Necesidades de agua de riego

Las precipitaciones, y en concreto su fracción efectiva, aportan parte del agua que los cultivos necesitan para satisfacer sus necesidades de transpiración. El suelo actúa como reserva, almacenando parte del agua de las precipitaciones y devolviéndosela a los cultivos en momentos de déficit o escasez. En climas húmedos este mecanismo es suficiente para garantizar un crecimiento satisfactorio de los cultivos de secano. En climas áridos, o durante periodos secos prolongados, el riego es necesario para compensar el déficit de evapotranspiración (transpiración del cultivo y evaporación del suelo) producido por unas precipitaciones erráticas o insuficientes. El uso consuntivo del agua de riego se define como el volumen de agua necesario para compensar el déficit entre la evapotranspiración potencial y la precipitación efectiva durante la época de crecimiento del cultivo, por un lado, y los cambios en el contenido de humedad del suelo por otro. Esto varía considerablemente con las condiciones climáticas, las estaciones, los cultivos y el tipo de suelo. Para un mes determinado, el balance hídrico del cultivo puede expresarse como sigue:

URC = ETc - P - DS

donde: URC = uso consuntivo del agua de riego necesario para satisfacer la demanda del cultivo (mm)

ETc = evapotranspiración potencial del cultivo (mm)

P = precipitación efectiva (mm)

DS = variación de la humedad del suelo (mm)

En este estudio, se calcula el uso consuntivo del agua de riego para cada país a partir del calendario de cultivos regados de un determinado año, como la diferencia entre las necesidades hídricas del cultivo —es decir, la evapotranspiración potencial de la SCRDT—y el balance hídrico en condiciones naturales—es decir, la evapotranspiración real (ETr) en ausencia de riego. En el caso concreto del arroz inundado, se necesita algo más de agua para inundar el cultivo y así facilitar la preparación del suelo y la protección de la planta. Este volumen de agua adicional se calcula multiplicando la superficie cosechada de arroz regado por una lámina de agua de 20 centímetros. En este caso, las necesidades de agua para riego son la suma del déficit de precipitaciones y del agua necesaria para inundar las parcelas de arroz. En el resto de los casos, las necesidades de agua de riego coinciden con el uso consuntivo del agua para riego.

Se pueden consultar las necesidades de agua de riego calculadas para cada país en este estudio en la variable "Necesidades de agua de riego" [código 4260] de la base de datos de AQUASTAT. También se presentan comparándolas con las extracciones en la Tabla 4, por país y en la Tabla 5, por región.

A continuación se detalla el método empleado para calcular las dos componentes de la ecuación de necesidades de agua para riego.

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Balance hídrico en ausencia de riego (o en condiciones naturales)

Los recursos hídricos renovables corresponden a la suma de los recursos hídricos renovables internos (recursos de aguas superficiales y subterráneas producidos internamente) y recursos hídricos renovables externos (recursos de aguas superficiales y subterráneas que entran y discurren por la frontera sin contar los que salen del país en caso de estar sujetos a acuerdos o tratados con un país aguas abajo). La componente interna se origina a partir de la fracción de la precipitación endógena que llega a los ríos y lagos o se infiltra en los acuíferos tras la evapotranspiración de los ecosistemas naturales, incluyendo hierbas y árboles. Por lo tanto, el balance hídrico anual en condiciones naturales, es decir, sin riego (también entendido como la máxima cantidad teórica anual de agua disponible en un área determinada), se puede calcular como la suma de la precipitación anual y el balance de recursos hídricos renovables externos menos la evapotranspiración (excluyendo la evapotranspiración causada por el flujo de aguas superficiales y subterráneas hacia masas de agua abiertas y humedales). Una de las actividades que realiza AQUASTAT es recopilar información sobre recursos hídricos renovables por país y usarla para estimar los principales elementos del balance hídrico de cada país.

El balance hídrico global tiene capas de datos distribuidos espacialmente (obtenidos en la medida de lo posible del dominio público) sobre precipitación, evapotranspiración de referencia y propiedades de almacenamiento de humedad del suelo:

El cálculo del balance hídrico se realiza con una resolución espacial de una cuadrícula de celdas de 5 grados y en intervalos diarios. Los resultados del cálculo del balance hídrico consisten en valores mensuales de las variables generadas: precipitación media a largo plazo, evapotranspiración real, aumento de la evapotranspiración por la agricultura de regadío, escorrentía superficial, recarga de aguas subterráneas y agua almacenada en el suelo, para cada celda de la cuadrícula. Se pueden obtener balances hídricos anuales para cualquier dominio espacial (por ejemplo, países o cuencas hidrográficas) e incluir, aparte de las variables ya mencionadas, el aumento de la evapotranspiración sobre aguas abiertas y humedales.

Se calcula el valor diario de evapotranspiración potencial del cultivo (ETc) para cada celda de la cuadrícula según la metodología descrita en el estudio de la FAO de Riego y Drenaje n° 56 (FAO, 1998):

ETc(t) = Kc x ETo(t)

donde: t = intervalo de tiempo (días)

ETc(t) = evapotranspiración potencial del cultivo en un tiempo t (mm)

ETo(t) = evapotranspiración de referencia en un tiempo t (mm)

Kc = coeficiente del cultivo o del uso de la tierra (-)

El coeficiente del cultivo o uso de la tierra (Kc) varía a lo largo de la época de crecimiento según la fase de desarrollo. Sin embargo, en condiciones de secano se decidió no aplicar coeficientes Kc diferenciados, puesto que no se hacía distinción entre los diferentes cultivos. Se asume que la evapotranspiración real (ETr) en condiciones de secano es igual a la evapotranspiración potencial del cultivo (ETc) en aquellos periodos del año en los que la precipitación es mayor que la evapotranspiración potencial o cuando hay agua suficiente almacenada en el suelo para permitir la evapotranspiración máxima. En periodos más secos del año, cuando la humedad disponible en el suelo se reduce por debajo de cierto nivel, la falta de agua reduce la evapotranspiración real en mayor o menor grado dependiendo de la humedad disponible en el suelo.

A lo largo de todo el periodo de cálculo se supone que la evaporación y la evapotranspiración en zonas de aguas abiertas y pantanosas y humedales son un 10 por ciento más altas que la de referencia.

Para cada celda de la cuadrícula se calcula la humedad disponible en el suelo cada día sumando los flujos que entran y salen a la humedad disponible en el suelo el día anterior. La escorrentía se produce cuando el balance de los flujos que entran y salen supera la capacidad máxima de almacenamiento de humedad del suelo, y por tanto se calcula como la parte de la precipitación que no se evapora y no puede almacenarse en el suelo. La escorrentía siempre es positiva excepto en áreas identificadas como aguas abiertas o humedales, donde la evapotranspiración real puede ser mayor que las precipitaciones. Se asume que la recarga de aguas subterráneas solo se produce a partir de cierto punto, cuando hay agua suficiente en el suelo para que se percole.

El modelo se calibra comparando los valores calculados de recursos hídricos por país (es decir, la diferencia entre precipitación y evapotranspiración) con los datos sobre recursos hídricos renovables internos de cada país obtenidos a través de las encuestas nacionales de AQUASTAT y presentados en las hojas de recursos hídricos nacionales. Cuando las diferencias entre los valores calculados y las estadísticas nacionales de AQUASTAT son demasiado grandes, se aplican factores de corrección a los parámetros de capacidad de almacenamiento de humedad del suelo y a los máximos flujos de recarga.

El modelo se validó comparando el volumen descargado por ríos principales según la Base de datos global de descarga de ríos (en inglés) (SAGE, 2012) con la escorrentía calculada para las cuencas de drenaje de estos ríos.

Este balance hídrico calibrado y validado se usa para el cálculo de las necesidades de agua del cultivo (a continuación) y las necesidades de agua para riego.

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Necesidades hídricas del cultivo

Para el cálculo de las necesidades hídricas del cultivo, es decir, la evapotranspiración potencial de los cultivos regados, se usan como inputs el balance hídrico calibrado en condiciones naturales, el Mapa mundial de superficies de riego (versión 4.0.1; Siebert et al., 2007 y 2010) y los calendarios de cultivos regados. Igual que para el cálculo del balance hídrico en condiciones naturales, el cálculo de la evapotranspiración potencial del cultivo, se realiza con una resolución espacial de una cuadrícula de celdas de 5 grados en intervalos diarios y puede presentarse en tablas de datos o en mapas con distintos niveles de agregación espacial.

La evapotranspiración de un cultivo regado (ETc en mm) se obtiene multiplicando la evapotranspiración de referencia (ETo) por un coeficiente específico del cultivo y de la fase de crecimiento (ETc = Kc x ETo). Se ha obtenido este coeficiente para cuatro etapas de crecimiento: fase inicial (justo después de la siembra), fase de desarrollo del cultivo, fase media y fase final (cuando el cultivo está madurando para la cosecha) (FAO, 1998). En general, estos coeficientes son bajos durante la fase inicial, y aumentan durante la fase de desarrollo hasta alcanzar valores altos en la fase media y de nuevo más bajos en la fase final. Se supone que las fases inicial, de desarrollo y final duran un mes cada una para todos los cultivos, mientras que la fase media varía según el tipo de cultivo. Por ejemplo, la temporada de cultivo de trigo en Bangladesh, reflejada en el ejemplo de calendario de cultivo regado empieza en diciembre y termina en abril, del siguiente modo: fase inicial: diciembre (Kc = 0.4), fase de desarrollo: enero (Kc = 0.8), fase media: febrero-marzo (Kc = 1.15), y fase final: abril (Kc = 0.3). Los coeficientes de cultivo para los diferentes cultivos y fases de crecimiento se pueden ver en el Anexo 1. Se supone que siempre hay suficiente agua disponible para garantizar que los cultivos regados no sufran estrés hídrico.

La tasa de evapotranspiración de la superficie regada por mes y por celda de la cuadrícula se calcula multiplicando la superficie equipada para el riego por la intensidad de cultivo y por la evapotranspiración para cada cultivo.

ETc(t) = SR x Σc( ICc x Kc x ETo(t) )

donde: t = intervalo de tiempo (días)

ETc(t) = evapotranspiración de una celda regada en un tiempo t (mm)

SR = superficie efectivamente regada como porcentaje de la superficie de una determinada celda de la cuadrícula (ha)

c = cultivo bajo riego

Σc = suma de los diferentes cultivos

ICc = intensidad de cultivo del cultivo c (-)

Kc = coeficiente del cultivo, depende del cultivo y de la fase de crecimiento (-)

ETo = evapotranspiración de referencia (mm)

La diferencia entre la evapotranspiración calculada de la superficie regada (ETc) y la evapotranspiración real en ausencia de riego (ETr) es igual al aumento de la evapotranspiración debido al riego, también llamado uso consuntivo del agua de riego (UCR):

UCR(t) = ETc(t) - ETr(t)

Se calcula el volumen de uso consuntivo del agua de riego de cada país para un año determinado. Además, en el caso de los campos de arroz inundado, para calcular las necesidades de agua de riego, se suma al déficit de precipitaciones una cantidad adicional de agua (20 cm) para la preparación e inundación del terreno para proteger el cultivo.

NAR = (UCR(año) x Scelda + 0.2 x Sinundada(año)) x 10

donde: NAR = necesidades totales de agua de riego al año (m3)

UCR(año) = uso consuntivo del agua de riego al año (mm)

Scelda = superficie de la celda de la cuadrícula (ha)

Sinundada(año) = superficie inundada al año (ha)

El volumen de agua adicional de los campos inundados volverá casi en su totalidad a los ríos o a los acuíferos subyacentes y por lo tanto no forma parte del uso consuntivo del agua de riego. La parte de las necesidades de agua de riego dedicada al lixiviado de sales no se estima debido a la ausencia de datos sobre salinización, que está muy ligada a la zona de cultivo, y por lo tanto no se incluye en las estimaciones propuestas en este estudio. Las necesidades de agua de riego calculadas son necesidades netas, es decir, no incluyen las pérdidas durante el suministro (transporte, distribución y aplicación).

Las necesidades de agua de riego resultantes después de aplicar las correcciones necesarias, están disponibles por país en la variable "Necesidades de agua de riego" [código 4260] de la base de datos de AQUASTAT. A partir de estas necesidades de riego, se estiman las extracciones de agua de riego (3er paso) para aquellos países que no disponen de datos. Las estimaciones de las necesidades y las extracciones de agua de riego se comparan en la Tabla 4 por país y en la Tabla 5 por región.