Water and energy management in an automated irrigation district

An important modernization process providing pressurized irrigation systems to the traditional surface irrigation districts has taken place in Spain over the last 20 years However, an adverse consequence of modernization is the important increase in the energy cost in the modernized irrigation districts, which is aggravated by the current high energy prices. The Almudévar irrigation district (AID), a traditional surface irrigation district, was transformed into a pressurized sprinkler irrigation system in late 2010. The irrigation network was equipped with a high-level telemetry and remote control system that reaches the hydraulic valves of the irrigated blocks into which the plots are divided. Therefore, the telemetry system enables the centralized management of the irrigation scheduling from the district office. The district is divided into four independent networks with their own reservoirs and electric pump stations. A comparison of the land structure, crop patterns and irrigation management between the modernized AID in 2011 and the pre-modernization AID in 2006-2008 was performed. The temporal evolution of the irrigation water and energy demands in the 2011 irrigation season was analyzed with the available telemetry data from 2011. An irrigation performance index (SIPI) of the monthly and seasonal frequencies was computed for the main crops of the AID. Most irrigation events were performed during the low electricity tariff periods (P6 electric tariff) due to the centralized irrigation scheduling. Meteorological constraints had a low incidence in irrigation scheduling. Generally, a slight decrease in total irrigation deliveries was observed before and after medium-to-large precipitation events, but no changes in irrigation deliveries was observed with increases in wind speed. The exploitation of telemetry data in the AID has been an important tool to optimize the contracted electricity power in each tariff period and in decreasing the electric bill of the AID. This type of telemetry data analysis, similar to the analysis performed in the modernized AID in 2011, could be used in other water use associations as an important decision-making tool to improve water and energy management and to control the irrigation cost.Peer ReviewedPublishe

Análisis de las pautas de riego en una comunidad de regantes con telecontrol

En los últimos diez años, la mayoría de los procesos de modernización de regadíos han incorporado sistemas de telecontrol a sus nuevas infraestructuras de riego. Estos sistemas abren muchas posibilidades en el campo de la gestión del agua de riego, sin embargo no existen herramientas que permitan explotar estos nuevos automatismos, relegando los sistemas de telecontrol a tareas rutinarias de control del funcionamiento de la red. La Comunidad de Regantes de Candasnos (CRC) es una comunidad de riego en el noreste de España equipada con un sistema de telecontrol que dispone de varios sistemas de riego presurizado (2344 ha de cobertura total, 1838 ha de pívot y 414 ha de riego por goteo). Los datos del telecontrol y los cálculos de las necesidades hídricas de los cultivos, nos han permitido analizar la calidad del riego en la CRC para los cultivos mayoritarios (maíz, alfalfa y melocotonero) mediante el estudio de la evolución temporal del Índice Estacional de la Calidad de de Riego (SIPI). Estos datos de telecontrol han permitido también analizar las pautas de riego en frutales de hueso de la CRC. Por otro lado, se controlaron 10 parcelas de cobertura total para estudiar las diferentes pautas de riego utilizadas en la CRC. Los promedios de SIPI para el maíz, alfalfa y melocotonero fueron de 83%, 107% y 123%, respectivamente. Se encontraron dos pautas de riego generales en la CRC: la primera se caracterizó por una mínima modificación del calendario de riego y la segunda se caracterizó por los continuos (semanal) cambios en el calendario de riego. La segunda pauta es la más frecuente para los sistemas de cobertura fijaOver the last ten years, telecontrol systems have been incorporated into the majority of modern collective pressurized irrigation networks in Spain. This type of infrastructure provides many opportunities for the improvement of irrigation system management; however, the procedures required to modify irrigation system management practices are not currently in place. In practice, telecontrol systems are only used for standardized network operations. The Candasnos irrigation district (CRC) is an area in north-eastern Spain that is equipped with a telecontrolled irrigation system and contains a variety of different pressurized systems (2,344 ha solid set, 1,838 ha center pivots and 414 ha drip systems). In the present study, telecontrol data and crop water requirements were used to analyze the irrigation performance of principal crop (maize, alfalfa and peach trees) throughout the study of the temporal evolution of the seasonal irrigation performance index (SIPI). The irrigation guidelines for stone fruit trees at the CID were analyzed and compared to those of standard and controlled deficit irrigation strategies. Moreover, 10 farms with solid set irrigation systems were monitored to determine on-farm irrigation patterns. The average SIPI of maize, alfalfa and peach trees was 83%, 107% and 123%, respectively. Two general farmer irrigation patterns were established at the CRC: the first was characterized by minimal modification of the irrigation schedule and the second was characterized by continuous (weekly) changes in the irrigation schedule. The second pattern was more commonly employed in solid set systems than in those with pivot

Gestión avanzada del riego por aspersión en parcela: Aplicación en el Valle Medio el Ebro

Esta tesis se ha enfocado principalmente al estudio de la calidad del riego por aspersión en los regadíos de Aragón (España). Los trabajos de la tesis contemplan un amplio rango de estudios del riego por aspersión que van desde la evaluación de la distribución del agua de un aspersor aislado hasta la gestión del riego en comunidades de regantes. Se han evaluado las posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías y los nuevos desarrollos en la gestión del riego. En primer lugar se evaluó la curva de distribución radial de un nuevo aspersor de impacto con boquillas de plástico "RC130-BY", con varios diámetros de la boquilla principal y trabajando a varios presiones. Las curvas radiales (Rad) de este aspersor se obtuvieron al aire libre en condiciones de viento en calma (U < 1 m s-1) y se compararon con las de otros modelos de aspersores de impacto utilizados en el valle medio del Ebro. Esta comparación mostró que el modelo de aspersor tiene un efecto importante sobre la distribución del agua de riego y, aunque se den las mismas condiciones ambientales y de funcionamiento, la distribución radial varía de un aspersor a otro. También se evaluó este aspersor de impacto en una cobertura total enterrada a un marco cuadrado de 18 m x 18 m para determinar el Coeficiente de Uniformidad de Christiansen (CUC) y las Perdidas por Evaporación y Arrastre (WDEL) para diferentes combinaciones de diámetros de la boquilla, presión de funcionamiento y distintas condiciones de viento. Estos indicadores de calidad de riego obtenidos con el aspersor RC130-BY se compararon con los obtenidos en campo y simulados con el modelo de simulación, Ador-Aspersión, para el mismo modelo de aspersor con boquillas de bronce (RC130-L). Para condiciones medias de viento (1,5 m s-1 < U < 4,0 m s-1) el CUC del aspersor RC130-BY fue menor (promedio de 78%) que del aspersor RC130-L (promedio de 87%). Los resultados del trabajo muestran que este tipo de herramientas y análisis permiten decidir las combinaciones más convenientes del modelo de aspersor, diámetro de boquillas y presión de trabajo a fin de optimizar la uniformidad y la eficiencia del riego por aspersión. Se ha puesto un especial énfasis en el análisis de las pérdidas brutas por evaporación en riego por aspersión (SELg) y en determinar cual es la contribución de estas pérdidas a la disminución de la evapotranspiración del cultivo (ET) durante y después del riego por aspersión. Para ello se han efectuado medidas simultáneas de la ET en dos lisímetros de pesada instalados en dos parcelas cultivadas de alfalfa (Medicago sativa L.), una se regaba durante las medidas (tratamiento regado, MT) y la otra no se regaba (tratamiento seco, DT). Ambas parcelas se regaron con una cobertura fija de riego por aspersión aplicando una cantidad suficiente de agua para cubrir las necesidades hídricas del cultivo durante toda la campaña. Los resultados mostraron que las pérdidas netas por intercepción (ILn) estuvieron moderadamente relacionados con el déficit de presión de vapor (DPV). Las pérdidas netas de evaporación (SELn) fueron de 8,3% del total de agua aplicada, algo inferiores a las pérdidas brutas por evaporación y arrastre (WDELg). Se encontró que las pérdidas netas de evaporación (SELn) eran principalmente una función de la velocidad del viento. Se ha efectuado un análisis detallado de la gestión del riego en dos comunidades de regantes con riego presurizado, una de ellas con presión natural (Comunidad de errantes de Candasnos, CID) y la otra con presión forzada (Comunidad de Regantes de Almudevar, AID). La Comunidad de Regantes de Candasnos (CID) es una comunidad de riego presurizado equipada con un sistema de telecontrol. Los datos del telecontrol y los cálculos de las necesidades hídricas de los cultivos, nos han permitido analizar la calidad del riego en la CID para los cultivos mayoritarios (maíz, alfalfa y melocotonero) mediante el estudio de la evolución temporal del Índice Estacional de la Calidad de Riego (SIPI). Por otro lado, el seguimiento continuo de la presión mediante transductores de presión instalados en aspersores de los sistemas de riego de 10 parcelas de cobertura total permitió estudiar las pautas de riego utilizadas en las coberturas fijas de la CID. Los promedios de SIPI para el maíz, alfalfa y melocotonero fueron de 83%, 107% y 123%, respectivamente. Estos valores son indicativos de una eficiencia razonablemente buena en la zona regable. Se encontraron dos pautas generales del manejo del riego en la CID: la primera se caracterizó por una mínima modificación del calendario de riego y la segunda se caracterizó por los cambios semanales en el calendario de riego. La segunda pauta es la más frecuente para los sistemas de cobertura fija. En general se encontró un buen uso del agua de riego en la CID si bien se detectó una alta frecuencia de riegos que puede ser causa de altas pérdidas por intercepción por los cultivos. En general se ha encontrado un buen manejo del riego en la CID, sin embargo, los riegos cortos y frecuentes detectados sobre todo para el cultivo de maíz pueden ser una causa de altas pérdidas por intercepción. La comunidad de regantes de Almudevar (AID), tradicionalmente regada por superficie, se transformó en riego presurizado a finales del 2010. Las parcelas se equiparon con sistemas de riego por aspersión y con un sistema muy avanzado de telemetría y control remoto que llega a controlar hasta las válvulas de sector de las parcelas. Esta particularidad le permite no sólo realizar una gestión centralizada del riego sino ejecutarla desde la oficina de la comunidad. La comparación entre el antes y después de la modernización de riego se realizó en términos de estructura parcelaria, patrones de cultivo y manejo del riego. Con los datos obtenidos del sistema de telemetría durante la campaña 2011 se analizó la evolución temporal del uso del agua y de la energía y la adecuación de la demanda energética a la potencia contratada. En el análisis del uso del agua y de la energía se realizó especial énfasis en los meses de mayor demanda (Julio y Agosto). Se determinó el Índice Estacional de Calidad de Riego (SIPI) para una frecuencia mensual y estacional y para los cultivos principales en la comunidad de regantes. El SIPI mostró un valor medio global de 95% y una variación espacial y temporal importante. El promedio de SIPI osciló entre 88% en el maíz hasta 131% para la cebada. En general, los patrones de aplicación del riego mostraron una fuerte relación y adecuación con las tarifas energéticas debido al control centralizado de la gestión del riego. Además, el análisis mostró una infra-utilización de la potencia contratada en las cuatro zonas de gestión de riego de la comunidad, sobre todo durante el período tarifario de alto costo (P2). Se ha identificado la posibilidad de ajustar la contratación de la potencia con el fin de disminuir el coste total. La disponibilidad de datos a tiempo real del consumo de agua de riego proporcionado por el sistema de telecontrol, y la posibilidad de analizar la demanda futura, permite la optimización de la distribución de las demandas de riego en función de las posibilidades de contratación de potencia, el período tarifario y las limitaciones de la red de riego

Determinación al aire libre de la curva radial de descarga de agua de un aspersor con boquillas de plástico

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Field test of an automatic controller for solid-set sprinkler irrigation

The application of new technologies to the control and automation of irrigation processes is becoming very important, and the automatic generation and execution of irrigation schedules is receiving growing attention. In this paper, a prototype automatic irrigation controller for solid-set systems is presented. The device is composed by software and hardware developments. The software was named Ador-Control and it integrates five modules: the first four modules simulate drop trajectories, water distribution, crop growth and yield, and the last module ensures bidirectional communication between software and hardware. Decision variables based on soil, crop, and irrigation performance indexes were used to make real-time irrigation decisions. A randomized experimental design was designed to validate the automatic controller over a corn crop during two seasons. Three treatments were analyzed: T0) manual programmer or advanced farmer; T1) automatic scheduling controlled by indexes based on soil simulated water content and irrigation performance; and T2) advanced automatic scheduling controlled by simulated thresholds of crop and irrigation indexes. Experimental results in 2009 and 2010 indicated that automatic irrigation treatments resulted in similar maize yield but using less water than manual irrigation (10 % between T0 and T1, and 18 % between T0 and T2).Peer ReviewedPublishe

Calibración y validación de un modelo de reparto de agua de boquillas de plato fijo

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Solid-Set Sprinkler Irrigation Controllers Driven by Simulation Models: Opportunities and Bottlenecks

Farmers continue to show great differences in irrigation water use, even for a given location and crop. Irrigation advisory services have narrowed the gap between scientific knowledge and on-farm scheduling, but their success has been limited. The performance of sprinkler irrigation is greatly affected by factors such as wind speed, whose short-time variability requires tactical adjustments of the irrigation schedule. Mounting energy costs often require the consideration of interday and intraday tariff evolution. Opportunities have arisen that allow these challenges to be addressed through irrigation controllers guided by irrigation and crop simulation models. Remote control systems are often installed in collective pressurized irrigation networks. Agrometeorological information networks are available in regions worldwide. Water users’ associations use specialized databases for water management. Different configurations of irrigation controllers based on simulation models can develop, continuously update, and execute irrigation schedules aiming at maximizing irrigation adequacy and water productivity. Bottlenecks requiring action in the fields of research, development, and innovation are analyzed, with the goal of establishing agendas leading to the implementation and commercial deployment of advanced controllers for solid-set irrigation.Peer ReviewedSprinkler irrigationControlModelsIrrigation systemsIrrigation districtsPublishe

Simulating water distribution patterns for fixed spray plate sprinkler using the ballistic theory

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El regadío del Ebro en Aragón: clasificación, contaminación y gobernanza

Grupo operativo Partenariado del Agua del Ebro-Aragó