I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de … · La infraestructura de un sistema de riego...
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Artículo: COMEII-15009
I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015
Reunión Anual de Riego y Drenaje
Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre
SISTEMAS DE REGULACIÓN EN CANALES DE DISTRIBUCIÓN Y LA CAPACIDAD
DE CONDUCCIÓN EN ZONAS DE RIEGO
Mauro Iñiguez Covarrubias1, Waldo Ojeda Bustamante1, Jorge Flores Velázquez1
1 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso, Jiutepec Morelos,
México, C.P. 62550.
Resumen
En las zonas de riego, para lograr un beneficio común, es necesario alcanzar el uso más
eficiente de los recursos con satisfacción plena de los usuarios. Sin embargo ello no se ha
logrado, principalmente, por falta de desarrollo y/o aplicación de innovaciones
tecnológicas, en efecto, hoy en los Distritos de riego en México los sistemas de regulación
de canales de distribución del agua y la capacidad de conducción son analizados y/o
instrumentados por separado. En este trabajo se desarrollan opciones en las que ocurren
las dos variables de la infraestructura como una acción conjunta en apoyo a la operación y
de gestión, con eficiencia de operación mejorada. Esta metodología se aplicó para el
módulo de riego Santa Rosa, del Distrito de Riego DR- 075,”Río Fuerte”, Sinaloa, México.
Con una eficiencia global para diseño del 51.35% y por el método de Clemmens se
determinó un gasto de 25.40 m³ s-1 con demanda programada asociándole una regulación
de nivel de control aguas arriba, y un gasto de 38.25 m³ s-1 con demanda libre asociándole
una regulación de control aguas abajo. La demanda máxima, por fechas fue del 11 al 20 de
abril, con superficie establecida de cultivos de 22,518 ha y superficie con requerimientos de
riego de 9,816 ha. Se concluye que al conocer el gasto demandado - ofertado y con el
sistema de regulación seleccionado se aumentan las eficiencias de operación bajo una
gestión integral, se recomienda instrumentar la infraestructura para el servicio de riego
que los usuarios estén dispuestos a utilizar.
Palabras clave adicionales: Capacidad de canales, programación del riego, sistemas de
regulación en canales.
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Introducción
La infraestructura de un sistema de riego de grandes dimensiones consta de una serie de
componentes, los principales son: a) Obra de toma de la presa de almacenamiento, b)
Bocatoma de la presa derivadora, c) Red de canales de conducción y distribución y d)
Tomas en el sistema de distribución, desde tomas canal hasta tomas granja donde se
entrega el agua a los usuarios y e) Obras de protección y Cruce. Esta infraestructura es
diseñada para cumplir las condiciones generales de la ingeniería acorde al proyecto del
sistema de irrigación para satisfacer la demanda hídrica máxima de los cultivos a plena
satisfacción de los usuarios, (SRH, 1973).
El conocimiento de las eficiencias de uso de agua en sistemas de riego es indispensable
para llevar acciones de planeación, diseño, revisión, programación de los riegos, selección
de revestimiento a los canales, tener un control en la operación, llevar agua a los usuarios
en el menor tiempo y desperdicio posible en los sistemas de riego.
Las pérdidas de agua en un canal de transporte y distribución de agua para riego
básicamente se pueden clasificar en: intrínsecas y de operación, (Palacios y Exebio, 1981).
Las pérdidas por conducción o intrínsecas corresponden a el agua que se pierde por
filtraciones, evaporación en los canales y por fugas en las estructuras. Estas pérdidas
propias a la infraestructura dependen del estado de conservación y en general son
independientes de la forma o método de operación de las obras. Eficiencia de operación
(EO) es un índice de evaluación del servicio de riego. Esta eficiencia se puede evaluar, en
cada punto de control. Para fines de diseño el valor que interesa considerar es el valor de
EO correspondiente al déficit.
En la cuadro 1, se presentan las eficiencias de conducción y distribución de algunos
distritos de riego de México, reportados por Enrique palacios V. (Buenfil, y Campa, 1981)
Cuadro 1. Eficiencia de conducción en algunos DR.
Distrito Eficiencia de conducción
Rio Colorado 0.464
Rio Tula 0.497
La laguna 0.453
Valsequillo 0.424
Tehuantepec 0.412
Con fines de diseño y para determinar la capacidad de conducción del canal se aplican las
eficiencias de conducción y aplicación reportadas por la SRH, 1973. La eficiencia global η
para diseño se estima como η conducción * η aplicación. Para los canales de tierra la eficiencia
global es η= 49%, para canales revestido de mampostería, la eficiencia global es η= 52.5% y
para los canales revestidos de concreto la eficiencia global es de η= 59.5%. La eficiencia de
aplicación actualmente varía según la tecnología aplicada y puede alcanzar un valor de η=
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90%. La eficiencia de aplicación parcelaria reportada por SRH (SRH, 1973) se considera de
η= 70% para riego por gravedad.
Los valores de las eficiencias con fines de diseño usados por SRH (SRH, 1973) para la
conducción y distribución es de η= 70% para los canales con revestimiento de tierra; para
los revestidos de mampostería la eficiencia es de η= 75% y por último para canales
revestidos de concreto eficiencia es de η= 85%.
Un sistema de regulación de canales consiste en controlar de manera permanente y
efectiva las entregas del agua de riego en todo el sistema de conducción y distribución. Las
razones que exigen este control de las entregas son: la satisfacción oportuna de los
requerimientos de los cultivos, la reducción de las pérdidas de agua, la seguridad en la
operación y la reducción de los costos de operación, asumiendo que en la parcela la
magnitud de la demanda de riego y su modulación en el tiempo corresponden al nivel
tecnológico de los agricultores de cada distrito de riego.
Los fundamentos de un sistema de regulación ideal son: a) Un régimen permanente tal Q
(gasto) entrante es igual a Q saliente, los niveles de agua que controlan las tomas de agua
gravitacionales están a las cotas correctas, b) Un régimen deja de ser permanente y deviene
transitorio bajo el efecto de una variación del caudal entrante o de los caudales salientes, o
bien bajo el efecto de una inestabilidad propia de los escurrimientos, c) Un régimen
transitorio es satisfactorio si las demandas de caudal continúan siendo satisfechas y que
las pérdidas de agua por descarga sean lo menos posible.
Los objetivos son: 1) reducir la duración de los regímenes transitorios, 2) Usar en los
puntos de extracción sobre el canal reservas de agua, 3) establecer una unión entre las
diferentes reservas, por lo que el arte consiste en imaginar los dispositivos de regulación
que cumplan con estos objetivos.
En los párrafos que siguen se describen algunos métodos de regulación, métodos de
distribución de agua en los distritos de riego, métodos de cálculo de capacidad de
conducción de canales, infraestructura hidráulica de distribución y control y las
ecuaciones aplicadas en hidráulica para la regulación de canales.
Regulación aguas arriba: La regulación aguas arriba consiste en mantener un nivel
constante aguas arriba de las estructuras de regulación, figura 1.El funcionamiento
hidráulico depende de la maniobra o el caudal que se introduzca aguas arriba del sistema.
La posición favorable de la toma es justo al control de nivel de agua, en los puntos de
extracción sobre el canal no existe reservas de agua. En la figura 2 se muestra un equipo
tradicional (agujas) de regulación aguas arriba, el nivel del agua se regula quitando o
agregando tablones.
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Figura 1. Regulación aguas arriba
Figura 2. Equipo tradicional de regulación aguas
arriba
En la figura 3 se muestra otro tipo de dispositivo de regulación aguas arriba. Estos
vertedores son los llamados de cresta larga y han sido usados como un regulador
automático aguas arriba. Su diseño es típico de un vertedor (Nessim H. and Geoffrey T.,
1970), y su construcción es sencilla.
En la figura 4 se muestra un equipo hidromecánico para controlar automáticamente el
nivel aguas arriba, estas compuertas denominadas AMIL son compuertas radiales
equipadas de un flotador adherido a la hoja de la compuerta y de dispositivos de
contrapeso para equilibrarse. Las compuertas AMIL, mantienen automáticamente un nivel
de agua constante en el tramo de aguas arriba, independientemente del caudal que circule
en el canal.
Figura 3. Regulación Pico de pato
Figura 4. Equipo AMIL de regulación
aguas arriba
Regulación aguas abajo: La regulación aguas abajo consiste en mantener un nivel
constante aguas abajo de las estructuras de regulación figura 5, la posición favorable de la
toma es justo al control de nivel de agua, en los puntos de extracción sobre el canal existe
reservas de agua. Tradicionalmente, se han usado las compuertas hidromecánicas AVIO y
AVIS para controlar el nivel inmediatamente aguas abajo de las estructuras como equipo
tradicional. Como se observa en la figura 6, estas estructuras son compuertas radiales
compuestas de equipo de contrapesos y de un flotador que permite mantener un nivel
constante aguas abajo.
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Figura 5. Regulación aguas abajo
Figura 6. Compuertas hidromecánicas AVIO
Sistemas de regulación automatizados (mixtos): Estos sistemas de regulación de canales
pueden ser con variantes de los métodos de regulación aguas arriba y aguas abajo
incluyendo la posición favorable de la toma respecto al control de nivel de agua, ya que se
desarrollan para la aplicación de nuevas tecnologías en transmisión de información,
informática y automática. Los sistemas mixtos de regulación son muy variados: utilizan
desde microprocesadores locales para procesar y medir varios niveles de agua y emitir
órdenes para el movimiento de las compuertas; hasta centrales de control y supervisión de
redes de canales. Los sistemas de regulación mixtos utilizan sistemas de control, que van
desde los modelos hidráulicos o lógicos o llamados inteligentes.
Método de Regulación BIVAL: Este método fue desarrollado a principios de los años 60's
por Preissmann, (Guy y Silvie, 1987). Este método es el tipo de controlador donde es
necesario almacenar un volumen de agua, el cual es minimizado a un valor óptimo tal que
garantice la entrega del gasto de diseño a la máxima descarga en cualquier instante. El
sistema trabaja para que la compuerta aguas arriba controle el nivel en un punto
intermedio del tramo, figura 7. En esta figura se observa que las variaciones aguas abajo
del tramo de canal inducen variaciones al nivel b, las cuales se transmiten a la compuerta
R1 y se genera una reacción de igual magnitud y de signo contrario. Estas dos acciones se
encuentran en la parte media del canal, lo cual permite reducir el tiempo de respuesta
hidráulica a la mitad, la posición favorable de la toma es justo al control de nivel de agua
(González, 1992).
Método se regulación EL-FLO (electronic filter level offset). Este método fue diseñado por
el US Bureau of Reclamation y se distingue por ser una regulación local (Burt, 1987). Se
indica que la acción de regulación es del tipo proporcional e integral. Este método se
distingue por las siguientes características: Tiene un sólo sensor de nivel por tramo. El
nivel del agua en el sensor está localizado aguas abajo del fin del tramo. El tirante de
referencia esta mantenido al final del tramo aguas abajo y hace que este método sea
adaptable a un sistema de regulación aguas arriba, figura 8. Los parámetros de control
tienen que ser seleccionados por el algoritmo y son determinados a través de una
simulación matemática.
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Figura 7. Regulación BIVAL Figura 8. Regulación EL-
FLO
Figura 9. Regulación
CARDD
Método de regulación CARDD (Canal Automation for Rapid Demand Deliveries). Burt
(1987), desarrolló el algoritmo CARDD, como una subrutina del modelo de simulación de
la USBR. El desarrollo fue lógico y no teórico. La idea fundamental de este método
consiste en considerar a cada tramo de canal como un sistema cerrado en que las
variaciones del nivel reflejan e interpretan las características hidráulicas y físicas del canal.
Así, la única variable que interviene en la regulación CARDD es el tirante, el cual se mide
aguas arriba, aguas abajo y en puntos intermedios de cada tramo, figura 9. El método
permite mantener un nivel constante en un punto cualquiera de un tramo del canal,
alrededor del cual se calcula la variación del nivel, su velocidad de variación y la
tendencia de almacenamiento dentro del tramo, lo cual da origen a una regulación de tipo
proporcional, integral y derivativa que se expresa por la siguiente ecuación:
Métodos de distribución de agua en los distritos de riego. Generalmente, en los sistemas de
riego de distintos países del mundo, se aplican los siguientes métodos de distribución de
agua, Clemmens (1986), sintetiza estos métodos de distribución en términos de los
parámetros clásicos indicadores del grado de flexibilidad (frecuencia, caudal y tiempo de
riego). Esta síntesis se muestra en el Cuadro 2.
a) Distribución por demanda libre. Esta forma de distribución permite utilizar el agua en
el momento que los agricultores deciden regar, en donde el responsable del control en el
usuario.
b) Distribución por demanda controlada. Esta distribución consiste en programar la
extracción del agua de la fuente de abastecimiento de acuerdo a la demanda de los
usuarios en donde el responsable del control en el usuario y las autoridades.
Cuadro 2. Clasificación y características de dos métodos de distribución
Responsabilidad del control Frecuencia, caudal, duración
Responsabilidad del usuario
Distribución a la demanda
Demanda libre
Responsabilidad usuario-
autoridad
I I I
P P P
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Simbología: I: Ilimitada, controlado por el usuario, P: Programada entre el usuario y las
autoridades del agua.
Métodos de cálculo de capacidad de conducción de canales:
Se puntualizan tres métodos para determinar la capacidad de conducción de canales con el
propósito relacionarlos con el método de distribución del y sobre los sistemas de
regulación en los canales.
Método de los coeficientes unitarios de riego: El método de los coeficientes unitarios de
riego (CUR) se utilizó en el antiguo Departamento de Zonas de Riego de la Dirección de
Grande Irrigación de la Subsecretaria de Infraestructura de la SARH. Actualmente, la
Gerencia de Proyectos de Irrigación de la Subdirección General de Infraestructura
Hidroagrícola de la CONAGUA continúa usando este método para estimar la capacidad
de conducción de los canales en las zonas de riego del país, la metodología se encuentra en
SRH, (1973).
Método de Clement: Clement (1965), desarrolló dos fórmulas para analizar la demanda
requerida para riego. Estas fórmulas fueron desarrolladas para riego por aspersión. La
primera fórmula determina el gasto en términos del número de tomas N en
funcionamiento, tal que la probabilidad de que N o menos usuarios usen el sistema
simultáneamente, sea más grande que la probabilidad deseada. Con la segunda ecuación
de Clement, se determina la capacidad del sistema de conducción, tal que la probabilidad
de encontrar el sistema ocupado, sea menor que una probabilidad deseada, y se utiliza
cuando el número de tomas es mayor de 100, su metodología se encuentra en Clement,
(1979).
Método de Clemmens: Con el propósito de determinar el grado de flexibilidad que se
puede tener en redes de canales de riego, Clemmens (1986), analiza el método de Clement
y propone un procedimiento, basado en simulación numérica, para calcular la capacidad
de canales sujetos a diferentes formas de distribución ( demanda controlada y demanda
libre). Para las condiciones de la zona de riego el se realiza una demanda programada,
este autor determinó también para el caso de demanda libre, la metodología se encuentra
en Clemmens, (1986).
Infraestructura hidráulica de distribución y control: La infraestructura que existe en los
distritos de riego, se puede agrupar de la siguiente manera: Estructuras de conducción y
distribución, estructuras de regulación, estructuras aforadoras y estructuras de cruce y
protección. Estas estructuras son: Canales principales, laterales, sublaterales, etc.,
Represas, Tomas para canales, Tomas directas y Estructuras aforadoras. Un problema al
abastecer de agua a las parcelas sobre la red de distribución y conducción en una zona de
riego es encontrar la relación óptima de las estructuras de control de nivel con las
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estructuras de medición.
El diseño de los canales de riego en México se clasifica como un sistema de regulación con
distribución por demanda programada usuarios-autoridad, y una regulación aguas arriba,
con infraestructura de compuertas tradicionales. El funcionamiento hidráulico es en
régimen permanente gradualmente variado; y por otra parte, las variaciones del caudal de
operación generan el régimen transitorio.
Las estructuras de extracción corresponden a canales laterales y tomas directas, se
localizan en sitios donde existan las condiciones hidráulicas para asegurar su
abastecimiento y dominio de toda el área. En general se instalan compuertas de carga
constante, compuertas Miller y/o módulos de gasto constante. Estas estructuras presentan
diferentes ventajas reflejadas en la eficiencia hidráulica y operativa. La localización de
estructuras reguladoras con nivel aguas arriba se localizan en la mayoría de los casos por
topografía según la planeación de cada zona de riego.
La ecuaciones aplicadas en hidráulica para determinar el funcionamiento del canal es en
flujo transitorio gradual, estas ecuaciones son la de continuidad (1) y energía (2).
Continuidad
0)(
x
Q
t
yB (1)
principio de la conservación de energía
fsst
V
gg
V
xx
y
0
2 1)
2( (2)
B ancho de la superficie en la sección; 0s = pendiente del fondo del canal;
fs = pendiente
de la línea de energía; g
V
2
2 = carga de velocidad en el punto n (m)
Estas ecuaciones fueron utilizadas en un ejercicio que se comenta en el artículo
documentado por (Chaudhry, 2011), en el cual los resultados no fueron satisfactorios al ser
modelos unidireccionales, a superficie libre y flujo transitorio.
En las zonas de riego, para lograr un beneficio común, es necesario alcanzar el uso más
eficiente de los recursos con satisfacción plena de los usuarios. Sin embargo ello no se ha
logrado, principalmente, por falta de desarrollo y/o aplicación de innovaciones
tecnológicas. En efecto, hoy en los Distritos de riego en México los sistemas de regulación
de canales de distribución del agua y la capacidad de conducción son analizados y/o
instrumentados por separado
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Uno de los principales retos actuales de los investigadores relacionados con el diseño,
operación y la gestión e instrumentacion de la infraestructura para grandes zonas de riego,
es generar y proponer sistemas de regulación que al realizar de manera eficiente los
cálculos numéricos se generen recomendaciones certeras con la debida oportunidad.
Los sistemas de regulación, la capacidad de canales de riego se pueden diseñar y proponer
ventajas de operar de forma insuperable como consecuencia de utilizar eficientemente
herramientas y metodologías para manejar grandes volúmenes de información generada.
En este trabajo se desarrollan opciones en las que concurren las dos variables de la
infraestructura como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con
eficiencia de operación mejorada
Hipótesis
Los sistemas de regulación en los canales de distribución del agua sujetada a la capacidad
de conducción son un apoyo en la operación y gestión, con eficiencia global mejorada en
una zona de riego?
Materiales y métodos
En este apartado se desarrollan opciones en las que concurren las dos variables de la
infraestructura, sistemas de regulación en canales de distribución y la capacidad de
conducción como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia
de operació mejorada en zonas de riego.
Zona de estudio: La zona de estudio fue el módulo Santa Rosa del distrito de riego 075
(DR-075) localizado en el Valle del Fuerte, al norte del estado de Sinaloa, México, a una
latitud media de 25º 50´ y longitud de 109º 5´, con una altura promedio de 20 msnm. Los
suelos son planos con una textura predominante franco arcillosa con valores típicos de
50% para arcilla y 20% para arena, con bajo nivel de materia orgánica menor al 1%, una
densidad aparente de 1.2 g cm-3, y una humedad aprovechable volumétrica del 15%. La
zona se localiza en una zona árida al norte del estado de Sinaloa. El periodo de lluvias,
principalmente de origen monzónico, se concentra en los meses de septiembre y octubre.
El módulo de riego “Santa Rosa” con una superficie física regable de 34,316 ha, tiene un
factor de repetición de cultivos en el ciclo PV de hasta el 27%, dicho módulo por su
extensión es el más grande del DR-075. La programación para la distribución del agua se
realiza en el módulo por demanda semanal. La operación de la obra de cabeza (presa de
almacenamiento) es responsabilidad de la autoridad federal, CONAGUA, la red mayor es
responsabilidad de la SRL, y la responsabilidad en la administración, operación y
conservación de la red menor está a cargo de cada ACUR. Según la clasificación de los
métodos de distribución (Iñiguez, et al., 2007), la responsabilidad del control es compartida
Usuario-Autoridad (CONAGUA). La frecuencia del riego es programada en cada ACUR,
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el caudal entregado es limitado por la capacidad de toma granja, con una capacidad
promedio de 120 L s-1, y la duración del riego es programada entre Usuario-AU. Con estas
condiciones de funcionamiento, el módulo de riego de estudio reporta una eficiencia
global de operación anual del 51.4%, valor que refleja el método de distribución del agua
utilizado en el DR-075. Los usuarios tienen un periodo para solicitar el riego a la ACUR en
la semana: el gasto y duración del riego, siendo servido en las siguientes 72 h de ser
aceptada la solicitud del servicio de riego por la ACUR.
Plan de cultivos: Se consideró el plan de riegos tipo de la zona de riego, que incluye
cultivos con fechas y superficies de siembra. Los cultivos más importantes en el DR-075
son maíz, sorgo, frijol, frutales, caña de azúcar, forrajes (principalmente alfalfa) y
hortalizas (jitomate y papa). Es decir, con presencia de diferentes cultivos simultáneos,
diversas fechas de siembra y de requerimientos de riego, así como diferentes duraciones
de ciclos fenológicos
Con el plan de riego y de forma conjunta de los tres ciclos PV, OI y Perennes para el año
agrícola se encuentra la superficie con requerimiento de riego diaria y decenal, volumen
diario necesario y decenal, este procedimiento se describe con la siguiente matriz.
La matriz de información obtenida con base en el cuadro 3, cuenta con n columnas, para el
llenado se inicia con el ciclo O-I por cultivo, el día juliano de inicio de la primera siembra,
existirán tantas columnas n(i) como número de fechas de siembra de cultivo. La columna
1(1) esta dividida en la columna día, es desde la fecha de siembra hasta laterminación de la
etapa fenológica, y la columna cultivo con el resultado en forma tabular de la obtiene la
evapotranspiración potencial (ETp) por cultivo y fecha de siembra, área y fechas de riego
de cada fecha de siembras. Con la columna n(i), con las columnas Día y Cultivo área y
fechas de riego de cada fecha de siembras se repite el proceso, así se hace para todos los
cultivos y ciclos. En la columna 3 se anota la superficie con cultivo 3(a) de todos los días
del año y en la columna 3(b) de anotan las superficies por decena con riego. En la columna
4 (a) y (b) se reportan los volúmenes diario y decenal. Con la matriz completa se obtiene, la
cantidad de hectáreas con requerimiento hídrico, láminas de riego que al multiplicarla por
las hectáreas se obtiene el volumen diario decenal, se incluye las eficiencias totales, y
finalmente el gasto necesario para satisfacer la demanda hídrica.
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Cuadro 3. Matriz cultivos fechas de siembra y volumen.
1(1) n(i) 3 4
Cultivo 1(1) Dí
a
Cultivo n(i) Superficie Volumen
Dí
a
FC
FSi
ioicp ETKET
Áre
a
Fech
a de
rieg
o
Con
Culti
vo
Riego
Cultiv
os
Decen
al
Diari
o
Decen
al
Dí
a
FC
FSi
ioicp ETKET
Áre
a
Fech
a de
rieg
o
Para estimar la evapotranspiración por cultivo se utiliza Penman-Montieth modificado por
FAO (Allen, et al, 2006), además se utiliza el concepto de Grados Día Desarrollo (ºD) como
criterio alterno para expresar la duración de días del ciclo fenológico de los cultivos y así
estimar el coeficiente del cultivo de acuerdo a las ecuaciones de Ojeda et. al., 2006.
En este caso se identifica una curva de la ETp para cada una de varias fechas de siembra
que integra el periodo de siembra en la zona de riego. Se obtienen los Do y con los
parámetros de los cultivos se estima el coeficiente de cultivo en función de los Do . La
evapotranspiración potencial de un cultivo a partir de la fecha de siembra (FS) a la fecha
de cosecha (FC) está dada por la ecuación 3.
FC
FSi
ioicp ETKET (3)
Donde: icK y ioET son el coeficiente de cultivo y la evapotranspiración de referencia,
respectivamente, para el día i. La información necesaria para estimar la variable es la
climatología histórica y un plan que incluye cultivos propuestos con fechas, superficies de
siembra y ciclos agrícolas.
Para la determinación de la capacidad de conducción de canales en una zona de riego se
realiza bajo el método de Clemmens incluyendo la metodología para la determinación de
la evapotranspiración integrada, (Iñiguez et al. 2011), por ser grandes extensiones
cultivadas se considera que las horas del servicio de riego son las 24 h del día.
Al conocer las demanda decenal y la capacidad del canal para demanda programada y
demanda libre con las eficiencias globales y las características de la infraestructura
hidráulica, se relacionan estas variable con los objetivos de un sistema de regulación ideal,
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esto es con demanda libre yn control de nivel aguas abajo, demanda programada con
control de nivel aguas arriba, de aquí se desarrollan opciones en las que concurren las
variables de la demanda con control intermedio, todo esto como una acción conjunta en
apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia global mejorada.
Análisis y discusión de resultados
Con los datos del módulo, plan de riego y de forma conjunta de los tres ciclos para el año
agrícola y al terminar el procedimiento que describe la matriz y al completar la
implementación metodológica propuesta obtiene la matriz general integrada de los tres
ciclos PV, OI y Perennes para el año agrícola. En figura 10 se muestra la relación de las
hectáreas establecidas para cada día, además las hectáreas con requerimiento de riego
decenal para todas las decenas del año.
Figura 10. Relación hectáreas establecidas y con requerimiento de riego decenal
El valor pico se presenta el día Juliano 105 con Fecha 15/04/2005; (día Juliano 231); un
volumen máximo de 918,487.63 (m³ día-1); ETzr = 4.07892 (mm día-1) y una superficie de
22,518.0 ha establecidas, superficie para riego 9, 816 ha, de las cuales 1,985 son del ciclo
Primavera-Verano, 7,416 ha Otoño-Invierno.
Con una eficiencia global del 51.9% con fines de diseño se dispone del gasto de 23.0 m³ s-1,
para todo el mes crítico, aquí nuevamente se corrobora que por capacidad hidráulica de
conducción y disponibilidad volumétrica en el canal no existe restricción, esto es bajo
programación usuario autoridad.
El resultado subsecuente: Se determinó la capacidad de conducción de las entregas
demanda programada y demanda libre por el método de Clemmens. En el tabla 3 se
muestran los resultados de la aplicación, la columna 1 índica el kilometraje del canal, a dos
el área cubierta, la tres el número de tomas. Usando los siguientes valores: área de
rotación: tA = 27, 285 ha, tQ 120 ℓ/s uQ 0.924 ℓ/s por unidad de área, Eg= 51.35%. Los
gastos determinados con el método de Clemmens con la aplicación de la variable
agronómica se tiene el gasto según la demanda programada o demanda libre, se muestran
en la tabla 4 los resultados, se anota el kilometraje del canal a partir del km 0+000 con la
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correspondiente área dominada, en número de tomas y por último se muestran los gastos
determinados. Estos son los gastos propuestos para ser presentados a las autoridades
encargadas del programa de modernización del módulo Santa Rosa del distrito de riego
DR. 075 localizado en el Valle del Fuerte, al norte del estado de Sinaloa, México para su
evaluación.
Con una eficiencia global para diseño del 51.35% y por el método de Clemmens se
determinó un gasto de 25.40 m³ s-1 con demanda programada se le asocia en este trabajo
para regulación de nivel de control aguas arriba, esto valores son para una Infraestructura
tradicional, esto es sin instrumentación y un gasto de 38.25 m³ s-1 con demanda libre, se le
asocia para regulación de control aguas abajo, esto valores son para una Infraestructura no
tradicional, esto es con instrumentación
Tabla 3. Capacidad de diseño (en ℓ/s) del canal “Emilio Grivel” con el método de
Clemmens.
Kilómetro Área Tomas 1.0 An Demanda
Programada
Demanda
libre Gasto de diseño Qd
(ha) R Qn Qn
programada (ℓ/s) Libre (ℓ/s)
0+000 27,285 1289 210 212 319 25,407 38,242
6+740 26,752 1264 206 208 313 24,914 37,503
8+344 25,442 1202 196 198 297 23,703 35,687
9+400 25,269 1194 195 196 295 23,544 35,447
10+400 20,770 981 160 162 243 19,386 29,211
11+400 20,287 958 156 158 238 18,940 28,541
12+400 19,899 940 153 155 233 18,581 28,004
13+400 19,599 926 151 153 230 18,304 27,588
15+400 19,029 899 147 148 223 17,777 26,798
13+350 18,776 887 145 146 220 17,543 26,447
18+017 18,001 850 139 140 211 16,827 25,373
21+740 11,439 540 88 90 136 10,763 16,276
22+740 11,073 523 85 87 131 10,425 15,769
23+740 10,907 515 84 86 129 10,271 15,539
24+740 2,600 123 20 22 34 2,595 4,024
25+740 2,236 106 17 19 29 2,258 3,519
26+740 1,679 79 13 15 23 1,744 2,747
29+740 1,143 54 9 10 17 1,248 2,004
Para cualquier opción de modernización se tendrá que hacer la evaluación en los puntos
de control de nivel para determinar los volúmenes a ofertados y demandados, con esta
propuesta como se observó se tienen las hectáreas por regar así como todos los volumenes
y/o gastos por periodos decenales, mensuales y anuales y las capacidades de los canales en
todo su recorrido.
I Congreso Nacional COMEII 2015, Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre
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Respecto al sistema de regulación ideal, se propone tres alternativas para proponer a los
usuarios de acuerdo al servicio de riego como una acción conjunta en apoyo a la operación
y de gestión, con eficiencia global mejorada
a) Sistema de regulación aguas arriba Este método supone una distribución por demanda
programada, ya que como se conceptualizó con el apoyo de las figuras 1 a la 4, la línea de
remanso para caudal máximo es superior a la línea de remanso para caudal nulo, lo cual
representa un almacenamiento negativo requiriéndose una programación anticipada del
riego, la capacidad del canal por el método de Clemmens se determinó un gasto de 25.40
m³ s-1 con una eficiencia global para diseño del 51.35% si se realiza una modernización con
la instrumentación la eficiencia de operación aumentará y se tendrán volúmenes
adicionales y en términos de flexibilidad aumenta el gasto, la frecuencia o la duración.
b) Sistema de regulación aguas abajo. Este método supone una distribución por demanda
libre, ya que como se observa en la figura 5, la línea de remanso para caudal máximo es
menor a la línea de remanso para caudal nulo. Este almacenamiento positivo, permite
satisfacer inmediatamente la demanda de riego de los puntos de extracción. Teóricamente,
con el control aguas abajo las pérdidas de agua por operación son nulas, ya que el sistema
de distribución funciona sólo cuando los usuarios solicitan riego, la capacidad del canal
será por el método de Clemmens se determinó un gasto de 38.25 m³ s-1 con una eficiencia
global para diseño del 51.35%., al aumentar la eficiencia de conducción 70% al 90% se
tendrá un gasto de 31.75 m³ s-1, esto es 17% menor que el de regulación aguas abajo.
c) Sistema de regulación control Bival o control asociado de nivel, con infraestructura o
control automatizado. Este método supone una distribución por demanda libre, ya que
como se observa en la figura 7, la mitad de la línea de remanso para caudal máximo es
menor a la línea de remanso para caudal nulo a la mitad. Este almacenamiento positivo,
permite satisfacer inmediatamente la demanda de riego de los puntos de extracción.
Teóricamente, con el control Bival las pérdidas de agua por operación son la mitad a las de
las de control aguas abajo, el sistema de distribución funciona sólo cuando los usuarios
solicitan riego, por lo que la capacidad del canal será por el método de Clemmens se
determinó un gasto de 38.25 m³ s-1 con una eficiencia global para diseño del 51.35%, al
aumentar la eficiencia de conducción 70% al 90% se tendrá un gasto de 29.75 m³ s-1, esto es
25% mayor que el de regulación aguas arriba.
Conclusiones y recomendaciones
Ya que en el módulo las eficiencias de operación son bajas, las tres opciones satisfacen la
demanda programada usuarios-autoridades actual, cuando cambien a demanda libre con
control aguas abajo y/o Bival y se aplicaquen los sistemas de regulación sistemas de
control automático es posible evitar que se pierda importantes volúmenes de agua.
I Congreso Nacional COMEII 2015, Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre
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Es coveniente que para un proyecto de rehabilitación en cualquier zona de riego del pais
se realicen una serie de simulaciones de sitemas de regulación ante diferentes tipo de
sistemas de control en que los usuarios esten dispuestos a participar en el ahorro del agua.
Al usar un modelo matemático de simulación debe tenerse un muy buen conocimiento de
sus fundamentos teóricos, características limitantes para saber distinguir cuando las
causas de inestabilidad son achacadas al sistema físico o al modelo o a los datos y
simplificaciones, ya que como se comento del artículo de Chaudhry, (2011) los modelos
hidráulicos unidireccionales, a superficie libre y flujo transitorio no se obtienen resultados
del todo satisfactorios.
Se concluye que con el conocimiento y aplicación de la función dependiente, se aumentan
las eficiencias de operación, por lo que se recomienda la implementación de esta
proposición de acuerdo al servicio de riego que los usuarios estén dispuestos a utilizar.
Respecto a las tres alternativas para proponer a los usuarios de acuerdo al servicio de riego
como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia global
mejorada realizar los anteproyectos de ingeniería y de acuerdo a los estudios económicos
realizar la obra.
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