survey. 136 Balance de sales y nitrógeno 7.2.2 Balance de sales En el balance de sales de las cuencas se ha calculado la masa de sales en cada componente del balance hídrico definido en el capítulo 6. La masa de sales de cada término se obtiene como el producto entre el volumen de agua y su concentración de sales. Ésta se estima como el producto de la CE del agua en dS m-1 por el factor de conversión de 640 mg L-1 (Bower y Wilcox, 1965). No se considera la evapotranspiración ni las pérdidas por evaporación y arrastre del riego por aspersión por carecer de iones. También se supone que la exportación de sales por las cosechas es insignificante. Así pues, el balance de sales tiene los siguientes componentes: entrada de sales por riego (SR) y precipitación (SP), salida por drenaje (SD) y el almacenamiento de sal en el acuífero (SA). El incremento de sales en el sistema formado por las cuencas (ΔS) es la diferencia entre las entradas SR y SP menos la salida SD y el almacenamiento SA. Si ΔS es positivo, se interpreta que hay procesos de acumulación de sales. Si es negativo se asume que hay una lavado de sales en la cuenca. 7.2.3 Balance de nitrógeno El balance de nitrógeno (N) es una herramienta esencial para evaluar el manejo de la fertilización nitrogenada y cuantificar la contaminación difusa en los retornos del regadío. Mediante encuestas a una muestra representativa de agricultores se determinó la fertilización, tipos de fertilizantes, fechas de aplicación y rendimiento de los cultivos. Las pérdidas de nitrógeno a la atmósfera por volatilización y por desnitrificación no se han tenido en cuenta, por carecer de datos sobre los que basar una estimación fiable de las mismas. Las entradas consideradas son la masa de nitrógeno en el agua de riego (NR), en la precipitación (NR) y en el vertido del agua sobrante del canal al barranco de los Arnales (NC). Además se ha considerado el nitrógeno aplicado como fertilizante mineral (NFM), el nitrógeno aplicado como fertilizante orgánico (NFO), y la fijación simbiótica por las leguminosas (NFS). Las salidas consideradas han sido la masa de nitrógeno en el agua de drenaje (ND), y la extracción por los cultivos (NE). La diferencia entre entradas, salidas y el incremento de nitrógeno en el acuífero (NA) es la variación del almacenamiento de nitrógeno en el sistema (N). El NFM se obtuvo multiplicando las dosis de abonado resultado de las encuestas por la riqueza en nitrógeno del abono utilizado. La alfalfa puede cubrir sus necesidades de nitrógeno gracias a la fijación simbiótica. Sin embargo, si se le 137 Balance de sales y nitrógeno aporta abono nitrogenado la planta toma con preferencia el aportado, deja de producir nódulos y de fijar nitrógeno atmosférico a través de las bacterias. Si se realiza un abonado parcial, la fijación simbiótica se encarga de cubrir el resto de las necesidades de la alfalfa. Además cuando se alza un alfalfar, la cantidad de N que queda en el suelo en las coronas y raíces dejadas en el campo, supone al menos 150 kg N ha-1. La liberalización de nitrógeno de coronas, raíces y restos de cosecha es lenta y se produce a lo largo de los tres o cuatro años siguientes al enterrado (Delgado y Muñoz, 2005). Para cuantificar este aporte de N por mineralización equivalente a 37,5 kg N por hectárea se multiplica por la superficie de alfalfa levantada. El nitrógeno aportado por la fertilización orgánica (NFO) se ha calculado a partir del censo ganadero de la comunidad de regantes: 26.270 cerdos, 5.701 ovejas y 570 terneros. El valor neto de N que llega al suelo por tipo de animal y año se ha estimado en de 8,7 kg por cerdo, 18,9 kg por oveja y 77 kg por ternero (Orús, 2003). Se supone que el purín y estiércol se aplica de forma homogénea en toda LASESA, con un valor medio de 35 kg N/ha. La masa de N que entra en el agua de lluvia (NP) y de riego (NR) se determinó como el producto del volumen por la concentración de nitrato de cada uno. La extracción de nitrógeno por parte de los cultivos (NE) se obtuvo a partir del producto de su rendimiento por el contenido de N en el producto cosechado. El contenido de N por 1000 kg de materia seca cosechada se estimó en 24 kg para la cebada, 17,3 kg para el grano de maíz (14% de humedad), 29 kg para la alfalfa, 22 kg para el resto de los forrajes y 12,5 kg de guisantes (Betrán, 2006). No se consideran las extracciones de N contenida en los restos de cosecha del maíz porque lo usual en la zona es incorporar los residuos de cosecha al suelo. La masa de nitrógeno nítrico exportado a través de los barrancos y colectores (ND), se calculó como el producto del volumen de agua aforado por su concentración. Se asume que la mayor parte del N presente en el agua se encuentra en forma de nitrato. El almacenamiento de N en el acuífero (NA) se calculó con la oscilación del nivel del agua subterránea, la superficie del acuífero, la porosidad y la concentración de nitrato de las muestras de agua subterránea. Finalmente el incremento de N en las cuencas se calcula como las entradas (NFM+NFO+NFS+NP+NR) menos las salidas (NE+ND) y el almacenamiento en el acuífero (NA). 138