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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 Covarrubias 1 , Waldo Ojeda Bustamante 1 , Jorge Flores Velázquez 1 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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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

a

FC

FSi

ioicp ETKET

Áre

a

Fech

a de

rieg

o

Con

Culti

vo

Riego

Cultiv

os

Decen

al

Diari

o

Decen

al

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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