Rainwater harvesting as an alternative for use in urban agriculture

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32870/rvcs.v0i11.197

Keywords:

runoff coefficient, volume of rainwater, UAV, lettuce

Abstract

The increase in populated cities and the current drainage systems enhance the capture of rainwater and its use in urban agriculture. The objective of this work was to generate a methodology to estimate the volume of rainwater catchment for use in urban agriculture. The surface of two urban roofs with contrasting characteristics was estimated using images obtained from the camera transported in a UAV. A digital surface model (MDS) is generated and the runoff coefficients by catchment subarea were identified. With the climatological normals, the average monthly precipitation is calculated. The volume of rainwater catchment is calculated and its use in lettuce cultivation is analyzed. The values ??obtained from the estimation of the rainfall volume from the catchment areas obtained from the MDS and meteorological data, allowed the agronomic analysis of the crop.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

Rodrigo Roblero Hidalgo, Mexican Institute of Water Technology, México

Irrigation Engineer graduated from the Chapingo Autonomous University (2009), Master of Science in Hydroscience, from the Postgraduate College (2013) ,. Doctor of Science in Hydroscience, from the Postgraduate College (2018). IMTA researcher since 2018 in the coordination of surface hydrology and with work experience for 13 years in hydrological and hydraulic modeling in hydrological basins, Engineering in Hydraulic Resources Systems, Sustainability of water Resources, Study in hydrology and hydraulics of rivers, Flood Early Warning Systems. Candidate level for the period 2021-2014 by the National System of Researchers.    

Jorge Flores Velázquez, Postgraduate College, Mexico

Researcher at the postgraduate course in Hidrociencias, Montecillos campus (www.colpos.mx). PhD in protected agriculture from the University of Almería (Spain) with an emphasis on climate analysis of the environment in the main types of Mexican greenhouses, using numerical tools. Currently it carries out research activities, technology transfer and training of human resources in areas of precision, protected and urban agriculture. He conducts research on the use and management of resources for horticultural production, mainly the water-energy nexus, bioclimatic buildings and climate change through the use of disruptive and simulation technologies.

References

Agisoft LLC. 2019. "Agisoft Metashape Pro".

Amos, Caleb Christian, Ataur Rahman, y John Mwangi Gathenya. 2018. "Economic analysis of rainwater harvesting systems comparing developing and developed countries: A case study of Australia and Kenya". Journal of Cleaner Production 172:196-207.

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.114

Amos, Caleb Christian, Ataur Rahman, Fazlul Karim, y John Mwangi Gathenya. 2018. "A scoping review of roof harvested rainwater usage in urban agriculture: Australia and Kenya in focus". Journal of Cleaner Production 202:174-90.

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.108

de Anda, José, y Harvey Shear. 2017. "Potential of vertical hydroponic agriculture in Mexico". Sustainability (Switzerland) 9(1).

https://doi.org/10.3390/su9010140

Aparicio-Mirajes, Francisco J. 1992. Fundamentos de hidrología de superficie. Primera re. editado por Editorial Limusa. México, D.F., México.

Arroyo-Zambrano, Tania Isabel. 2013. "Colecta de agua pluvial como medida para el uso eficiente de la energía y reducción de emisiones de CO2e análisis económico y ambiental". Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F.

Barbosa, Guilherme Lages, Francisca Daiane Almeida Gadelha, Natalya Kublik, Alan Proctor, Lucas Reichelm, Emily Weissinger, Gregory M. Wohlleb, y Rolf U. Halden. 2015. "Comparison of land, water, and energy requirements of lettuce grown using hydroponic vs. Conventional agricultural methods". International Journal of Environmental Research and Public Health 12(6):6879-91. https://doi.org/10.3390/ijerph120606879

Basán-Nickisch, Mario, Luciano Sánchez, Rubén Tosolini, Fabián Tejerina-Díaz, y Patricia Jordan. 2018. "Sistemas de captación de agua de lluvia para consumo humano, sinónimo de agua segura". Aqua-LAC 10(1):15-25.

https://doi.org/10.29104/PHI-2018-AQUALAC-V10-N1-02

Breña-Puyol, Agustín Felipe, y Marco Antonio Jacobo-Villa. 2006. Principios y fundamentos de la hidrología superficial. Coordinaci. México, D.F.: Universidad Autónoma Metropolitana.

Caballero-Aquino, Tertuliano. 2006. Captación de agua de lluvia y almacenamiento en tanques de ferrocemento. Manual técnico. México, D.F.: Instituto Politécnico Nacional.

Campos-Aranda, Daniel Francisco. 2010. Introducción a la Hidrología Urbana. Primera ed. editado por D. F. Campos-Aranda. San Luis Potosí, México, S.L.P., México: Printego, San Luis Potosí, México.

Chávez, Morales Jesús. 2010. Curso de Hidrología Superficial. Primera ed. Montecillo, Texcoco, Edo. de México: Colegio de Postgraduados, Montecillo, Texcoco, Edo. de México.

Chereque-Morán, Wendor. 1989. Hidrología para estudiantes de ingeniería civil. Pontificia. Lima, Perú: CONCYTEC.

Chow, V., D. Maidment, y L. Mays. 1994. Hidrología aplicada. McGraw Hil. Santafé de Bogotá, Colombia.

CONAGUA. 2016. Lineamientos técnicos: Sistema de captación de agua de lluvia con fines de abasto de agua potable a nivel vivienda. 1. México, D.F.

CONAGUA. 2018. Estadísticas del agua en México, edición 2018. Ciudad de México.

Critchley, Will, y Klaus Siegert. 1991. Water harvesting. Roma, Italia.

Critchley, Will, Klaus Siegert, y C. Chapman. 1991. Water harvesting. AGL/MISC/17/91. Roma, Italia.

Defilipis, C., S. Pariani, A. Jimenez, y C. Bouzo. 2006. "Respuesta al riego de lechuga(Lactuca sativa L.) cultivada en invernadero". https://www.researchgate.net/publication/228910447 (January 2006):8. Recuperado (http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/43275935/Respuesta_al_riego_de_lechuga_Lactuca_s20160302-29062-v5cwe4.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1491015031&Signature=e1GCZ5HumIOvitbE4VL%252BNNxXMjI%253D&response-content-disposition=inl).

Escarabajal-Henarejos, D., J. M. Molina-Martínez, D. G. Fernández-Pacheco, F. Cavas-Martínez, y G. García-Mateos. 2015. "Digital photography applied to irrigation management of Little Gem lettuce". Agricultural Water Management 151:148-57.

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2014.08.009

ESPA, Innovative Water Solutions. 2002. Aprovechamiento agua de lluvia. España.

FAO. 2013. Captación y almacenamiento de agua de lluvia. Opciones técnicas para la agricultura familiar en América Latina y el Caribe. FAO. Santiago, Chile.

FAO, Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. 2014. Feasibility Study of Rainwater Harvesting for Agriculture in the Caribbean Subregion. FAO. Roma, Italia.

Fattorelli, Sergio, y Pedro C. Fernández. 2011. Diseño Hidrológico. Vol. 2° Edición. WASA-GN. Zaragoza, Argentina.

Flores-Velazquez, Jorge, Fernando Rojano, y Ernesto Aguilar. 2019. "ETo estimation to schedule irrigation in a green wall using Cropwat". en 2019 Boston, Massachusetts July 7- July 10, 2019. St. Joseph, MI: American Society of Agricultural and Biological Engineers.

https://doi.org/10.13031/aim.201900223

Fontalvo-Jaraba, C. C., C. G. Ortiz-Montero, D. C. Castro-Rivera, L. F. Santana-Callejas, y O. F. Borda-Casas. 2018. "Generación y comparación de ortofotos realizadas a partir de procedimientos fotogramétricos como insumo en la adopción del catastro multipropósito urbano en Colombia." Revista De Topografía AZIMUT 9(febrero 2018):1-8.

Ghimire, Santosh R., y John M. Johnston. 2019. "Sustainability assessment of agricultural rainwater harvesting: Evaluation of alternative crop types and irrigation practices" editado por P. Pandey. PLOS ONE 14(5):e0216452.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0216452

Isla urbana. 2017. Manual de mantenimiento para su sistema residencial. México, D.F.

Linsley, J. R. K., M. A. Kohler, y J. L. H. Paulus. 1977. Hidrología para ingenieros. McGraw-Hil. Bogotá, Colombia.

Lluís-Huguet, Jordi, Jean Oró, Vicente Tormo, Maria Cinta-Pastor, y Sílvia González. 2016. Guía técnica de aprovechamiento de aguas pluviales en edificios. España.

Lupia, Flavio, Valerio Baiocchi, Keti Lelo, y Giuseppe Pulighe. 2017. "Exploring rooftop rainwater harvesting potential for food production in urban areas". Agriculture (Switzerland) 7(6):1-17.

https://doi.org/10.3390/agriculture7060046

Martínez-Menes, M., D. Fernández-Reynoso, y R. Salas-Martínez. 2010. Hidrología aplicada a las pequeñas obras hidraulicas. Vol. 1. Colegio de postgraduados, campus Montecillo, Texcoco, México.

Martínez-Saldaña, Tomás, Jacinta Palerm, Milka Castro, y Luis Pereir. 2011. Riegos ancestrales en Iberoamérica. Técnicas y organización social del pequeño riego. Colpos. editado por T. Martínez-Saldaña. Montecillo, Texcoco, Edo. de México: bba. Texcoco, Edo. de México.

Martínez de Azagra-Paredes, Andrés. 2006. Particularización al método de los coeficientes de escorrentía. 2006. España.

Mekdaschi-Studer, R., y H. Liniger. 2013. Water Harvesting: Guidelines to Good Practice. Centre for Development and Environment (CDE). Rome: Bern; Rainwater Harvesting Implementation Network (RAIN), Amsterdam; MetaMeta, Wageningen; The International Fund for Agricultural Development (IFAD).

Méndez-Cubillo, José Andrés. 2016. "Análisis de la viabilidad de un sistema de captura de agua y su almacenamiento para uso en el beneficiado húmedo en la cooperativa de caficultores de Pilangosta R.L., del Cantón de Hojancha, Guanacaste". Universidad de Costa Rica, Costa Rica.

Mohajeri, Nahid, Dan Assouline, Berenice Guiboud, Andreas Bill, Agust Gudmundsson, y Jean-Louis Scartezzini. 2018. "A city-scale roof shape classification using machine learning for solar energy applications". Renewable Energy 121:81-93.

https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.12.096

Monsalve-Sáenz, Germán. 1995. Hidrología en la ingeniería. Primera ed. editado por G. Monsalve-Sáenz. Santafé de Bogotá, Colombia: Departamento de Publicaciones Escuela de Colombia de Ingeniería.

Morales-Pinzón, Tito. 2012. "Modelling and sustainable management of rainwater harvesting in urban systems". Institute of Environmental Science and Technology (ICTA) at Universitat Autónoma de Barcelona (UAB).

OPS, OMS, y CEPIS. 2003. Captación de agua de lluvia para consumo humano. Especificaciones técnicas. OPS/CEPIS/02.60-UNATSABAR. Lima, Perú.

OPS, OMS, CEPIS, y COSUDE. 2004. Guía de diseño para captación del agua de lluvia. OPS/CEPIS/04.122. Lima, Perú.

Ortiz-Moreno, Jorge Adrián, Tania Arroyo-Zambrano, y Alfredo Fuentes-Gutiérrez. 2015. Análisis de la viabilidad de la incorporación de sistemas de captación de agua pluvial en los desarrollos inmobiliarios bajo el programa de hipoteca verde de infonavit. Vol. 1. México, D.F.

Palmer, Diane, Elena Koumpli, Ian Cole, Ralph Gottschalg, y Thomas Betts. 2018. "A GIS-based method for identification of wide area rooftop suitability for minimum size PV systems using LiDAR data and photogrammetry". Energies 11(12):1-22.

https://doi.org/10.3390/en11123506

Parece, Tammy E., Malayshia Lumpkin, y James B. Campbell. 2016. Irrigating Urban Agriculture with Harvested Rainwater: Case Study in Roanoke, Virginia, USA. The Handbo. Springer International Publishing.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-29337-0_8

Pedroza-Sandoval, Aurelio, José Antonio Chávez-Rivero, Ricardo Trejo-Calzada, y José Ruíz-Torres. 2014. "Sistema de captación de agua de lluvia (SCALL) y bioproductividad en comunidades marginadas de zonas áridas". P. 41 en Impluvium. Vol. I. Bermejillo, Dgo.

Pérez-Hernández, Aurora, Oscar Luis Palacios-Vélez, Manuel Anaya-Garduño, y Jorge Leonardo Tovar-Salinas. 2018. "Agua de lluvia para consumo humano y uso doméstico en San Miguel Tulancingo, Oaxaca". Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas 8(6):1427-32.

https://doi.org/10.29312/remexca.v8i6.313

Pizarro, Roberto, Alejandro Abarza, Carolina Morales, Ronald Calderón, Jaime Tapia, Pablo García, y Miguel Córdova. 2015. Manual de diseño y construcción de sistemas de captación de aguas lluvias en zonas rurales de Chile. Documentos Técnicos del PHI-LAC, N° 36.

Rahman, Ataur. 2017. "Recent advances in modelling and implementation of rainwater harvesting systems towards sustainable development". Water (Switzerland) 8(12):6-9.

https://doi.org/10.3390/w9120959

Salinas-Hernández, Adriana Guadalupe. 2015. "Impacto ambiental, social y económico derivado de la implementación de sistemas de captación y almacenamiento de agua de lluvia en dos estudios de caso en México". Universidad Nacional Autónoma de México, Morelia, Michoacán.

SCT. 2000. Estudios Hidráulico-Hidrológicos para Puentes. México, D.F.

SE. 2013. "Norma Mexicana. NMX-AA-164-SCFI-2013. Edificación sustentable - criterios y requerimientos ambientales mínimos". 158.

SMN. 2017. "Estaciones Climatológicas 2016". Servicio Meteorológico Nacional. Recuperado (http://smn.cna.gob.mx/tools/RESOURCES/estacion/EstacionesClimatologicas.kmz).

Solano, C., F. Gonzaga, F. Espinoza, y J. Espinoza. 2017. "Sistema de captación de agua de lluvia para uso doméstico , Isla Jambelí , cantón Santa Rosa". Cumbres 3(1):151-59.

https://doi.org/10.48190/cumbres.v3n1a19

UNATSABAR. 2001. Guía de diseño para captacion del agua de lluvia. Vol. 1. Lima, Perú.

Velasco-Muñoz, Juan F., José A. Aznar-Sánchez, Ana Batlles-de la Fuente, y Maria Dolores Fidelibus. 2019. "Rainwater harvesting for agricultural irrigation: An analysis of global research". Water (Switzerland) 11(7).

https://doi.org/10.3390/w11071320

Yousuf, Muhammad Uzair, Mubashir Siddiqui, y Naveed Ur Rehman. 2018. "Solar energy potential estimation by calculating sun illumination hours and sky view factor on building rooftops using digital elevation model". Journal of Renewable and Sustainable Energy 10(1).

https://doi.org/10.1063/1.4997888

Zunun-Bartolome, Jorge. 2009. "Elaboración de un procedimiento para el diseño de sistemas de captación de agua de lluvia para uso domestico." Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Buenavista, Saltillo, Coahuila, México.

Downloads

Published

2022-01-01

How to Cite

Roblero Hidalgo, R., & Flores Velázquez, J. (2022). Rainwater harvesting as an alternative for use in urban agriculture. Vivienda Y Comunidades Sustentables, (11), 111–124. https://doi.org/10.32870/rvcs.v0i11.197

Issue

No. 11 (2022): Custainable Housing and Communities

Section

Articles

License

Copyright (c) 2022 Vivienda y Comunidades Sustentables

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

The authors who publish in this journal accept the following conditions:

 In accordance with the copyright legislation, Sustainable Housing and Communities recognizes and respects the moral right of the authors, as well as the ownership of the patrimonial right, which will be transferred to the University of Guadalajara for its dissemination in open access. Sustainable Housing and Communities does not charge authors for submitting and processing articles for publication.  Authors may make other independent and additional contractual agreements for the non-exclusive distribution of the version of the article published in Sustainable Housing and Communities (for example, include it in an institutional repository or publish it in a book) as long as they clearly indicate that the work is published for the first time in Sustainable Housing and Communities.