PRONAMACHCS

Por Michiel Anten y Has Wile< asesores de S W en gestGn de recursos naturales, asignados al PRONAMACHCS Cqajmarca - Perú

EI Servicio Holandés de Cooperacion al Desmllo (SW) es especid~kado en el asesoramiento a instrtrtuciones relacionados con el desmoIlo de zonas d e s marginadas.

PR ONAh44 CHCS es el Proyecto Nacional de Manejo de Cuencas Hid.Ogrardlfi;cas y Conservación de SUelos. Entre sus lheas de promocidn esta' la rediación de pequeñas obm hidráulicas para zonas mies Altoandinas del Peni.

Los métodos de diseño presentados en esta gda son desarrollados en cooperación entre los asesores de S W y el PRONAMA CHCS. Sin embargo los puntos de VI& técnicos y de gestión de proyectos expuestos representan la visidn de los autores que no necesankmenfe son compartidos por PR O N M CHCS o S M

Cajamarca, A b d del 2000

En el Perú, país poseedor de un rico territorio, de vanados recursos naturales, con gran tradición de trabajo colectivo, una cultura milenaria y una población joven y en crecimiento, teoncamenk podría vivir con

bienestar material y apoyar el desarrollo de otros pueblos del mundo.

Sin embargo, debido a políticas equivocadas nuestro país estuvo sumido hasta 1990 en crisis generalizada especialmente el sector agrario.

El Proyecto Nacional de Manejo de Cuencas Hidrográficas y conservación de Suelos (PRONAMACHCS) es uno de los rubros de inversión más importantes del Ministerio de Agricultura, a traves del cual se otorga un rol fundamental a la formación integral del campesino de la sierra, siendo indispensable la capacitación de los profesionales y técnicos extensionistas para recoger la experiencia y a su ves difundir los conocimientos técnicos y científicos que permitan al hombre del campo un mejor manejo de sus recursos naturales, pese a las condiciones del suelo y clima que predominan los andes.

Actualmente el PRONAMACHCS dentro de sus diversas actividades dando mayor impulso a las inversiones en infraestructura de riego, en espera de contar con unidades agrÍcolas debidamente manejadas e incorporadas a un sistema productivo rentable donde exista Ia inversión compartida de la institución y la población.

Con el asesoramiento de SNV de Holanda se están generando procesos y propuestas para contar con herramientas metodológicas que permitan una intervención más eficaz en las comunidades en el manejo de los recursos naturales, con especial énfasis de los recursos hidricos.

La presente guía de DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN presentada por Ios asesores Michel Anten y Has Willet es una importante contribución no solo para los profesionales de PRONAMACHCS sino p a a todos aquellos que están involucrados en el desarrollo mal del país.

IUAN MONCADA ALVITES Director Departamental PRONAMACHCS Cajamarca

lndice

introducción 5

7 Proceso de diseño 7

2 El sistema de riego con sus componentes 2.1 Captación (ver figura 1 -A) 2.2 Línea de conducción (figura 1-8) 2.3 Tanques de repartición (figura 7-C) 2.4 Red de distribución (figura 7-D) 2.5 Sectores de riego (figura 1 -E) 2.6 Resetvorio / cámara de carga (figura 7-F) 2.7 Hidrantes (figura 7-G) 2.8 Línea de riego filo, enterrado (figura 7-H) 2.9 Línea de riego móvil (figura 14)

3 Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado 11 3.1 Tipos de cultivo 1 7 3.2 Costos de inversión por hectárea 12 3.3 Costo real del agua 12 3.4 Presiones Disponibles 13 3.5 Síntesis 13 3.6 Conversión a riego por aspersión en canales de riego por gravedad 13

PARTE II: Pasos de! diseñ f5

7 Estudio de pre-factibilidad l . 1 Componente Social 7.2 Pre factibilidad Técnica 1. 3 Pre factibilidad económica

2 Levantamiento topográfico y catastral 2.7 Introducción 2.2 Escala 2.3 Elementos del terreno a mapear 2.4 Organización del levantamiento 2.5 Croquis 2.6 Anotación de lecturas en la libreta de campo 2.7 Dibujo topográfico con SURFER 2.8 Cálculo de la superficie de las parcelas 2.9 Ufilizacion de fotografías aéreas

3 Demanda de agua 21 3.1 Plan de cultivos por usuario 27 3.2 Definición del E TP, el Kc y la eficiencia de riego 21 Eficiencia de riego 22 3.4 Definición de la demanda de agua de la parcela y del módulo del sistema 24

4 Areanetaregable 4.1 El caudal de diseño del sistema 4.2 El área total regable 4.3 El área regable por parcela

5 Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores 29

5.7 El infen/a/o y la dotachón de n&go 5.2 Velüddad bisica de infi/tracion (VBO 5.3 La se/ección de/ aspersor 5.4 Deteminación de /a intensidad de precbitaclon

6 Selección de sectores de riego

7 Ubicacibn de los hidrantes Z f Diseño de /a línea de riego móviJ Z2 Ubicaciones de /a lhea de nego móvil por e/ se& de riego Z 3 Diseno de las Iíneas de ri'ego fijas (líneas de presión)

8 Redes de conducci~n, disfrr'bucOn, y Kneas vas de parcela 8.7 /nfroducclon 8.2 Líneas de conducción y de dist;r!Bución 8.3 Obras de arfe en las lineas de conducción y de disfn0uci.n 8.4 Obras de reparficiin 8.5 Resen/onos/ cámaras de carga 8.6 Redes presunzadas 8.7 Tanque hidrante

9 Costos y presupuesto

10 Anáisis de costo /beneficio

PARTE //L Operación de íus sistemas de riego

I Organkacicin de /os regantes

2 Operación y manfenimenfo de la infraestmcfura

3 Desando agricoh bajo nego

Anexo 7: Formafo para informe de pre-factibiIidad de un proyecfo de riego tecnificado

Anexo 2: Tablas de caracferísficas de aspersores NAAN 427 y NAAN 507

Anexo 3: Dimensiones y esfimación de costos de pequeños resefvorios, revestimiento de concreto

Anexo 4: Dimensiones y esfirnaciun de costos de pequeños reservon'os, re vestimiento de geornembrana de poll;efi/eno

Introducción

La presente guía de diseño de pequeños sistemas de riego por aspersión fue elaborado como material de capacitación para profesionales responsables de infraestructura rural de PRONAMACHCHS para dos cursos de una semana, realizados en la ciudad de Cajamarca, en Mayo y Noviembre de 1999. Previamente los participantes recibieron instrucciones para identificar un proyecto real en sus zonas de trabajo, realizar un levantamiento topográfico y recoger datos adicionales del área de riego. Los datos de campo fueron procesados en el curso, y la rnayoria de los cursistas terminaron la capacitación con un estudio técnico terminado.

La urgencia para presentar un concepto y método de diseño muy práctico para la elaboración de proyectos de riego por aspersión, se dio por la fuerte demanda de los campesinos de la Sierra en los últimos años, por sistemas de riego mejorados que los permite aprovechar sus escasos fuentes de agua en forma más eficiente, y con bajo costo.

Entre las diferentes soluciones tenemos el mejoramiento del riego por gravedad; el mejoramiento de los canales y de las formas de distribución del agua; y la introducción de diferentes formas de riego presurizado (micro aspersion, goteo, aspersion). De estas, el riego por aspersión ha demostrado ser una opción viable para las condiciones de la Sierra, si se reducen los costos a niveles aceptables en sistemas de producción campesina.

La inversión de proyectos recientemente ejecutados y diseñados segun el método aquí expuesto está - todos los costos incluidos - entre $850 y $1 750 por hectárea, dependiendo de la topografía, extensión y grado de dispersión de los terrenos a regar. Pasa un caso estudiado de pastos cultivados, la introducción del riego tuvo como impacto estimado el incremento del ingreso neto de $350 a $450 anuales por hectárea. Esto demuestra que, con técnicas de producción aun bastante tradicionales, los costos son recuperables en un periodo relativamente corto, si pudiéramos contar con financiamiento a. tasas de intereses moderadas. Es oportuno fomentar este tipo de inversiones con cr6ditoa orientados a la tecnificación del riego para pequeños productores.

En el caso de que instituciones optaran por subsidiar el mejoramiento del riego, se recomienda que el subsidio sea solamente para aquellas inversiones duraderas de carácter comunal (bocatomas, líneas de conducción, obras de distribución), que son más difíciles de realizar con capital propio de los regantes.

En cambio, se recomienda que los equipos fijos y móviles a nivel de parcela (aspersores, líneas de presión, hidrantes, mangueras), es decir la parte de la infraestructura que está bajo el directo control de agricultores individuales, sean financiados por ellos mismos.

La presente guia puede ser utilizada por proyectistas que elaboran pequeños proyectos de riego por aspersión, sean ellos ingenieros civiles, agrícolas o agrónomos. Como habilidades se suponen presentes: Levantamientos topográficos; uso de computadoras (MSWINDOWS, EXCEL, SURFER) y algunos bases de hidráulica. Con el software mencionado, se facilita la elaboración de proyectos de calidad con mayor rapidez, y con menor costo.

La guía tiene dos partes: Parte I contiene algunas consideraciones de carácter técnico, económico y social para la identificación de proyectos de riego por aspersión en la Sierra. Además especifica algunos conceptos utilizados en la guia. Parte II describe paso por paso el procedimiento de diseño. En Parte 111 mencionamos algunas generalidades

relacionadas con el manejo de los sistemas de riego y apoyos a tos regantes en la fase pos ejecución.

1 Proceso de diseño

Este documento presenta paso por paso las etapas por lo cual pasa el proceso det diseño de un pequefio proyecto de iego por aspersión:

La primera etapa es el estudio de la pre-factibitidad. En esta etapa se tiene que determinar si las condiciones fisicas (disponibilidad de agua, topografia) y socio eoonómicas (acuerdo sobre uso de la fuente de agua, predisposición para tecnificar el riego, condiciones agronómicas), indican la viabilidad de un proyecto de riego por aspersión.

Levantamiento topográfico y catastral de la zona de riego y determinación de las características del suelo y del padrón de cultivos a regar.

Calculo de la demanda de agua de los cultivos previstos

Calculo del area neta regable con el agua disponible, y determinación del area a regar por cada beneficiario, en base al plano topograficolcatastral.

Calculo de la lámina de riego, del intervalo de riego, de la intensidad de riego, y selección de aspersores y su distanciamiento

Selección de los sectores de nego en función de la topografia, distribución parcelaria y area a regar por usuario. De allí sigue la ubicación de los reservorioslcámaras de carga para cada sector

Ubicación de los hidrantes para cada sector de riego, en base al equipo de riego móvil seleccionado (manguera con aspersores) y la topografía de cada parcela

Diseño de la red de distribución, de conducción, obras de arte, y líneas fijas (enterradas) de parcela, en base a un diagrama de caudales y presiones

Elaboración del presupuesto

10. Cálculo de la relación costo beneficio en base al presupuesto global, padrón de cultivos y fichas de rendimiento para cada cultivo seleccionado

El diseño es un proceso cíclico, en que se va varias veces "de abajo hacia arriba" y " de arriba hacia abajon entre el nivel parcela y el sistema, y requiere de mucha interacción entre el técnico y los (futuros) beneficiarios en cada etapa aqui descrito, antes de llegar a un diseño final satisfactorio para todos los interesados, incluyendo una relación favorable de los costos por hectárea.

Figura 1: Componentes de un sistema típico de r i e g ~ presurizado por gravedad.

2 El sistema de riego con sus componentes

Iniciaremos con la aclaración de algunos términos:

¿Qué es un sistema de riego?. El sistema tiene trescomponentes: La infraestructura, la organización para su operación y mantenimiento, y el sistema de producción agropecuario bajo riego. Esta guía trata los tres componentes en conjunto para que los proyectos sean sistemas de riego coherentes, es decir, cuyas partes forman un conjunto funcional.

¿Qué entendemos con pequeños sistemas de riego? El proceso de diseño aquí descrito fue hecho teniendo en mente un rango de tamaño de sistemas de entre X ha a 50 has. Para sistemas menores el proceso es demasiado engorroso: Bastaría en realidad tomar una manguera y un aspersor y ya se puede regar un área muy pequeña sin mayor estudio. Por encima de los 50 has consideramos que los métodos de evaluación (técnica y económica) presentados son insuficientes. Posiblemente se tendrán que incluir algunas etapas de estudio y de concertación que no se prevén aquí.

El aprovechamiento de la ladera para lograr la presurizacion por desniveles topográficos es el factor clave que nos permite diseñar en zonas montañosas sistemas de riego por aspersión a un costo bajo. Utilizamos la altura de las fuentes naturales de agua y tuberías para obtener la presión necesaria para los aspersores.

Otro elemento clave del concepto de diseño expuesto aqui es la distribución proporcional, es decir en flujos continuos, de los caudales de las fuentes de agua disponibles para el riego, entre usuarios individuales o pequeños grupos de 2 a 4 regantes. Con esta repartición del agua logramos que los gastos de cada regante sean limitados, porque los caudales repartidas son por lo general muy pequeñas y pueden aprovecharse con equipos de riego muy sencillos. Además se reducen los costos de las líneas de conducción y distribución porque desde el primer regante en el sistema los caudales se van disminuyendo y se reducen los diametros de tuberías. Ventaja adicional es la facilidad de la operación del sistema que requiere de ningún rnanipuleo de caudales a nivel de la distribución.

Revisaremos brevemente los componentes de un sistema típico (ver figura 1).

2.1 Captación (ver figura +A)

Podemos captar agua de manantiales (caudales de 0,2 litroslsegundo o mayores), quebradas, o canales de riego. En el último caso se debe asegurar que existe aceptación por parte del comité de regantes de asignar un caudal continuo al sector de riego a presurizarse, y el proyecto de riego por aspersión debe ubicarse en la parte del canal más cerca de su bocatoma para asegurar un caudal (semi) permanente al módulo de riego por aspersión.

Las captaciones de manantiales o quebradas pueden ser construidas de la misma manera que captaciones de agua potable. Captaciones de canales de riego tienen que ser equipados con un repartidor de agua (ver párrafo 8.4) para la separación y medici~n del caudal permanente asignado al sistema de riego.

2.2 Linea de conduccih (figura 7 - 4

Es el tramo de canal entre la captación y el primer tanque de repartición. Puede ser ejecutado como canal abierto (de tierra o concreto) o entubado. La última opción es generalmente preferible para evitar que el sistema trae sedimento a los sectores de riego

2.3 Tanques de repa/ficiÓn (figura 1-C)

Son obras de arte que distribuyen el caudal de sistema en varios caudales continuos en forma proporcional, de acuerdo a las supetficies de las áreas a regar de cada sector servido por estos tanques. Para la repartición proporcional de caudales se utilizan vertederos (caudales mayores) o orificios (caudales menores)

2.4 Red de distrfbución (figura I-D)

Son los canales (abiertos o entubados) que distribuyen el caudal de sistema a los diferentes sectores de riego. Podemos utilizar en sistemas entubadas obras adicionales como sifones, válvulas de limpia de y de desfogue, cámaras de rompe presión, etc. La capacidad de los canales o tuberías disminuye conforme se divide el caudal del sistema a los sectores.

2.5 Secfures de rrego (figura 7-E)

Son las unidades de riego que reciben un caudal continuo para regar. Al interior de los sectores de riego el caudal es aplicado mediante una linea de aspersores que es rotada para regar toda su superficie en forma intermitente. El sector de riego puede ser constituida de una o varias parcelas. En el último caso la distribución del agua entre parcelas es por turnos. El caudal permanente de un sector de riego es recibido en un reservoriolcamara de carga que se encuentra en la parte más alta del sector, donde se produce la presión necesaria para regar.

2.6 Resemrio /cámara de carga (figura 7-F)

El reservorio / cámara de carga cumple la doble función de cámara de carga, donde se produce una presión constante para el sistema de riego presurizado del sector, y proporcionar el caudal "pedido" por los aspersores que se tiene funcionando en el sector. Cualquier desequilibrio que puede ocurrir entre el caudal fijo que recibe el sector de riego de su tanque de repartición, y el caudal pedido por los aspersores es absorbido por el reservo rio.

Los hidrantes son los puntos de conexión de una linea de riego móvil en las parcelas a regar. Son equipados con una válvula y un acople rápido para una manguera. Desde un hidrante se pueden servir varias partes de la parcela, si son ubicados en lugares estratégicos. Los hidrantes son conectados entre ellos y con la cámara de carga con tuberías enterradas.

2.8 Línea de riego qo, enterrado (Plgra I-H)

La linea de riego fijo distribuye el agua por todo el sector de riego, entregando el caudal de riego mediante los hidrantes a las líneas de riego móviles en forma presurizada. Consiste de tuberías de PVC enterradas cuyos diámetros con calcülados de tal manera que en cada hidrante existe la presión suficiente para los aspersores. En algunos casos se tendrán que instalar cámaras de rompe presion.

2.9 Línea de riego m óvi/ (Plgura 1-0 La linea de riego móvil consiste de una manguera con aspersores montados sobre

ella. Es conectada a los hidrantes para regar, en forma rotativa, todo el sector de riego. Si el sector de riego consiste de varias propiedades la línea de riego móvil es compartida entre los usuarios del sector.

3 Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado

En el riego presurizado se pueden distinguir muchas diferentes modalidades, siendo las tres más relevantes para la Sierra: riego por goteo, riego por micro aspersión, y riego por aspersibn. La aplicación de cada una de las tres está sujeta a criterios distintos, porque cada uno tiene características tecnicas diferentes, aplicaciones distintas, y costos por hectárea diferentes.

Hasta hace algunos años atrás las experiencias con riego presurizado en la Sierra del Perú eran principalmente con aspersión, y recientemente el INlA está desarrollando una experiencia interesante con riego por goteo. Pocas experiencias son evaluadas y documentadas. Se puede afirmar que hay una fuerte urgencia de evaluaciones técnicas, agronómicas, económicas y sociales de estos tipos de riego en el medio que nos interesa aqui. Provisoriamente se presentarán aqui algunas consideraciones para orientar la elección entre los diferentes métodos de riego.

Seleccionar una de las tres depende de una gama de factores entre los cuales señalamos como mas importantes:

Tipos de cultivo

Costos de inversión por hectárea

Costo real del agua

Presiones disponibles

3.7 Tipos de cultivo

En general, por ser sistemas fijos o semi-fijos (es decir, fijos durante una campaña agrícola), riego por goteo y micro aspersión son adecuados para cultivos permanentes y semi-permanentes, en lo cual se requiere una aplicación de agua localizada en la zona radicular de las plantas. Se puede pensar en arboricultura, viñas, viveros, invernaderos, etc.

También hay experiencias en cultivos de papa y hortalizas (INIA) pero por ser fijo por lo menos durante la campaña del cultivo hay que tener toda el área cubierta con los dispositivos de riego lo que hace que la inversión sea mayor que en sistemas móviles con aspersores. En cultivos intensivos y rentables, por ejemplo hortalizas en zonas templadas o cálidas, se puede justificar el riego por goteo o micro aspersi6n.

En los cultivos más intensivos, una ventaja adicional del riego por goteo es su aptitud para aplicaciones de fertilizantes.

Riego por aspersión es aplicable en la mayoría de los cultivos anuales, y también para pastos cultivados puede ser recomendable en casos donde el agua es escaso y donde las técnicas de riego superficiales resultaran insatisfactorias por las condiciones topográficos, del suelo, caudal de riego, etc.

Para los cultivos susceptibles a hongos tenemos que tener en cuenta las ventajas comparativas que el goteo presenta en comparación con un riego por encima de las hojas.

Como una primera orientación, presentamos en el Cuadro 1 algunas indicaciones sobre tecnicas de riego y su aplicación en diferentes cultivos.

Cuadro 1: Técnicas de riego más indicadas para algunos cultivos CULTIVO 1 GOTEO 1 MICRO-ASPERSION 1 ASPERSION

Arboles frutales [ X Viveros Pastos Zanahoria Betarraga

3.2 Costos de inverddn por hectha

x

X X X

1 X X X X

I

Rocoto Vi Aas l nvemaderos

Como sistemas por goteo y por micro aspersión son fijos, estos requieren una cobertura completa del área a regar. La distancia entre líneas y entre emisores depende mucho del tipo de cultivo y de las distancias entre sus plantas. En árboles frutales el distanciamiento entre líneas y entre emisores puede subir hasta 8 o 9 m, mientras que en horticultura puede haber tan sblo 0,2 m entre emisores y 0,75rn entre líneas. Se deja entender entonces que el tipo de cultivo influye mucho en la inversión por hectárea de estos sistemas, mientras que en sistemas móviles con aspersores la variación en espaciamientos no influye mucho en los costos del sistema.

1 X X X X

Alve j a Papa Rnnolln

Como consecuencia de muchos factores, los costos por hectdrea de cada tipo de sistema pueden variar considerablemente. Sin embargo, la tendencia de sistemas presurizados es la siguiente ranking de costos por hectárea:

X X X X X X

l

Micro aspersibn ] Mediano - alto

Cuadro 2: Ranking de costos por hectárea de sistemas de riego presurizados

Tipo de sistema

Riego por aspersibn

3.3 Costo rea/ de/ agua

Ranking de: bajo costo alto costolha

Bajo - mediano

Goteo

Una indicación de eficiencias que se logran con tos diferentes tipos de riego es: Riego por aspersión y microaspersión: 65%-75%; riego por goteo: 85016-90016.

Bajo - alto (bajo d l o en cultivos permanentes de distanciamiento alto)

Un factor que influye en la selección es por lo tanto, el valor productivo por m3 de agua, que depende factores: Et valor de la producción agrícola por cada m3 de agua consumido por el cultivo, y la escasez del agua.

Estas apreciaciones nos conducen a tener una indicación inicial para el uso de las técnicas en la Sierra: goteo en zonas m& cálidas donde las fuentes de agua son mas escasas con caudales limitados, y donde las oportunidades de producciones de aito valor sean mejores (diversificación, mercado); el riego por aspersion tendria mejores condiciones de aplicabilidad en zonas de altura, para el riego de pastos, forrajes y cultivos tradicionales. Mimo aspersión sería especialmente apropiado para el riego de viveros, huertos, invernaderos, etc.

3.4 Presiones Disponibles

Conforme la forma de administrar ei agua, los sistemas de riego por goteo pueden funcionar con presiones mínimas, mientras que el riego por aspersión requiere presiones relativamente elevadas. Micro-aspersión ocupa una posición intermedia.

En sistemas por goteo, existen ahora emisores que autoregulan la presión, que se autolimpian etc., y por lo tanto las descargas no cambian en un rango largo de presiones. En rnicro aspersores y aspersores las descargas varian bastante entre las presiones mínimas y máximas permisibles. La presión mínima con que trabajan aspersores depende entre otras cosas del material de confección: mas ligera que sean (plástico), menos presión que se requiere para que funcionen satisfactoriamente. En sistemas presurizadas por gravedad generalmente es recomendable implementar aspersores ligeras, ya que muchas veces no contamos con las presiones de 2 a 2,5 Bar que son normales en sistemas de aspersión.

3.5 Síntesis

Como resumen, el cuadro siguiente da algunas características de los 3 tipos de riego presurizado.

Cuadro 3: Características de sistemas de riego presurizados

GOTEO Presiones entre 4m y 35m Sistemas fijos

Descarga por emisor entre 0,7 y 4,5 Ilh Vida útil de cintas : 2 años

Se presta para zonas mas calidas para poder producir con facilidad diferentes cultivos. Apropiado para sistemas muy intensivos de producción, en zonas más cálidas, aplicando fertilizantes a través de los emisores . Mas adecuado para invernaderos, arboricultura y cultivos permanentes. Costo: $850 a $30001ha (sistemas INIA).

MlCRO ASPERSION Presiones entre 7m y 30 Distanciamiento entre aspersores 1 3 -5 m.

Sistemas fijos (por lo general). Area mojada por aspersor: Entre 0,5 y 25 m2 Descargas por aspersor entre: 33 y 333 Wh Precipitacidn alta (> 15 mmlhora)

Se presta para viveros en todos los pisos altitudinales y para cultivos en zonas más cálidas, donde se puede producir con facilidad una variedad de cultivos. Adecuado para invernaderos grandes. Costo I $30001ha hasta + $55001ha (viveros forestales).

ASPERSION Presiones entre 12m y

Distancia entre líneas y aspersores: De acuerdo al tipo de aspersor (7-20m). Area mojada por aspersor: entre 50 y 200m2.

Descarga por aspersor: entre 0,0625 y 0,9 11s (225 a 3240 Vh)

Precipitaciones altas y bajas (hasta 3 mmlhora)

Sistemas móviles.

Se presta para pastos y cultivos en todos los pisos altitudinales. El viento puede bajar considerablemente la eficiencia.

Costo: $850 a $1 75Olha.

3.6 Conversión a riego por aspersion en canales de riego por gravedad

En muchos casos, el agua que se pretende emplear para riego por aspersión proviene de canales de riego, con un turnado establecido. En estos casos la propuesta de diseño generalmente es, almacenar el turno de riego en un reservorio para utilizar el volumen almacenado mediante aspersion. Esta opción conlleva inevitablemente al costo adicional de una estructura de almacenamiento (salvo en casos que ya existe), y compromete fuertemente la relación beneficiolcosto. Un ejemplo puede ilustrar esto:

~emp/o: E/ Caudal de/ cana/ es: 15 Ys E/ turno de riego es: 4 horas cada 9 dias E/ caudal continuo equivdente es: f5 * 4 = 0,278 //S

9 *a4 Area regabe con este muda/ cuando el modulo de nego es 0,46 Ydha (ejemp/o pár. 3.4): 0,278 = O, 6 ha

a46 Vo/umen de almacenamiento = 3600 * 4 * (75 - 0,278) = 2 7 1997 /if (2 72 m3) E/ costo de un reseworlo de 2 72 d, utihzando geomembrana, estimamos en $800, entonces e/ a/macenamiento aumenta el costo de /a in versi& por ha con:

$800 = $7333 /ha 0,6

E/ costo por hectárea de la inversiun en riego por aspeisidn se duplica

Este ejemplo demuestra que la opción de utilizar turnos de canales con riego tecnificado, utilizando reseworios para almacenar el turno de riego, incrementa fuertemente los costodha y por eso no se recomienda esta alternativa salvo en casos excepcionales (por ejemplo donde ya existen reservarios de suficiente volumen o cuando pueden construirse a muy bajo costo).

Al no existir estas circunstancias, quedan dos posibilidades:

a) Realizar módulos presurizados en sectores del sistema que pueden contar con un caudal permanente o casi permanente, derivado de un tramo inicial del canal. Podemos tomar como criterio que por lo menos durante 75% del tiempo haya agua en el punto de captación para los sectores presurizados.

b) Modificar la distribución del agua en todo el sistema de un el turnado del agua en un sistema de flujos continuos a sectores de riego presurizado.

Ambas soluciones por lo general encuentran con resistencia de ciertos grupos de usuarios y por lo tanto podemos concluir que la conversión del riego en sistemas de riego por gravedad existentes es un ejercicio complejo que requiere de una reflexión profunda entre regantes y profesionales de apoyo. De ahí nuestra recomendación de iniciar en cualquier ámbito de intervención la tecnificación del riego con las fuentes de agua menores, de 0,5 a 10 litlseg, ya que estas fuentes aprovechadas con sistemas de riego por gravedad normalmente presentan serias dificultades, por un lado, y por otro involucran a menos regantes. Conforme la población de la zona comprueba las ventajas del riego tecnificado, puede adoptar decisiones para la conversión de sistemas mayores.

PARTE II: PASOS DEL DISENO

1 Estudio de pre-factibilidad

La identificación de proyectos de riego tecnificado, debería pasar por un inventario de las fuentes de agua a nivel de caserio/comunidad, en que se aforan los caudales en estiaje y se determinan los usos actuales y potenciales. Luego se hace un taller comunal de planificación del uso de agua. En esta fase se puede detectar los intereses de la población en riego tecnificado, y se puede ver si hay fuentes de agua disponibles exclusivamente para riego, o si en caso contrario se presentan posibilidades para sistemas de uso múltiple en que se combinaría agua potable con riego tecnificado.

Puntos de partida para el desarrollo de riego tecnificado son los siguientes:

Se busca desarrollar riego tecnificado en un primer instancia a partir de fuentes Y manantiales, y no tanto a partir de canales de regadio, dado la complejidad relacionado a la introducción de riego tecnificado en los Últimos (ver capitulo anterior).

Se partirá del principio de que los beneficiarios contribuyan financieramente a la inversión en riego tecnificado, especificamente los equipos que se instalen en sus propios parcelas, por ser esto un factor clave para la sostenibilidad de las inversiones. De no procederse de esta manera, el momento de desgastarse los equipos de riego móvites o dañarse los hidrantes por cualquier descuido, probablemente significara el fin de la vida útil del proyecto. Para lograr eso se puede buscar formas para facilitar esta contribución financiera, por ejemplo mediante un programa de créditos.

Antes de tomar la decisión de elaborar el estudio técnico de un proyecto de riego, se tiene que saber en base a un diagnóstico de campo en que se recoge información clave, si el proyecto tiene probabilidad de ser viable. El proyecto tiene que tener aceptación social, y sobre los siguientes puntos debe haber acuerdo entre la institución y la población antes de iniciar la elaboración del expediente técnico:

Identificación de posibles beneficiarios

Repartición de agua y de tierras

Participación financiera de los beneficiarios en la inversión del proyecto

De igual manera, se tiene que verificar la factibilidad técnica del proyecto: Caudal disponible en estiaje y área regable, topografía y cultivos a ser irrigados.

Se debe tener una idea sobre los beneficios a generar con el proyecto para determinar la inversión permisible por hectárea.

Ciertas cosas se determinaran recién con el estudio detallado del proyecto, por ejemplo la participación de algunos agricultores cuyos terrenos están ubicados relativamente lejos y el costo por hectárea que implicaría su inclusión.

Un formato que puede ser utilizado en el estudio de pre-factibilidad de pequeños proyectos de riego por aspersión, que cubre aspectos sociales, técnicos y economicos, se presenta en anexo 1, Veamos a continuación cada uno de estos aspectos:

1.1 Componente Socia/

Se tiene que asegurar la aceptación de la propuesta de riego tecnificado por parte de los futuros beneficiarios y beneficiarias. Su convicción de asumir el cambio tecnológico y de las consecuencias de este para las economías de sus unidades de producción agrarias, se puede comprobar entre otros al verificarse si los productores están dispuestos a contribuir financieramente al proyecto (a parte de la m a m de obra), con fondos propios o mediante un crédito.

Un aspecto importante es la disponibilidad real de la fuente hidrica prevista, en términos legales y sociales. ¿Hay consenso entre los actuales usuarios y usuarias de la fuente que deseen el cambio tecnológico?, ¿todos(as) están dispuestos(as) a contribuir con las aportaciones requeridas?, Lincrementaria el numero de regantes?, etc. Desde el inicio tiene que ponerse en claro quiénes se beneficiarían y quienes no, dependiendo también de la ubicación topográfica de las parcelas.

Un aspecto importante de tomar en cuenta es la ubicación de las parcelas a regar relativo a las viviendas, porque los equipos fijos y móviles de parcela dificilmente se conservarán sin la atención permanente de los regantes.

Es indispensable tomar el tiempo para tener conversaciones amplias con los futurbs beneficiarios(as) sobre estos asuntos.

1.2 Pre facfibifidad Técnica

Se evalúa la disponibilidad de agua, el uso potencial de la fuente, el área total regable con el agua disponible, el área regable por usuario, las presiones disponibles, grado de dispersión de las parcelas a regar, el riesgo de erosión, y el viento.

1.3 Pre facfibi/idad económica

Se evalúa el incremento neto en área regada con la implementacion del riego tecnificado, y se hace una proyección de los tipos de cultivo que se piensa poner con sus respectivos rendimientos para determinar inversiones por hectárea permisibles.

2 Levantamiento topográfico y catastral

2.1 Introducción

El levantamiento topografico/catastraI de la zona a regar, y de las fuentes de agua, es indispensable para lograr un buen diseño de un sistema de riego presurizado. Para obtener un resultado con mayor rapidez, se puede aplicar el diseño de mapas con uso del paquete de dibujo topográfico SURFER. Con este programa se puede procesar los datos topográficos de campo, previa su conversión en coordenadas XYZ, y construir el mapa de curvas de nivel a cada formato deseado.

2.2 Escala

La escala más adecuada del mapa topográfico es de 1 : 1000, pero en algunos casos podemos optar por un mapa a escala 1:2000, en el caso de que la zona de riego es mayor a 40 has aproximadamente.

2.3 Elementos del terreno a mapear

El diseño del sistema de riego presurizado requiere los siguientes elementos a ser incorporados en el mapa topográfico (ver ejemplo, Figura 2):

Curvas de nivel cada 5 metros

Límites de parcelas

Areas a regar y no regables (casas, parcelas de personas no involucradas, áreas rocosas, bosques, áreas demasiado inclinadas o pantanosas, etc.)

Fuente(s) de agua

Cada una de estos elementos tienen que estar claramente indicados con líneas, colores, sombreados, etc. y acompañados con una leyenda.

La densidad de puntos del terreno a tomar depende de la topografía. Con una topografía bastante regular pueden bastar puntos de limites de parcelas (cada 20 a 50 metros de lindero), pero donde la topografia es irregular (lomos y valles dentro de la misma parcela), o donde hay áreas en la parcela que no serán regadas, sera necesario medir puntos adicionales.

2.4 Organización del Ievantamiento

Para la organización del levantamiento, se acuerda con la comunidad beneficiaria el día del levantamiento, y el numero de personas y materiales necesarios. Tienen que presentarse el día del levantamiento todos los potenciales regantes para evitar que algunas parcetas no sean delimitadas, y los reclamos posteriores que puedan hacer sus dueños.

En cada estación de teodolito se deja un hito de concreto pintado para futuras referencias (replanteo de las obras proyectadas). En áreas grandes (mas de 50 has) puede ser conveniente levantar primeramente un polígono de estaciones, y después levantar las parcelas. Además se recomienda determinar de algunos hitos sus coordenadas UTM (aproximadas) utilizando un GPS. Esto permite ubicar con mayor facilidad la zona del proyecto en la carta nacional y sirve también para chequear el polígono.

Figura 2: Ejemplo de un mapa topogrAficolcataslal para un proyecto de riego presurizado

2.5 Croquis

Es de mucha importancia elaborar durante los levantamientos croquis detallados de todos los detalles levantadas, con los números de puntos que coincidan con los de la libreta

E? topográfica.

En levantamientos que comprenden variias estaciones (puntos donde se

€6 ubica el teodolito), se debe además incluir a parte, un diagrama de estaciones en forma de polígonos (ver figura 3).

figura 3: Ejemplo de un diagrama de estaciones en forma de poligonos

2.6 Anotación de lecfuras en la libreta de campo

El nombre de la estaciún aparece solo en la primera fila de una serie de puntos tomados de la estación. Debajo del nombre de la estacion apuntamos la altura del eje del teodolito sobre la estaca sobre la cual esta centrada la estacion.

Ejemplo:

Cuando se ubica una nueva estacibn, las lecturas correspondiente con este punto, desde la estación anterior, son marcadas con vista adelante. Desde la nueva estacion, se realiza primeramente una vista atris hacia la estacion anterior, u otra estación previamente utilizada, y se pone en cero el ángulo horizontal.

2.7 Dibujo topográfico con SURFER

Una forma para facilitar bastante el trabajo de procesamiento de datos topográficos es con el uso del paquete de software SURFER. Este programa genera mapas topograficos con curvas de nivel. Para el ingreso de datos en el programa SURFER es necesario la conversión de coordenadas polares (ángulos y distancias) en coordenadas ortogonales (X, Y, Z). Para tal fin se requiere de un programa de conversión de datos topograficos. Hay varios programas que realizan esta operación, entre ellos un programa elaborado en PRONAMACHCHS Cajamarca, llamado PUNTO, que funciona bajo FOXPRO.

Distancia inclinada

2 I

35

80

I 09

/ O /

99

Nombre estación

E-2

Rtcma tcrd

= 1.51 m.

r i a ta aCde

ea E- ?

Una vez generado la base de datos con coordenadas XYZ, esta es procesado por SURFER para producir, primeramente una malla de coordenadas XYZ representando el modelo topográfico del terreno (con el procedimiento [grid]), y luego el plmo con curvas de

Nombre punto

I

2

3

4

5

C-3

Observación

waríaa8~at

?%la adcd.

lectura mira

2

2

3

2

2

2

Angulo horizontal ngulo vertical

grados

I o

9 9

110

123

120

150

segundos

0 0

00

30

Minutos

35

20

O 1

30

I O

05

grados hinutos

92

102

segundos

30

50

00

30

30

50

75

100

94

32

55

40

nivel (escoger [contours] del menu [plot]), y los puntos numerados del levantamiento ([post]). Entre estos puntos numerados se trazan luego los linderos de las parcelas.

SURFER tiene algunas posibilidades de dibujo, que podemos utilizar para dibujar los limites de las parcelas, otros elementos relevantes como casas, caminos, quebradas, bosques, etc. y además para dibujar en el mismo plano los componentes del sistema de riego como son: Líneas de conduccibn, obras de arte, reservorios, hidrantes y líneas fijas de parcela. Para trabajos de diseño mas amplios y para proyectistas que se dedican con mayor frecuencia al dibujo computarizado conviene cargar los planos topograficos elaborados con SURFER en AUTOCAD para realizar los trabajos de diseño.

2.8 Cá/cuIo de /a superficie de las parcelas

Para los próximos pasos del proceso de diseño necesitaremos las superficies de las parcelas levantadas. Para eso podemos utilizar un planimetro, o cuando no se cuenta con este instrumento podemos planimetrar con papel milimetrado transparente.

Se coloca el papel milimetrado encima de la parcela y se cuentan los cuadrículas de centimetro cuadrado que caben dentro de la parcela. Las cuadrículas que caben parcialmente se cuentan como '/r, %, o %. Luego se suman todas las cuadriculas y se multiplica por el área representada por un centímetro cuadrado (si la escala es de 1: 1000, un centímetro cuadrado representa 100 metros cuadrados).

Luego se resumen los resultados de esta operación en un cuadro.

Cuadro 4: Superficies de las parcelas

Proyecto: Fecha levantamiento:

Se reserva una Ultima columna para introducir el resultado de la determinación de las &reas que realmente se podrán regar, en función del caudal disponible, los requerimientos hidricos del padrón de cultivos seleccionado y las áreas regables de cada usuario.

Caserío: caudal disponible: Litlseg

2.9 Utifizacibn de fotografías aéreas

De gran utilidad en la realización de los levantamientos topográficos son las fotografías aereas utilizadas actualmente por el PETT (Programa Especial de Titulación de Tierras). Las fotos permiten la delimitación de las parcelas en el campo previa su levantamiento con los instrumentos topográficos, y ayudan a obtener un resultado más confiable en menos tiempo. Zonas no regables se pueden a veces delimitar directamente de las fotos sin necesidad de ubicación de puntos topograficos (bosques por ejemplo). Por lo tanto, una práctica sensata es averiguar antes del levantamiento topográfico si hay fotografias disponibles. Este esfuerzo vale la pena, especialmente cuando las áreas a levantar son mas extensas.

Parcela No

TOTAL

Area regable (ha) Area a ser regada (ha)

Beneficiario Area total (ha)

3 Demanda de agua

3.1 Plan de culfivos por usuario

Aunque en este momento no sabemos exactamente cual es el area que se puede regar, lo que si sabemos a partir de la ficha de pre-factibilidad es cuantas familias están interesadas y podrán razonablemente beneficiar del proyecto porque cumplen con los criterios establecidos. También tenemos una idea aproximada del area total a regar y del área regabte por familia, datos que van a tener que ser determinados con más precisión en los capitulos siguientes.

Se tiene que determinar en una primera instancia cuáles son los cultivos que los

Ejemplo: El agricultor Juan Alvarez todavía no sabe exactamente cuantas hectáreas podrá regar con el futuro proyecto de riego por aspersión, pero su idea es poner en la mitad del terreno (50%) maíz, y en la otra mitad (50%) alfalfa.

agricultores quieren poner con el riego por aspersión, y más o menos en que proporción del área a regar. También se tiene que definir la cédula de los cultivos, es decir los momentos de siembra y de cosecha. Se establecerá el cuadro siguiente:

Cuadro 5: Plan de cultivos

Proyecto: Caserío: Nombre agricultor:

Cultivo 1 % del area a renar 1 epoca de siembra 1 b o c a de cosecha

1 Total: 100%

Eso nos dará para el conjunto de los usuarios el plan de cultivos que se piensa poner.

3.2 Definición del ETP, el Kc y la eficiencia de riego

La evapotranspiración potencial referencial ETP, un valor que indica el consumo de agua de un cultivo referencial (pasto cultivado) está en función a factores climáticos incluyendo (en orden de importancia) insolación, temperatura promedio diaria, humedad relativa, viento, y se expresa en milimetros por día (mmldia). Para las condiciones de los Andes ecuatoriales, la altura, por su fuerte influencia en la temperatura promedia diaria, es el factor que más influye en los niveles de ETP.

Tomando referencia a investigaciones hechos en el valle de Cajamarca, en lo cual se ha determinado un ETP de 3,5 a 4 mmldia a un 2750 msnm, y notando que con Pennman y Hargreaves se calcula para Cajamarca a una altura de 2500 msnm una ETP de aproximadamente 3,5 mmldía, se puede establecer la relación siguiente entre ETP y altura, sin equivocarse mucho:

Altura Cuadro 6: Valores estimados de ETP mmldia

(condiciones de Cajamarca} en funci6n de altura 2500

3500

Para zonas intermedias habría que interpolar entre estos valores.

Con tos coeficientes de cultivo (K,) se puede determinar los requerimientos de agua de un cultivo en cada etapa de su ciclo vegetativo. El K, es un factor que corricie la evapotranspiración potencial referencia1 para un cultivo diferente al pasto cultivado, tomando en cuenta características específicas del cultivo y las etapas de su ciclo vegetativo.

Para diseñar un sistema de riego normalmente se toma la fase de desarrollo del cultivo con el requerimiento mas alto, a fin de estar seguro que el cultivo no carezca de agua. Sin embargo, en la práctica campesina, en situaciones con limitada disponibilidad de agua, y además condiciones sub optimales del desarrollo de los cultivos por otros factores (fertilidad del suelo, calidad de semillas, condiciones fitosanitarias), conviene disminuir ligeramente los niveles de requerimiento hídrico calculados con las tablas de FAO. Para ello, podemos tomar como referencia el requerimiento promedio de los cultivos sobre su ciclo vegetativo para estimar el consumo de agua en las parcelas. El Cuadro 7 muestra para algunos cultivos el coeficiente de cultivo K, promedio.

Cuadro 7: Valores de coeficiente de cultivo promedio K,

CULTIVO Alfalfa Alverja Avena Berenjena Caña de azúcar Cebada Cebolla seca Cebolla verde Col Espinaca Frijol seco

CULTIVO Frijol verde ~echuga Lenteja Maiz dulce Maiz grana Papa Pasto Pimiento Rábano Trébol Trigo Zanahoria

Para un plan de cultivo con varios cultivos a la vez se tiene que estimar el consumo total de las parcelas con el porcentaje de cubrimiento que tiene cada cultivo:

Qemplo: una parcela con 40% alfalfa y 60 % papa tendrá un coeficiente de cultivo total de 0,4 x Kc alfalfa + O,6 x Kc papa: Kc pmmedio = 0,4 x O, 9 + O, 6 x 0,83 = O, 86

3.3 Eficencia de nego

Para determinar la eficiencia de un sistema de riego por aspersión se toman en consideración las perdidas de agua que ocurren mayormente a nivel de la parcela, porque la conducción entubada desde la fuente minimiza las perdidas a este nivel. En condiciones normales podemos asumir una eficiencia del 75%. Sin embargo, bajo ciertas condiciones la eficiencia puede ser más baja:

Presión: Eficiencias de aplicación de 75% son obtenibles con un buen distanciamiento de aspersores y tendida de líneas de riego, si las presiones de trabajo de los aspersores son apropiadas, es decir entre 20 y 30 metros de carga de agua. Presiones demasiado bajas causan menor uniformidad de la distribución del agua entre los aspersores y la consecuencia es que la eficiencia baja. Donde la presión de trabajo de los aspersores esta entre 1 y 1,5 Bar (ocurre donde el desnivel entre la fuente y la parcela a regar es insuficiente), podemos contar con una eficiencia de entre 65% y 70%.

Efectos de borde: En el caso de pequeñas parcelas y aspersores con diámetros de humedesirniento grandes, pueden haber importantes perdidas en los bordes: para tener un buen humedecimiento de toda la parcela, es inevitable regar una franja alrededor de la parcela que recibirá menos agua que la parcela misma (ver Figura 4). Se puede solucionar eso escogiendo aspersores sectoriales, aspersores con diámetros más pequeños, o plantar en esta franja otros cultivos que se adapten al riego deficiente y aprovechen el agua al máximo (var~ Drunen, 1998).

Figura 4: Franja exterior con menor intensidad de riego en una parcela de riego por aspersibn

Viento: En zonas con vientos fuertes, la eficiencia de riego se verá afectada por la perdida de las gotas de agua que el viento lleva fuera de las parcelas de riego. El efecto del viento es mayor con aspersores que pulverizan mucho del agua. Esto ocurre cuando las boquillas son menores (de 1 a 3 mm), y cuando las presiones de trabajo de los aspersores son mayores Otros factores importan!es son el 5ngulo de la boquilla con respecto al hoiizonte y la altura de elevación del aspersor. Un anguio mayor y una elevación mayor ambos producen una mayor elevación del chorro en el aire. y una mayor

Foto 1 El efecto del viento sobre la iiniformidaa de riego en la parcela

exposición al viento. Puntos de atenci6n en zonas donde se presenta este problema por lo tanto son: 1) Adecuada selección de aspersores: Boq~illas con diámetro mayor (24mm) y ángulo pequeño (1 20'); 2) Cuidado en la selección de loa diámetros de las tuben'as de presión a fin de evitar presiones dinámicas demasiado altas en los hidrantes; 3) Selección de la altura del elevador (lo mas bajo posible); 4) Crear suficiente posibilidad de almacenamiento en las cámaras de carga para permitir la suspensión del riego durante las horas del día con más viento; 5) Distanciamiento entre aspersores mas pequeños; 6) lnstalacibn de barreras de viento

Al no solucionar los puntos arribamencionados, la eficiencia puede quedar muy por debajo de los valores referenciales utilizados para riego por aspersión.

3.4 Definicidn de la demanda de agua de la parcela y del módulo de/ sistema

Con la información de los capítulos anteriores, se puede determinar ahora la demanda de agua a nivel de la parcela y a nivel del sistema.

La demanda de agua de una parcela con determinado cultivo esta dada por:

L, = ETP k, donde:

L, = Lámina neta (mmldía)

ETP= Evapotranspiración potencial referencia1 (mmldia)

K, = Coeficiente de cultivo promedio de las plantas

L, da la demanda neta de agua del cultivo. Para saber la cantidad de agua que se tiene que dotar a la parcela, la demanda bruta, se debe dividir la demanda neta por la eficiencia del sistema (ver párrafo anterior):

Lb = Ln * 100 Eff

Lb = Lámina bruta (mmldia)

Eff = Eficiencia del sistema (%)

El modulo de riego se calcula a través del razonamiento siguiente: Una lamina de 1 mm de agua por día en 1 hectárea equivale a un volumen de agua de

0,001 x 100 x 100 = 10 m3 = 10 000 litrosldía.

1 día (24 horas) tiene: 24 x 60 x 60 = 86 400 segundos

Por hectárea, 10 000 litros/ día equivalen a

10 000 = 0,116 litroslseg. 86 400

Entonces, una dotación de 1 mmldía equivale a un caudal fijo de 0,116 IitrosJseglha.

El módulo de riego de una parcela (M,) esta dado por:

M, = Mádulo de riego

Lb = Lámina bruta

Evapotranspiracion de la parcela = L, = ETP x k

L, = 2,6 mmldía = 26 000 IitldíaJha

=26 000 = 0,3 litíseglha 86 400

Ejemp/o:

Supongamos que un agricultor quiere hacer una parcela con riego por aspersión con 50% papas, 25% alfalfa y 25% col. su parcela se encuentra a 3000 msnm. Como /a topografía no permite obtener una presión óptima en todas las partes del sistema estimarnos la eficiencia de riego en 65%.

La ETP en esta parcela será 3 mmldía (interpelado del Cuadro6).

El coeficiente de cultivo promedio Kc en esta parcela sera (véase Cuadro 7)

K, = 0,5 * 0,83 + 0,25 * 0,9 + 0,25 * 0,86 = 0,86

L, = ETP * K, = 3 * 0,86 = 2,6 mmldía

Lb = L, * 100 = 2,6 * 100 - 4 mm/dja Eff 65

4 Area neta regable

4.1 E/ caudal de diseño del sistema

En las zonas Altoandinas al que se dirige esta guía, el agua es un recurso escaso y normalmente se presenta en forma de pequeñas fuentes o manantiales, en rios y quebradas. Donde no hay nevados que alimentan las fuentes naturales de agua, existen casi siempre fuertes fluctuaciones de caudal entre la estaciun lluviosa y la época de estiaje. Las áreas que se pueden regar con estas fuentes dependen en gran medida del flujo base, es decir el caudal que permanece después de algunos meses en que no se han recargado los acuíferos. Un indicador para la potencialidad de las fuentes de sostener determinado área con riego es su caudal de estiaje (meses Agosto a Noviembre).

Es necesario analizar de cada fuente cuáles son sus otros usos, a parte del riego. Véase la ficha de evaluación de la pre-factibilidad de un proyecto de riego por aspersión, anexo 1. Hay que tomar en cuenta el plan de cultivos que se proponen los agricultores, y analizar cómo la cédula de los cultivos se relaciona con la disponibilidad de agua en los diferentes épocas del año.

En MayolJunio, cuando terminan las lluvias y empieza la campaña de riego, los caudales son todavía altos. En los meses de Agostolsetiembre, los caudales bajan hasta su mínimo, limitando el área a regar al mínimo también. Entre Octubre y Febrero se realiza la campaña grande con el agua de lluvia. En esta época el riego suplementario se aplica en periodos cuando las lluvias se ausentan (los llamados veranillos).

Para los sistemas de riego por aspersión alimentados por fuentes de agua con mucha fluctuación podemos tomar como caudal de diseño los medidos a pocos meses de haberse ausentadas las lluvias (Junio - Julio para el caso de Cajamarca). O podemos tomar entre 1,2 y 1,3 veces los caudales mínimos de estiaje. Así aprovecharemos la mayor disponibilidad hidrica en Mayo-Julio y durante los veranillos en época de lluvias. Pero no debemos sobre dimensionar demasiado el sistema, ya que esto aumenta los costos y no se puede permitir que una infraestructura costosa quede subabastecida con agua durante la mayor parte del año. Hay que tener en cuenta también que al inicio de la época de estiaje por lo general la demanda de agua aun no es muy fuerte.

La decisión sobre el dimensionamiento del sistema en función al caudal mínimo de estiaje medido, deberá ser tomada en diálogo con los futuros beneficiarios y con juicio, analizando la utilización del agua de riego en las diferentes épocas del año, los costos, etc.

4.2 El área total regable

El área regable del sistema esta dada por:

A = Q (Ha) M,

A = Area regable (Ha)

Q = Caudal (11s)

M, = Módulo de riego (Ilslha)

1 Ejemplo:

Con los datos de/ ejemplo de/ mpifu/o 3, tenemos un? fuente de agua que es 700% utihiab/e para riego y fiene en setiembre un caudal de 2,5 /s. Se acuerda dimensionar e/ sistema para un muda/ 20% mayor a/ caudai mínimo medido. E/ área a regar sería dado por

Caudal de úisefio:

Q = 2,s + 20% = 3 11s

A = 3 = 6,5 Ha. 0,46

4.3 E/ área regab/e por parcela

Una vez determinado el área total que se podrá regar con el caudal disponible, se tendrán que fijar las áreas netas de cada usuario. Hay varias formas para determinar la distribución del area total regable entre usuarios, de los cuales podemos mencionar los tres variantes más relevantes:

La forma equitativa, en que cada usuario regara el mismo área. Eso se aplica cuando cada uno de los usuarios tiene mucho más terreno de lo que se puede regar con el caudal disponible.

La forma proporcional, de acuerdo al area total que tiene cada uno: Se aplica cuando el área que puede regarse con el caudal disponible se aproxima al área total regable de los agricultores.

La forma limitativa: Se irriga todo el área de las parcelas hasta un cierto tope definido por el area regable con el caudal disponible. Recomendable cuando hay grandes diferencias en las áreas de las parcelas.

Cuadro 8. Ejemplo de las tres formas para distribuir el área a regar

Cuando el caudal de la fuente es tan pequeño que no se justifica economicamente su distribución por parcelas dispersas, existe la opción de establecer de una parcela comunal donde se concentra el area regada para el grupo de usuarios previsto. Sin embargo se debe advertir que este tipo de solución es complejo socialmente, en teminos de quién dará el terreno, quienes son responsables para el mantenimiento del equipo, que se hará con la cosecha, etc.

5 Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores

5.1 El intervalo y la dotación de riego

Tenemos que saber aquí con que tipo de suelo contamos (textura), que profundidad tiene, y hasta qué profundidad van las raíces del cultivo.

El agua disponible en el suelo se expresa en porcentaje de volumen del suelo, y varia con el estado de humedecimiento del mismo. Los dos extremos son:

Capacidad de campo: El suelo contiene todo el agua que puede fijar en sus poros mediante las fuerzas capilares. Este estado coincide con la humedad de un suelo, un día después de haber sido irrigado abundantemente

Punto de marchitez permanente: El suelo contiene tan poco agua que las plantas sufren un estado de marchitez irreversible.

El volumen de agua entre estos dos extremos se llama Agua Aprovechable (AA), y constituye el agua que teóricamente esta a la disposición de las plantas. Este volumen de agua disponible varia considerablemente con el tipo de suelo. Cuadro 10 da valores para 3 tipos: suelos arcillosos, limosos y arenosos.

Del Agua Aprovechable, solamente una parte es fácilmente aprovechable para el cultivo: La Fracción de Agua Rápidamente Aprovechable (FARA, ver Cuadro 9). Si el agua en el suelo es agotado pasando este punto, se esperan impactos negativos en la producción del cultivo, por condiciones de estres hídrico en las plantas.

Cuadro 9: Datos sobre profundidad de raices de cultivos en media estación y la Fracción de Agua ~a~ idamente '~~rovecha ble (FARA).

CULTIVO 1 PROFUNDIDAD

Alverja Alfalfa Caña de azucar Cebada Cebolla Col Espinaca Frijol Lechuga Legumbres Maíz Papa Pasto Pimiento Trigo Zanahoria

Fuentes: Do

RAICES (m) 0,45-0,60

1,5 0,451 ,O5

i,25 013

0,60 0,60-0,90 0,451-0,60 O, 1 5-O,45

014 0,6-0,9 0,6-0,9

0,3-0,75 O, 75

0,75-f ,O5 0,45-0,60

mbos y Pruitt, 191

-n>3mm/día 0,35 0,55 0,65 0,55 0,25 0,45 0 2

0,45 0,3 02 0,55 0,25 0 3 0,25 0,55 0,35

; Bos y otros,

Cuadro 10: Capacidad de retención de agua de diferentes tipos de suelo

TIPO DE SUELO

Arcilloso Limoso Arenoso

Fuente: Dooren

Agua Aprovechable (AA)

14% 6%

10s y Pruitt, 1977

La cantidad de agua que una planta puede extraer del suelo es determinada por la profundidad de sus raices en milímetros, el agua aprovechable (AA) del suelo, la fracción de esta agua rápidamente aprovechable por el cultivo (FARA) y la evapotranspiración. Esta cantidad es expresada en una lámina de agua, (LARA, Lámina de Agua Rápidamente Aprovechable), y generalmente tiene la dimensión de mm.

CUIDADO: Si el suelo es menos profundo que los valores en el cuadro 9, se toma como profundidad de raices la profundidad del suelo!

LARA = Prof.raíces(mm) * AA * FARA

El intervalo máximo de riecio (IR,,,) es el tiempo máximo permisible entre dos riegos, en días, (antes de que el cultivo puede sufrir un estrés hídrico), y depende de la lamina que evapora la planta por día (L,) y la cantidad de agua que puede extraer del suelo (LARA). Esta dado por:

IR,,, (días) = LARA (mm) L, (rnmldía)

La dotación neta de riego D, (en mm) es la lámina de agua que se requiere dar al suelo cuando el cultivo ha extraído la fracción de agua rápidamente aprovechable (FARA) de su zona de raices. Una dotación mas grande significa una perdida de agua, por que significa que el nivel de humedad en la zona de raices superará la capacidad de campo, y parte del agua percolará por debajo de la zona de raíces

Por lo general, D, es igual a LARA (ambos en mm), específicamente cuando el intervalo de riego escogido es igual al máximo permisible. Si el intervalo de riego adoptado es de menos días, entonces D, = L, * IREa,. Por ejemplo, si calculamos un intervalo de riego de 17 días, puede ser practico (y prudente) seleccionar un intervalo de riego de 14 días. La dotación neta sera igual a 14 * t,.

La dotación bruta de riego Db (en mm) es mayor que la dbtación neta (D,) porque parte de la lamina de riego aplicado es perdida como consecuencia de la desuniformidad de la Iámina aplicada, y otros factores:

Eff,, = Eficiencia de aplicación (65-75% para riego por aspersión, 85-90% para riego por goteo)

Para los pequeños sistemas a que se refiere esta guía, y dado el hecho que las conducciones y distribuciones serán generalmente entubadas, se asume que las principales perdidas ocurrirán a nivel de parcela, justamente en la aplicación del agua al cultivo. Por eso se considera que la eficiencia de aplicación prácticamente equivale a la eficiencia total del .

sistema.

La dotación bruta Db tiene que ser asegurado por los aspersores que tienen una intensidad de precipitación P (mmlhora), y eso determina el tiempo de rieno, es decir las horas que los aspersores tienen que estar en una sola posición.

En parcelas con diferentes cultivos la solución más practica es de adoptar el intervalo mas ccirto de los calculados para los diferentes cultivos.

Ejemplo:

Con el ejemplo del capítulo 3, para el caso de la papa la LAmina neta L, sera dado por:

L, papa = K, papa ETP = 0,83 3 = 2,5 mmldía (Cuadro 7)

Entonces L, papa 5 3mmldia + FARA papa = 0,3 (Cuadro 9)

Suponiendo un suelo limoso de 0,75 m de profundidad, donde las raíces de papa llegan a 0,6 m (600 mm), la cantidad de agua que el cultivo de la papa puede extraer del suelo sin sufrir signos de estress esta dado por:

LARA papa = prof. Raíces papa x AA lirnoso x FARA papa

= 600 O,l4 O,3 = 25 mm.

El inten/alo máximo de riego, usando los datos anteriores, es de:

IR,,, = LARA = 25mm = 10 dias L, Papa 2,5 mmldia

Para los otros dos cultivos del mismo ejemplo se calculan de la misma manera intervalos de: (Col) 600 0, 14 O, 6 = 19 días; y (alfalfa) 750 * 0, 14 * O, 7 = 27 días.

0,86 * 3 O,9 * 3

Se puede optar por regar toda la parcela cada 7 O días, o por una rotación más compleja de diferentes intervalos para diferentes cultivos.

Si la dotación neta D, para papa es de 25 mm., se tiene que saber la eficiencia de aplicación del riego para conocer la dotación bruta Db. Suponiendo una eficiencia de aplicación 70%) esta última sera de 25 / 0,7 = 35,7 mm.

El Tiem~o de rieao: Depende básicamente del tipo de aspersor. Si el aspersor seleccionado tuviera una intensidad de precipitación de 4 mm/hora, el tiempo de riego seria 337 / 4 = 8,9 horas. En este caso se tomarían 8 horas (dos cambios de aspersores por 24 horas), y el intervalo de riego se corregirá a: (8 * 4 0,70) / 2,5 = 9 dias.

5.2 Velocidad básica de infiltración (VBI)

La mejor manera de determinar la velocidad básica de infiltración VBI es mediante mediciones en situ, utilizando por ejemplo un cilindro infiltrometro o el método del surco infiltrornetro. Para mas informacibn, véase "Necesidades hidricas de los cultivos1', Soto Hoyos, 7997.

Algunos datos indicativos y referenciales sobre la taza de infiltración de diferentes tipos de suelos presenta el cuadro siguiente:

Cuadro 11: Velocidades de infiltración típicas

1 Textura del suelo 1 Velocidad básica de

Franca Limosa Franco arcilloso Arcillo

Arena Infiltración (mmlhora)

50

5 3 La seleccibn del aspersor

La elección del tipo de aspersor a aplicar en un sistema de riego por aspersión está sujeta a varios factores:

Velocidad básica de infiltración: la intensidad de precipitación del aspersor, expresada en mmlhora, no debe superar la velocidad básica de infiltración del suelo, para evitar escorrentia.

El tamaño de las parcelas: En parcelas grandes se puede aplicar aspersores con un diametro mojado grande, mientras que en parcelas pequeñas se deben aplicar aspersores con diámetros mojados pequeños que pueden adecuarse mas fácilmente al área de la parcela. Además se puede aplicar aspersores sectoriales que son ajustables para que irrigan solo el sector deseado de un círculo completo.

Tipo de cultivos: Si la parcela será dedicada a hortalizas con rotaciones muy estrechas, sera conveniente un aspersor con un diámetro pequeño (micro aspersores) para poder ajustar el riego a las necesidades de cada parte de la parcela.

Presiones de trabajo disponibles: para condiciones de la sierra se quiere aspersores que puedan trabaja trabajar en un rango largo, desde presiones de 1 atm. hasta 4 3 atm.

Ocurrencia de vientos fuertes (ver párrafo 3.3).

Existe una gama larga de modelos de aspersores, adaptados a diferentes condiciones del terreno, cultivos, características del sistema, etc. Sin embargo, no todos los tipos se adaptan igualmente a las condiciones específicas del riego presurizado con los desniveles naturales del terreno, que es el tipo sistema que nos concierne aquí. Los siguientes criterios pueden servir para hacer una selección entre los modelos presentes en el mercado:

Material de confección: Existen aspersores de bronce y de plástico. Aunque el bronce es más duradero, las marcas conocidas (VYR, Naan, Rainbird, Nelson, etc.) tienen aspersores de plástico de alta calidad que también resisten un gran numero de horas de funcionamiento. Aspersores de bronce requieren por lo general una presión minima de 2 a 2,5 Bar (20 a 25 metros de carga de agua), lo que limita su aplicación para sistemas presurizadas por gravedad. Aspersores de plástico son mas ligeros y pueden funcionar aún con 10m de carga de agua.

Las conexiones de aspersores varían de 1/2" a 1" , y los aspersores pueden tener 1 o 2 boquillas. l o s aspersores de %" y de 1" tienen boquillas y diámetros de humedecimiento mayores, y funcionan con una presión mínima de 2 Bar. Sólo se recomienda cuan63 las áreas a regar son grandes (> 2,5 has) y los desniveles suficientes para asegurar una presión de 2 Bar en todo el sector de riego. Aspersores con 2 boquillas emiten caudales mayores en un mismo diámetro mojado, por lo tanto sus intensidades de precipitación son mas altos que aspersores de una boquilla y esto es menos apropiado para zonas de ladera donde ocurren riesgos de erosión. Para nuestros sistemas escogeremos preferiblemente aspersores de l/z" con una sola boquilla.

Hay aspersores sectoriales y aspersores que funcionan a círculo completo. Aspersores sectoriales tienen la ventaja de acomodarse con mayor facilidad en parcelas pequeñas.

Contrario a los aspersores de tipo martillo que obtienen su rotación de tin contrapeso y resorte que impulsan la cabeza giratoria, los Micro aspersores y aspersores artesanalmente fabricado (un tipo conocido en el Perú es KARPAY), obtienen su movimiento rotativo de la misma reacción del chorro de agua. El impulso necesario para lograr la rotación disminuye la velocidad del agua y el radio mojado, con la consecuencia de que este tipo de aspersores tienen un diametro más pequeño y una intensidad de precipitación mayor. Existe un mayor peligro de erosión y hay que cambiar los aspersores mas frecuentemente (cada 2 a 4 horas). Ventaja es que este tipo de aspersores pueden dar una uniformidad aceptable con presiones más bajas (hasta 0,6 Bar).

En resumen, para el riego de pequeñas propiedades en laderas, aprovechando los desniveles ofrecidas por la topografía del terreno, hay preferencia para aspersores de plástico de l/z ", tipo martillo, con 1 boquilla, y si posible sectoriales, porque:

Tienen precipitaciones relativamente bajas

Su costo es relativamente bajo

Son aptos para presiones bajas a partir de 1 Bar (10 m)

Son aptos para áreas pequeñas

En el mercado, se encuentran entre otros los modelos siguientes: NAAN 501, NAAN 427, VYR 802, y muchos otros.

En situaciones donde los desniveles del terreno a regar con la fuente de agua son insuficientes para aplicar aspersores de tipo martillo, podemos optar por micro aspersores o aspersores tipo KARPAY.

A manera de ejemplo, presentamos dos aspersores de plástico que reúnen las caracteristicas mencionadas arriba. La información se encuentra en anexo 2 , y se puede verificar utilizando el software proporcionado por el fabricante (se lo encuentra en el Internet, buscando www.naan.co.il.). Reiteramos que no tanto nos interesa la marca del aspersor, sino sus caracteristicas hidráulicas. Igual que la marca aquí presentada existen muchas otras con calidad adecuada:

NAAN 501, espaciamiento recomendado hasta 8,5 m (con una altura de 0,8 metros sobre el suelo).

Foto 2. Aspersor NAAN 501

Boquillas de 1,6 a 2,2 mm, ángulo bajo

Trabaja con presiones bajas (1 Bar = 10 m.)

Caudal bajo y diámetro mojado reducido: se adapta a pequeñas áreas (huertos) y a caudales pequeños

Precipitación baja: entre 1,6 y 7,3 mml hora.

Pulveriza mucho el chorro de agua, lo que efectúa pérdidas grandes en áreas con mucho viento.

Comparado con aspersores de mayor diámetro, el costo por metro cuadrado irrigado es mayor

NAAN 427, distanciamiento recomendado hasta 15 m.

Boquillas de 2,8 a 4 mm, ángulo medio

Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.)

Diámetro mojado pequeño pero más grande que del NAANSOI. El costo por metro cuadrado irrigado es mas bajo que en el caso del tipo NAAN 501. Adecuado para áreas mas grandes.

Sectorial, facilita el riego en pequeñas parcelas, y puede evitar el choque del chorro contra la ladera en caso de pendientes fuertes.

La precipitación es relativamente baja, entre 4 y 8,2 mmlhora.

Foto 3. Aspersor NAAN 427

5.4 Deteminaciun de /a intensidad de precipitación

Una manera sencilla para hacer una estimación de la intensidad de precipitación de un tipo de aspersor, es a través de los cálculos siguientes:

Se determina, a traves del anexo 2 o a través del programa NAANCAT, et caudal que corresponde con determinada presión y determinada boquilla, expresado en m3/h. Para valores de la presión entre los proporcionados por las tablas se interpola.

El &ea equivalente cubierto por cada aspersor es igual a la distancia entre aspersores en la línea de riego, por la distancia entre líneas. Entonces, si tenemos 15 metros entre los aspersores y 13 metros entre lineas, el área equivalente es de 195 m2.

Si el caudal del aspersor es Q (m3/h), la distancia entre aspersores es D,, (m), y la distancia entre líneas es Dc,,, la intensidad de precipitación de la linea de aspersión será:

P = Q * l o 0 0 (P en mmlh) Diop * Dlinel

Para una elección de un tipo de aspersor el criterio es entonces que

Ejemp/o: En el ejemp/o del capihdo 3, el suelo es de ti@ kmoso. Un aspersor NAAN 427, trabajaando a una presibn de 75m (7,5 bar), con una bogui//a de 4 mm (negra) tendrá un caudal Q de 0,72 m l h (o sea 0,2 Ys), Con un distana'amiento de los aspersores de 12 x 12 m, /a preupitac~on sems

VBI 2 P + 12,5 > 5 3 O.K.

El fiempo de neao de/ e/'emp/o del capikdo 5 con -este aspersor bajo estas condiciones esta dado por

4 = 35.7 mm - 7 horas P Smmlh

Entonces, e/ agncu/tor puede cambiar la posición de los aspersores cada 7 horas, y para una defeminada posición pasarán 10 días entre 2 riegos de 7 h o m Más p/áctiw en este caso sería modifimr el distanciamiento a 12 x 73,5 m (735 m entre líneas), y regar 8 horas en cada posición p m ap/icar la misma /ámina de 337 mm,

6 Selección de sectores de riego

Para sistemas de riego de un solo usuario se diseña una línea de presión con hidrantes ubicados estratégicamente para que el regante pueda alcanzar con su línea de riego móvil a todas las partes de la parcela. Toda la red será alimentada desde un reservoriol cirnara de carga, entonces el sistema consiste de un solo sector.

En sistemas para muchos usuarios, se puede decidir que cada uno tiene su propia camara de carga, con caudales continuos asignados a cada una, o se pueden juntar algunos regantes en un solo sector. Entonces hay más de un sector de riego y el caudal de riego disponible tiene que ser repartido proporcionalmente entre sectores mediante tanques repartidores (ver párrafo 8.4).

Un aspecto crucial en el proceso de diseño sistemas de riego para un nlimero mayor de familias es la selección de los sectores de riego. Aunque sea difícil de dar pautas exactas para establecer esta sectorizacion, mencionaremos los principales factores que intervienen:

Número de parcelas: El numero de parcelas del sector es de preferencia uno, porque esto significará que el equipo de riego móvil con que se riego el sector pertenece a un solo regante, con todas las ventajas que esto implica. Sin embargo, cuando las áreas de riego de cada parcela son muy pequeñas, no quedará otra alternativa que juntarlas para tener caudales de riego manejables y para evitar gastos excesivas en reservorios, líneas de parcela, tanques de repartición, mano de obra para cambiar aspersores, etc.

Area a regar por usuario: El área a regar por usuario es determinado con criterios dados en capitulo 4. Cuando el area promedio a regar es pequeño por escasez de agua o parcelas muy pequeñas (entre 0 , l y 0,3 has), se juntarán varias parcelas para formar un sector. Para evitar grandes números de usuarios que deben compartir los equipos de riego de un sector, se harán los sectores pequeños, con un área a regar de 0,5 has aproximadamente (2 a 5 regantes por sector). Cuando el area a regar por usuario es mayor, por ejemplo 0,6 has o más, podemos hacer de cada parcela un sector.

Topocirafia: En la seleccion de sectores se tomará en cuenta la topografía del terreno. Se seleccionan áreas compactas que pueden ser abarcadas fácilmente desde un solo punto alto (camara de carga). A veces es importante tomar en cuenta la disponibilidad de terrenos apropiados para la construcción de reservorios. Estos tienen que estar en las elevaciones del terreno para poder abarcar las parcelas con suficiente presión. También se evaluará la forma en que se puede distribuir al agua al interior de los sectores.

Solidaridad entre reciantes: Es obvio que cuando se juntan varias parcelas en un sector, lo mejor es seleccionar parcelas cuyos propietarios tienen confianza entre ellos. Esto porque las líneas fijas y el equipo móvil de riego tendrá que ser adquirido y administrado en forma compartida. Además, el riego de diferentes parcelas en un sector se realiza mediante turnos, y esto requiere de una coordinación fluida entre los usuarios. Los lazos de confianza que buscamos pueden detectarse fácilmente en la etapa del levantamiento topográfico.

Todos estos elementos se tienen que intentar conciliar simultáneamente en la división en sectores del area de proyecto.'~or eso esta etapa de diseño requiere de mucha paciencia, no se puede esperar que en el primer intento se encuentre la mejor solucion. Con práctica el trabajo se hace con cada vez mayor facilidad.

Una vez que se tienen definido los limites de los sectores de riego y la ubicación de las cámaras de carga de cada uno, se puede delimitar las áreas netas a regar, tomando para ellos todas las partes regables que se encuentren por debajo de los 12 metros de la altura del reservorio (las partes no regables podemos marcar con una sombrilla).

Luego nos queda sumar las superficies neta regables de cada parcela en los sectores, obteniendo así las superficies regables de cada sector. Estas a su vez van a

determinar los caudales de riego de cada sector, el nrimero de aspersores, los diámetros de tu bería, etc.

Figura 5: Línea de riego móvil

tinca de riego m6vil

Figura 6: ubicación de las líneas de riego, adecuándose a las curvas de nivel

7 Ubicación de los hidrantes

7 f Diseño de /a /hea de riego móvil

Una vez que se irenen definidos los sectores de riego y la ubicación de las cámaras de carga, se puede proceder a la ubicación de los hidrantes. Pero primeramente tenemos que diseñar la línea de riego móvil que va a regar el sector.

El caudal de riego del sector es dado por:

Qsector = Asector x Mr

El número de aspersores es dado por:

Naspenores = Qsector 1 Qaspersor

Para el caudal del aspersor tomaremos el caudal dada por la tabla de características del aspersor seleccionado, y para la presión promedia que se espera obtener en las líneas de riego ( 1 3 a 2,O Bar generalmente). El resultado de Qsector I Qacpenor redondeamos hacia arriba (por ejemplo: 4,3 aspersores redondeamos a 5).

Una vez determinado el numero de aspersores del sector se debe definir e¡ distanciamiento entre aspersores. Para eso se tiene que respetar el criterio de:

D i s t entre aspersores 5 0965 x Diarneiro drea mojado

Este criterio deriva de la condición que nunca deben quedarse partes de la parcela sin regar entre los aspersores, y para que los círculos mojados de dos aspersores en la diagonal de un cuadrado de x por x metros se encuentren, la condición es que x 5 D Id2

(ver figura).

Para determinar el diámetro mojado consultamos la tabla de características del aspersor. Según la altura X (m) a que vamos a elevar el aspersor con un elevador (para regar encima de los cultivos), el diámetro indicado en tablas se aumentar5 con X * 4 m.

El distanciamiento real entre aspersores se determina evaluando en el plano topográfico el ancho de la parcela a regar en sentido paralelo a ias curvas de nivel (Ancho parcela). En la mayoría de los casos ubicaremos una fila de hidrantes en el centro de la parcela, y las líneas de riego se extenderán a ambos lados de estos hidrantes (ver figura 7). Entonces se

calcula la distancia entre aspersores por:

Dist. entre aspenores = % Ancho parcela 1 Naopersores

Si Dist. entre aspercores resulta demasiado grande, entonces se tendrán que ubicar dos o más hidrantes para cubrir con la línea de riego el ancho de la parcela.

Ahora podemos calcular el diámetro de la manguera portador de los aspersores, con ayuda del programa NAANCAT. Se lo encuentra en el Internet, buscando www.naan.co.il. En este se escoge el aspersor y la boquilla. En la pantalla "cálculo hidráulico" se escoge el

distanciamiento determinado, y la distancia maxima de la línea de riego. Luego se escoge una presión de cabecera de la linea de riego (se coloca el valor mínimo esperado) y el tipo de tubería. Si la curva de presiones se mantiene dentro de los límites permitidos (1 Bar normalmente), el diámetro escogido es suficiente.

Ejemplo: Area del sector = 0,8 ha; El módulo de riego M, = 0,4 I/s/ha:

Qsectnr = 0,8 0:4 = 0:32 Ils

El caudal de un aspersor NAAN427 con una presión de 7,8 Bar, interpolado de las tablas de características es: Q,,,,,, = 0,22 Vs;

N = 0,32 1 0,22 = 1,45 => se emplean 2 aspersores.

El ancho de la parcela a regar, medido paralelo a las curvas de nivel, es de 65 metros: Se puede ubicar una fila de Mranfes en el centro de la parcela, entonces habrá para cubrir el ancho de la parcela dos posiciones de la línea con dos aspersores. El distanciamiento de los aspersores es:

Diit. entre aspersores = Ancho parcela 1 Naopersons = (0,s * 65) 1 2 = 16 % m;

El diámetro mojado según las tablas de caracteristicas de los aspersores NAAN427 es de 23 metros, los aspersores estarán cotocados sobre un elevador de 0,8 m, entonces la Distancia entre aspersores permitida es de

0,65 (23 + 4 * 0,8) = 17 m => OK

Foto 4. Hidrante con línea de riego acoplado

Foto 5. Línea de riego tendida en el sentido de las curvas de nivel

7.2 Ubicaciones de la Ihea de riego móvil por el sector de riego

En el plano topográfico se diseña la linea de riego determinado, y se trata de ubicarlo de la manera mas conveniente por todo el sector a regar. Para eso se tienen que marcar primeramente las áreas no regables por falta de presibn hidrostática, relativa a la altura de la cámara de carga proyectado para el sector, o por otras razones. Las ubicaciones de las lineas de riego se proyectan luego sobre el área a regar, pensando en el requisito de que la inclinación de la linea de riego debe mantenerse cerca de la horizontal, ya que grandes desniveles en la Iínea de riego producen diferencias de presión entre aspersores y desuniformidad de la prec;pitaciÓn (es decir, la línea de riego sigue el sentido de las curvas de nivel, ver figura 6).

Figura 7: Rotación de la linea de riego móvil por el sector

La distancia entre las líneas de riego calculamos teniendo en cuenta el distanciamiento calculado para dar la precipitación deseada (ver párrafo 5.4), y el distanciamiento entre aspersores obtenidos arriba por la división del ancho de la parcela a regar por el número de aspersores. Dividimos el área de cobertura de un aspersor deseado

el'distanciamiento entre aspersores para obtener el distanciamiento entre líneas.

Ejemplo: Area equivalente deseado = 15 x 13 = 195 m2. Ancho de la mitad de la parcela medido paralelo a las curvas de nivel = 65 m. Número de aspersores = 4. Distancia entre aspersores = 65 / 4 = 76% m. Distancia entre líneas = 195/16,25 = 12m.

Cuando se determinaron de esta manera las posiciones que la linea de riego móvil tendrá para cobertura de todo el sector, se escogen los puntos de entrega, los hidrantes, tomando en cuenta lo siguiente: Los hidrantes son componentes relativamente caras en la red de parcela, por lo tanto su número tiene que limitarse. Como regla se puede tomar para

la distancia entre hidrantes 3 veces la distancia entre lineas (ver Figura). De esta manera cada hidrante permite regar en seis posiciones.

Para determinar la longitud de la manguera de la línea de riego móvil, utilizamos la siguiente formula:

N#pMlmr = número de aspersores de una @ea

D,-, = Distanciamiento entre aspersores en la Iínea de riego

Dhldnntsa = Distanciamiento entre líneas

Ejemplo: Distancia entre aspersores = 76% m. Nhero de aspersores = 4. Distancia entre Iineas = 9 metros. Longitud de la Iinea móvil es 3% * 1625 + 9 = 65,9 m -> se puede redondear a 66 metros.

7.3 Diseño de las /heas de riego @as ((/heas de presión)

Para el diseño de las líneas de riego fijas, basta conectar los hidrantes del sector con el reservorio 1 cámara de carga por la vía más corta. Por lo general esto significa conectar los hidrantes con líneas rectas. Donde los puntos a conectar forman triángulos con lados equidistantes conviene conectarlos en forma de "polígonos de Thiessen" para reducir distancias de tuberías (ver figura 8).

Figura 8: Conexibn de hidrantes con polígonos de Thiessen

1 k Z o 0 Hidrante

Hidrant d

8 Redes de conducción, distribución, y líneas fijas de parcela

8.1 Introducción

Una vez determinados los planes de cultivo, los requerimientos en agua, el área total regable, la reparticiiin del Brea total entre los usuarios, el caudal de diseño, y la distribución de los sectores de riego y de los hidrantes, se puede proceder al diseño de las obras de conduccion y de repartición de agua desde la fuente hasta los hidrantes.

El concepto básico del planteamiento hidráulico de los pequeños sistemas de riego desarrollado en este curso, consiste en:

Una repartición del flujo de agua desde la captación o de la fuente, a través de una red de conduccion y distribución, en forma proporcional hasta los sectores, en caudales continuos que alimentan pequeños reservorios 1 cámaras de carga. Esta parte del sistema tiene que ser diseñado de tal manera que en las obras de repartición haya presion atmosférica para poder asegurar una repartición proporcional correcta. Significa que esta parte del sistema consiste de canales abiertos y10 tubería con presión atmosférica. En algunas partes pueden ser necesarios tramos presurizados para atravesar pendientes fuertes o quebradas (con sifones) que luego desembocan a presion atmosférica en una obra repartidora o en un reservoriolcámara de carga.

A partir de los reservorios/cámaras de carga el flujo continuo que corresponde a cada sector entra en una red de tuberías presurizada, que tiene como salida uno o varios hidrantes. En esta red no se puede lograr reparticiones del agua en forma proporcional entre los hidrantes, y por lo tanto la distribución es en forma de turno o rotación (ver figura 9).

8.2 Líneas de conducción y de distribución

De acuerdo al caudal que tiene que pasar por la tubería, se puede considerar 2 opciones: conducción con tubos llenos, y conducción con tubos con tirante hasta 75% del diámetro del tubo. Para trabajar con tubos llenos debemos asegurar que en el perfil longitudinal la linea de presion en la tuberia no baje de la línea de altura del terreno, ya que esta condición representa presiones negativas en el tubo, con los problemas que esto implica (formación de bolsas de aire, implosion de tuberías}.

Con tubos llenos, se aplicará la siguiente formula para tubos de PVC o con rugosidad igual a PVC, basada en Hazen-Williams:

D = (0,349 * Q * S "m') 0,369

Con: Q = caudal en Ils

S = pendiente del tubo en rnlm

D = diámetro del tubo en pulgadas

El resultado D de este calculo tiene que ser redondeado hacia arriba para obtener diámetros de tuberías comerciales.

También se pueden hacer los cálculos utilizando la hoja de cálculo en Excel "perdida de carga.xlsn.

Para calcular los tirantes de agua en tubos parcialmente llenos, se puede utilizar el programa HCANALES.

Figura 9: Esquema de la distribución de agua, conducción, distribución proporcional, línea fija y línea móvil

Hidrante

8.3 Obras de arfe en las Iíneas de conduccion y de disfribución

A continuación van a ser presentados algunos tipos de obras que podemos necesitar en las líneas de conducción y de distribución.

Captación o bocatoma

Sedirnentador

Obras de repartición

Cámara rompe-presión

Cajas de válvulas de purga y de desfogue

Reservoriolcamara de carga

Se asume que los diseños de pequeñas captaciones, bocatomas, sedim'entadores, cámaras rompe-presión y válvulas de purga y de desfogue son suficientemente conocidos, y nos limitamos a dar más detalles sobre las obras de repartición, y las reservorios1camaras de carga.

8.4 Obras de repartl'ciún

El objetivo de una obra de repartición en el contexto del riego por aspersión es: asegurar una repartición proporcional del flujo de agua de acuerdo a una proporción preestablecida: 50% - 50%, 60% - 40%, 113 - 213, independientemente de la variación del caudal de entrada. Esto asegura que las diferentes secciones del sistema siempre reciban la misma proporción del caudal total.

Trataremos 2 tipos de obras de repartición (van Drunen, 1998 ii):

Los vertederos triangulares de cresta aguda, en que las proporciones de la reparticibn del agua son dadas por los ángulos inferiores de tos vertederos (ver figura 10).

Los orificios circulares, en que el numero de orificios con diámetro determinado determina la repartición de agua entre 2 o más partes (ver figura 13)

Ejemplo: Para realtzar una repan'ición de 60% - 40% de un caudal de 2 Ys, uufilamos 10 orificios de- 0,2 I/s cada uno. 6 De estos or/ficios separan e/ agua para un ramal y 4 //e van e/ re.cfn del f l h a nfrn rama/.

La elección del tipo de obra repartidora depende de los caudales que se van a repartir: Un repartidor con vertederos es apropiado cuando se requiere repartir caudales relativamente grandes. La repartición es poco sensible a manipuleos o atascos porque los vertederos son metálicos. Normalmente se ubican en las reparticiones principales del sistema, por ejemplo el primer repartidor después de la captación en figura 9 que separa 2 Ils a la derecha y 1 11s a la izquierda.

Repartición mediante orificios tienen la ventaja de ser muy transparente para los usuarios, de tal manera que existiria la opción de que la misma organización puede modificar tos números de orificios si hubiera cambios en la repartición del agua. Para modificar un vertedero la intervención de un ingeniero siempre es necesario.

Figura 10: Tanque repartidor con vertederos triangulares

Corte Transversal Iia&rwrrr*rumi8

fo.id im l I m la rd

Vista en Planta

Corte Longitudinal

Vertedero triangular

Para repartir el flujo de agua proporcionaimente en dos o más partes, se construye una caja en concreto con una sección donde entra el caudal a repartir. Esta sección está separada de las secciones de salida mediante una plancha metálica de 3 o 4mm que tiene para cada sección de salida una apertura triangular. Los vértices inferiores de los triangulos están todos a un mismo nivel.

Variando el ángulo entre 2 verfedores, se llega a una diferencia entre los caudales que pasan por cada vertedero con una proporción constante. El cuadro 12 muestra 3 ángulos de vertederos y la relación entre los caudales que pasan por cada vertedero.

Cuadro 12: Angulos específicos para vertederos triangulares

1 ~ n a u l o del vertedero 0 1 Proporción del caudal Q

Ejemplo: si co/ocamos en una caja repartidora un vertedero de 90°y uno de 35" 46; e/ caudal de entrada de 7 //S sera repartido en 2 caudales: O, 75 Ys y 0,25 fs. En el caso de reemplazar e/ vertedero de 35" 46'por uno de 53" 8: la divsión del mismo caudal seria: O, 66 //s y 0,33 //s.

La formula para determinar la relación entre el caudal Q y el ángulo 8 del vertedero es la siguiente:

Q = Ce 8 4 29 tan ~ ( h , + U,,) 23 15 2

Con: Q = caudal en m3k

8 = ángulo del vertedero en grados

h, = altura del nivel del agua, aguas arriba del vertedero, medido a partir del vértice inferior del triángulo (m)

Ce = coeficiente en función de 0, véase figura 12

Kh = coeficiente en funcion de 0, véase figura 11 (la lectura es en mm, se convierte en m para introducir en la formula).

Figura 1 1 : Valor de Khi función de 0

Fuente: Bos, 1976

ángulo del vertedero en grados

Figura 5: Coeficiente de descarga Ce, función de 0

ángulo del vertedero en grados Fuente: Bos, 1976

Manteniendo constante la altura hl, se puede variar el ángulo O e iterativamente calcular los caudales para llegar a proporciones de caudal entre dos vertedores, diferentes de los presentados en el cuadro 1 1.

Condiciones a respetar:

Sabiendo los caudales máximos que tienen que repartirse y la proporción, se Foto 6. Tanque repartidor proporcional con

determina el h,,,,. La caja repartidora vertederos triangulares

tiene que ser diseñado de tal manera que la distancia P entre el fondo de la cala y los vértices de los vertederos respete la condicion:

La anchura de la caja tiene que ser suficiente para que sea igual a la suma de los anchos mínimos de fiujo B requeridos para cada vertedero. Para cada uno, 6 tiene que respetar la condición:

El nivel del agua, aguas abajo de los vertederos, no tiene que superar 0,05 m por debajo del vértice inferior, para garantizar una caída libre del agua a través de los vertedores

Es de suma importancia para el buer funcionamiento de esta obra la fabricación correcta de los vertederos. Luego, su instalación debe de hacerse con la máxima precisión para que los vértices estén a la - misma altura y los vertederos en una I

posición perfectamente horizontal.

Repartidor con orificios

Cuando nos interesa incorporar cierta flexibilidad en las proporciones, se puede optar por un repartidor de orificios perforados en tubos de PVC verticales "tipo chimenea* como demuestra la figura 13. Los orificios son perforados en tubo de PVC de desagüe de 4" o de 6", para caudales hasta 4 lit/seg. Para repartir caudales mayores es preferible optar por repartidores del tipo vertedero, ya que tos accesorios para tubo de 8" son bastante caros. Es preferible no pegar el tubo perforado a la unionlreduccion en la base del tanque, para que pueda ser removida. A parte de ser una solución relativamente flexible, el_costo es bajo porque las dimensiones de los tanques son reducidas.

. -Ftgu%13: ianque repartidor con orificios en tubos verticales

La descarga de un orificio sumergido que descarga libremente en el aire es:

Q = c ~ * % * x * ~ ~ * d ( ~ g * h)

Cd = coeficiente de descarga (ver tabla siguiente)

d = di8metro del orificio

g = 9,s

h = carga hidráulica

Cuadro 13 presenta los valores de la coeficiente de descarga Cd en función del diámetro de orificios con salida libre en el aire.

Foto 7. Tanque repartidor de tubos verticales con orificios

Cuadro 13: Valores de Cd como función de d, orificios con salida libre

/ diámetro orificio (metros) 1 C. (coeficiente de descaiga)l

Orificios de W" (1 2 mm) sumergidos 0 , l metros tienen una descarga de aproximadamente 0 , l litlseg. Entonces, si los aspersores a usar tuvieran un caudal aproximado de 0,2 litlceg, podríamos establecer la repartición proporcional del agua mediante dos orificios de este tamaño por cada aspersor que estuviera operando bajo la salida del repartidor.

Ejemplo: en un tubo de 6" se pueden perforar 20 orificios con un diámetro de 12 mm a una sola altura. Sumergidos con 0,I metros de agua, por los 20 orificios pasarán cerca de 2 liWseg.

Cuando por algún motivo, la repartición tiene que ser cambiada posteriormente, los mismos usuarios podrán realizar los cambios con la ayuda de un mecánico que puede perforar los orificios. Orificios que estin demas pueden ser tapados temporalmente o permanentemente.

Para asegurar la proporcionalidad, es necesario que las alturas de los orificios sean perfectamente iguales. Cuando el numero de orificios sea mayor que el numero que se puede ubicar en un corte del tubo, se puede perforar en dos o más filas, siempre y cuando se mantenga la proporcidn de los números de orificios de las salidas en cada fila (por ejemplo, cuando la repartición tiene que ser 213 - 113, se debe asegurar que en cada altura la proporción de orificios sea dos por uno).

8.5 Reseworios/ cámaras de carga

La obra descrito en este párrafo' tiene 2 funciones:

Cámara de carga para dar la presion a la red presurizada

Regulación para permitir el buen funcionamiento del sistema con caudales variables de entrada y salida a estas camaras de carga.

Figura 14: Reservorio / cámara de carga de 8 m3, concreto reforzado con malla galvanizada

La regulación es necesaria por el hecho que el sistema de riego está diseñado con un caudal máximo pero que debe de poder funcionar con caudales más pequeños sin que la red presurizada aspire aire: el reservorio permite almacenar el agua entrando durante cierto tiempo, para que despues se pueda regar con toda la capacidad del sistema. Mas que todo esta obra asegura la flexibilidad del sistema cuando los caudales disminuyen, y deja a los agricultores de escoger las opciones que ellos prefieren para regar:

pueden regar con toda la capacidad que tienen, es decir con todos los aspersores y boquillas con qué también riegan en la epoca de máximos caudales. En este caso los t iem~os de rieao serán más cortos, y van a tener que esperar con mas frecuencia que se llene de nuevo el reservorio.

pueden sacar unos aspersores, poner boquillas mas pequeños, o poner otro tipo de aspersor que gaste menos, para adecuar el riego al caudal disminuyente, maximizando asi los tiempos de Nego y minimizando el tiempo para esperar que se llene el reservorio.

Foto 8: Fases de construcción de un reservorio/cárnara de carga. 1) Preparación del vaso

Foto 9: Reservorio: 2) Pañoteado

Foto 1 0: Reservorio: 3) Acabado y protección

El volumen de un reservorio se calcula en base a los factores siguientes:

Las diferencias entre el caudal de entrada y de salida del reservorio que se preven durante el funcionamiento normal del sistema. Por ejemplo, si hay grandes diferencias entre el caudal de máximo estiaje, y de inicio de la época de riego, se puede aumentar o reducir el número de aspersores. Sin embargo no se puede reducir con un medio aspersor, entonces las diferencias de caudales de menos del caudal de un aspersor deberían ser reguladas mediante la capacidad de almacenamiento del reservorio.

El tiempo de riego previsto en una-posición de la linea de riego. Generalmente de 8 o 12 horas.

-E/ sistema de nkgu por aspersión de San José, Sbiiac, fbe diseñado tomando en wnsideración un caudal minimu de 0,3 Us (afumdo en sefiembre) y un caudal máximo de 0,5 //S (estimado para e/ mes de junio). La capaMdad de/ sistema está entonces para pode/ funcionar con O, 5 //s.

E/ rese~uriu/ &mara de carga se diseñd de la siguiente manera:

Se detemino que los agn'cutores tienen que poder regar un mínimo de 8 bocas en e/ tiempo de caudales mínimos (0,3 Us), mn toda la capacidad del sistema, es ddec cun un caudal de O, 5 1/s.

El volumen de la diferencia enfre O, 3 f s y 0, 5 //S durante 8 horas tiene que ser entonces almacenado en un reservun'o:

V reservorio = (0,5 - 0,3) 8 3600 = 5760 litros

Se considerb construk un r e s e d o de 6 d, que se llenaria en 6OOW 0,3/ 36170 = 35 horas.

La construccion de los reservorios puede hacerse (en orden descendiente de costos) en concreto armado, en mampostería, en concreto refonado con malla galvanizada (ferrocemento), o con revestimiento de geomembrana de PVC o de polietileno.

La forma tra~ezoidal da mayor estabilidad y una construcción menos costoso en el caso de concreto. Para revestimientos con geomembrana esta forma es indispensable.

Es difícil de dar criterios para la selección del tipo de impermeabilización de los reservorios, por la multitud de factores que pueden influir: Experiencias locales; disponibilidad de materiales y de asesoramiento; tipo de suelos; calidad del manejo y de la vigilancia de las obras; presupuesto disponible.

Los anexos 3 y 4 muestran dimensiones y un análisis de costos de 2 tipos de revestimiento: concreto armado y manta de polietileno de 0,1 mm.

Los reservorios tienen que ser equipados con un tubo de rebozo y de limpieza, y un filtro para evitar el ingreso de partículas en las líneas de presión. Los filtros comerciales son de fácil instalación y son fáciles de limpiar, pero tienen un costo algo elevado. También se puede fabricar con tubo de PVC perforado y malla de nylon un filtro artesanal, a un costo algo menor (vea figura 15).

8.6 Redes presutizadas

Una vez que se conoce el caudal que tiene que pasar por una red presurizada, a partir de su rese~voriolcámara de carga, calculan los diámetros de tubería para llegar a las presiones óptimas al nivel de cada hidrante, a través de las pérdidas de carga dentro de la tuberia.

Para calcular la perdida de carga en un tubo de PVC o de PE se aplica la formula de Hazen-Williams:

H = 10.64 * L * G?Ina5 con: c'''~ * D~~~~

H = Perdida de carga hidráulica en m

L = longitud del tubo en m

D = diámetro interno del tubo en m

Q = caudal en m' I S

C = coeficiente de rugosidad cuyo valor es 140 para PVC y PE

Las pérdidas de carga de un tramo de tubería (de un colo diámetro a compuesto de varios diámetros) se calcula con esta flimula, utilizando una hoja de cálculo para facilitar el trabajo. Existen para tal fin un sinnúmero de herramientas de cómputo muy prácticos, en PRONAMACHCS Cajamarca se ha diseñado una hoja de calculo en Excel "perdida de carga.xlsn para deteminar las presiones en los diferentes puntos de la red presurizada, las cantidades de tubos de diferentes diámetros necesarios, y el costo por tramo y total.

Para las redes de presión de riego es importante lograr mediante la selección de diametros de tuberías que en cada hidrante la presion dinámica sea mayor a 12 metros, y que no haya muchas variaciones de presión dentro del sector, para evitar grandes diferencias en los caudales de los aspersores.

Algunas veces no se logrará que la presión dinámica a nivel de un hidrante sea la adecuada con un solo diámetro de tubería. En estos casos se pueden combinar tubos de diferentes diámetros en un solo tramo, cuidando que el mayor diámetro se encuentre en la parte baja del tramo, para evitar obstrucciones en la reducción.

Figura 15 presenta en croquis los elementos y accesorios necesarios para una red presurizada, un hidrante, y un equipo móvil de aspersión.

Figura 15: Esquema de red presurizada, hidrante, equipo móvil de aspersión

L -, filtro 2"

RED PRESURIZADA

union mixta %"

elevador PVC%"

reducción1 % "'-1 "

enlace rosca hembra 25mm-%"

union mixta %"

elevador PVC%"

L l h l C A L a

tee ?%"

8.7 Tanque hidrante

Los hidrantes generalmente se ubican en medio de las chacras y es necesario protegerlos contra golpes de arado y otro tipo de amenazas con un pequeñ~ tanque de concreto. Es recomendable además fijar los codos y las vakulas en estos tanques con cemento, a fin de evitar el robo y para asegurar que en el manipuleo de las mangueras no podrán ser arrancadas las partes vulnerables del hidrante (tubos de PVC, codos, válvula). Además es importante ubicar la salida de la válvula pocos centímetros encima de la cota del terreno para facilitar el acople de las mangueras. Una tapa de concreto sirve para evitar que personas ajenas y niños fácilmente metan la mano.

En la siguiente figilra presentamos un diseño de un tanque hidrante que cumple los requisitos minimos. Aun así, el hidrante sigue siendo un elemento vulnerable del sistema y hay que insistir en el cuidado que requiere.

Figura 16: Diseño de un tanque hidrante

Tubo de PVC 1.5" o 2 u H e collarin con toma laterai

9 Costos y presupuesto

Para calcular los costos de un sistema de riego presurizado hemos definido los rubros siguientes, con referencia a los componentes del sistema:

Captación

Conducción (que incluye los tanques de repartición y las redes de distribución)

Reservorios reguladores/ cámaras de carga

Redes presurizadas (que incluye líneas de riego fijas y enterradas, hidrantes, y líneas de riego móviles)

Mano de obra calificada (maestros, residentes de obra)

Mano de obra no-calificada

Elaboración de proyecto y supervisión (IngO que diseña y supervisa el sistema, topógrafo, etc.)

Capacitación

Como ejemplo están presentados aquí los costos de 2 proyectos ejecutados en 1998 y 1999 por la Dirección Departamental de PRONAMACHCS Cajamarca.

Cuadro 14 da un resumen de los costos totales del proyecto de riego por aspersión Hierba Santa que capta el agua de un manantial con Q = 0,3 I/s y lo reparte entre 8 familias de tal manera que cada familia puede regar unos 1250 m'. Hay varios cultivos (papa, hortalizas, alfalfa, alverja, cebada), para autoconsumo y para venta al mercado. De los beneficiarios se esperaba la contribución de la compra de los aspersores y mangueras. Sin embargo no tuvieron que realizar el gasto ellos mismos porque fueron apoyados por el Municipio Distrital.

Cuadro 15 muestra los costos del proyecto de riego Pedregal que se alimenta de una fuente de 8,5 Ils que antes fue aprovechado deficitariamente mediante un sistema de riego por gravedad. Cada beneficiario recibe ahora un caudal continuo proporcional al área que puede regar. Los beneficiarios son ganaderos vendedores de leche y riegan mayormente pastos. Los beneficiarios asumieron el gasto para las redes presurizados (rubro D) mediante un crédito.

Cuadro 14: Resumen de costos del proyecto de riego Hierba Santa

Proyecto: Hierba Santa, provincia San Marcos Area regada: 1 ha Beneficiarios: 8 familias Ru bro A. Captación B. Conducción

C. Reservorios

- . Mangueras Aspersores Hidrantes

Especificación Captación

Tubería + accesorios

reguladores D. Redes presurizados

Accesorios E. Mano de obra calificada 1

Tanque repartidor Reservorios 3m3

Líneas de riego fijas

F. Mano de obra no- 1 1

Cantidad 1

296 m

calificada G. Elaboración de

Costo US$ * 94 133

1 2

37 131

proyecto y supervisión

* Valor del dólar en Abril 2000 es S/.3,50

H Canacitación I u l r\L 1 I i -1 1 a1

Cuadro 15: Resumen de costos del proyecto de riego Pedregal

57

Costo por hectárea

Proyecto: Pedregal, provincia Celendín Area regada: 20 ha Beneficiarios: 18 familias

1737

Uubro A. Captación B. Conducción

C. Reservorios reguladores D. Redes presurizados

Captacion Tu bería + accesorios Tanques repartidor Tanques de válvula

Reservorios 3m3

Líneas de riego fijas Mangueras Aspersores Hidrantes

Cantidad 1 Costo US$

E. Mano de obra calificada F. Mano de obra no-

Accesorios

1857 calificada G. Elaboración de proyecto y supervisión H. Capacitación TOTAL

943

257 1

1571 19333

Costo por hectárea 967

10 Análisis de costo 1 beneficio

Una vez determinado el presupuesto para la obra planteada, y el área neta a regar, se puede realizar un análisis de los costos en relación a los beneficios esperados. Una relación favorable entre estos dos es necesario para que las inversiones en este tipo de obras, tanto de las instituciones como de los agricultores, sean justificables.

Para las condiciones Altoandinas los beneficios generalmente no deben ser sobrestimados, ya que la realidad agraria tiene bastantes limitaciones, fuera del agua de riego, que impiden altas tasas de renta. Para los dos casos presentados en el capitulo anterior se han hecho estimaciones de los beneficios de la introducción del riego tecnificado.

Para el caso de Chirac, donde el riego posibilita una segunda campaña (chica) en el año, en el caso estudiado con papa, se encontró una renta neta de la inversión en riego de $714lha/campaña. En el caso de Pedregal el riego permite una mayor constancia en la producción de los pastos y el beneficio es estimado en $3501halaño. Las inversiones totales, presentadas en el capitula anterior, de $1 7371ha y $9671ha parecen ser justificadas por estos aumentos de ingresos campesinos, ya que las inversiones se recuperan en pocos años (dependiendo de la tasa de interés que se quiera aplicar a la inversion).

Por limitaciones de tiempo esta guía no puede proporcionar indicaciones prácticos para el calculo de la rentabilidad de las inversiones en pequeños sistemas de riego por aspersión, sin embargo encontramos allí una necesidad que debe ser atendida con urgencia. Mientras tanto se recomienda analizar el nivel de costos por hectárea incorporada al riego. Los valores dados como ejemplo pueden servir como referenciales. Si se encuentra un nivel de costos demasiado alto, se deben reconsiderar algunas decisiones de diseño, por ejemplo la inclusión de las parcelas más alejadas, e incluso reconsiderar la viabilidad del proyecto.

Foto 11 : Riego por Aspersión de papas

Foto 12: Riego por aspersión de pastos

En esta sección queremos tocar brevemente algunos aspectos de la operación de los sistemas de riego por aspersión, a fin de que puedan ser tomados en cuenta en la fase de diseño. Se revisaran algunos temas claves durante la fase acompañamiento de los agricultores, después de la construcción, a fin de que aprendan utilizar el sistema para SU

mejor provecho.

1 Organización de los regantes

Para el buen mantenimiento y la operacion del sistema se requiere la organización de los regantes en un comité, integrando a todos los usuarios y encabezado por una directiva elegida democráticamente entre ellos. Este comite debe tener un reglamento donde detallan las funciones de cada uno de los integrantes de la directiva y de los usuarios, sus obligaciones y derechos. Además el comite tiene la obligación de estar legalmente reconocido por la Autoridad de Aguas.

Las funciones principales del Comité son la operacion del sistema de riego, su vigilancia, el mantenimiento, limpieza, reparaciones y mejoramientos. Además tiene que velar por el buen uso del agua, por la protección de la fuente hidrica, intervenir en cualquier conflicto que pueda surgir entre usuarios del sistema, y representar a los regantes ante terceros, entre otras tareas.

Es importante señalar que la institución promotora del mejoramiento de la infraestructura de riego debe responsabitizarse de la conformación del Comité de regantes (caso no haya existido) y preocuparse por su capacitación y acompañamiento hasta lograr su autogestión. Sin estas precauciones la inversión solo puede durar pocos años.

2 Operación y mantenimiento de la infraestructura

La operación de la red de distribución de agua es muy sencilla, ya que el agua se reparte en forma automátka en los tanques de repartición hasta prácticamente el nivel de los regantes individuales. Las Linicas intervenciones del comité consisten en la apertura y cierre de la captación en función a las necesidades de riego de los cultivos, y la vigilancia y limpieza de los repartidores, las rejillas, captación, etc. La frecuencia de la vigilancia se determinará en cada lugar en función del hábito de tos ciudadanos de respetar las pertenencias, la cantidad de impurezas que contenga el agua, las características de la infraestructura, y la modalidad de la vigilancia definirá la organización.

Para un mejor control conviene instalar un medidor de caudal en la captación o en algún punto de la línea de conducción. Para caudales pequeños (1 a 35 Iitlseg) se puede aplicar un vertedero triangular metálico, y una escala limnigrafica que indique directamente los caudales (vea párrafo 8.2 para calcular descargas). El vigilante del sistema tendría que realizar lecturas por los menos semanales del caudal.

El mantenimiento de la red de distribución se limita a la remoción de sedimentos, atgas y otras impurezas de los tanques, reservorios y válvulas de purga. Dependiendo de la calidad de agua y la configuración del sistema, la limpieza puede ser necesario entre cada mes y dos veces al año. Válvulas de purga deben abrirse por lo menos una vez por semana.

Reparaciones a los tubos, tanques y otros componentes son esporádicas si no hay actos de vandalismo. Quizás la principal amenaza sea la obstrucción de tuberías por piedras, terrones, hojas o animales muertos. Válvulas pueden malograrse por mal manejo o defectos de fabricación.

En sectores con más que un beneficiario, se reparte el agua por turnos. Generalmente no habra más de 3 o 4 usuarios en un sector (para evitar que la responsabilidad de los equipos de riego recae en grupos demasiado grandes). El turnado se escogerá en función del área que cada regante va a regar. Como el intervalo de riego (IR) normalmente no necesita ser menos de 7 días, los turnos serán de algunos dias cada uno. Puede ser conveniente cuando el intervalo sea 7 días, para que cada regante sepa los días de la semana que le toca. Un punto de atención en la fase de acompañamiento será el establecimiento de los turnos a nivel de los sectores.

El manejo de los aspersores para obtener un buen resultado del riego es de mucha importancia. Con los valores calculados de LARA y L, se calcula el intervalo de riego (IR, vea párrafo 5.1). El caudal de los aspersores variará entre las diferentes partes de un sector, ya que no habra una presión uniforme en todo el sector. Donde hay más presión, la intensidad de la precipitación de un aspersor sera mayor. Estas diferencias pueden (y deben) ser corregidas con el tiempo de riego o con el distanciamiento entre aspersores. En el siguiente cuadro indicamos algunos valores referenciales resultantes de una investigación en uniformidad de la precipitación con aspersores tipo NAAN 427 y boquilla de 4mm.

Cuadro 16. Recomendación para el distanciamiento entre aspersores NAAN427(4mm) en función de la presión de trabajo

presion (Bar) 1 caudal aspersor tiempo de r iwo intervalo de riego 12 horas

distanciamiento entre aspersores 71 x 11 m

14 dias 12 horas 11 x 1 3 m 14 días 12 horas

A parte del distanciamiento entre aspersores y los tiempos de riego, se debe prestar atención a la forma en que las líneas de riego móviles son tendidas en los terrenos irregulares. Para evitar demasiada diferencia de presion entre el primero y el último aspersor de una línea de riego, debemos estar atentos a que no haya mucho desnivel entre los aspersores. Las pendientes permisibles en las líneas de aspersores van de 0% (horizontal) a ligeramente inclinado hacia abajo (10%). Una ligera inclinación hacia abajo promueve la uniformidad entre el primero y el ultimo aspersor porque la pendiente recompensa la perdida de carga por fricción en la manguera.

1 3 x 1 5 m 14 dias 12 horas 14 días

75 x 15 m

3 Desarrollo agrícola bajo riego

Un aspecto importante a tomar en cuenta para el periodo después de la construcción del sistema de riego presurizado es el mejoramiento productivo. No por haber mejorado el sistema de riego solamente se puede esperar un impulso importante en las economías de los regantes. Apenas que nejore la disponibilidad de agua para los cultivos se presentarán nuevas limitaciones que impiden su Óptimo aprovechamiento:

fertilidad de los suelos

Por to general los suelos Andinos son bastante pobres y requieren de una fertilización para obtener cosechas buenas. Bajo condiciones de secano los agricultores muchas veces no acostumbran la fertilización porque encuentran que el factor limitante es el agua. Resuelto esta limitación se tiene que fertilizar los suelos para que se realicen los incrementos esperados del riego. Una primera necesidad sería la realización de análisis de la fertilidad de los suelos para determinar la recomendación de la fertilización.

selección de cultivos y calendario agrícola

Muchos cultivos que se cultivan en secano (como el maíz y la papa en Cajamarca), no serán regados fácilmente (entre otros por temor a enfermedades). Además las épocas de siembra son elegidos para que las lluvias dan mayor garantía de lograr una cosecha. Requiere de un proceso de familiarización con el riego para que cultivos que se sembraron a secano pasan a ser regados, para que se modifiquen las épocas de siembra, y para que se introduzcan otros cultivos aptos para agricultura bajo riego.

manejo de los cultivos (semillas, controles fitosanitarios, riego)

También en el manejo de los cultivos pueden presentarse elementos que deben adaptarse a la nueva condición con riego. La intensificación de la produccion con riego y fertilización justifica también mayores inversiones en, por ejemplo, semillas y controles fitosanitarios. Pueden haber interferencias negativas entre el riego y la sanidad vegetal que deben ser controladas. Por ejemplo el riego de papas y otros cultivos en pleno sol debería ser evitado.

Los cambios de los sistemas de produccion se darán, en forma paulatina, ya que los agricultores buscarán siempre mejorar sus condiciones económicas. Sin embargo este proceso puede demorar demasiado tiempo por la inversión financiera hecha. Conviene promover el proceso de cambio y adaptación al riego con algunos impulsos que podrían acelerarlo. Un método interesante para lograr esto es el Desarrollo Participativo de Tecnologías (DPT), donde, con acompañamiento técnico y con financiamiento del riesgo que implican los cambios tecnológicos para los agricultores, se promuevan estas innovaciones mediante ensayos campesinos.

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Soto Hoyos, J. F., 1 997. Necesidades Hídricas de los Cultivos. ADEPRHI , Cajamarca.

ANEXOS

Anexo 1: Informe de evaluación de pre-factibilidad de un proyecto de riego tecnificado

Caserío

Distrito

Microcuenca

Nombre Fuente de Agua

Fecha del Informe

Evaluador

Caudal de la Fuente (caudal en estiaje) Qmin u Fecha del Aforo

Altura de la Fuente

Usos que se quieren dar a la Fuente

Agua potable Si I No No Familias I I Q ap T I 11s

Agua para bebederos Si I No N0Cabe;"s 171 , Qbeb E lb

Agua para otro uso Si I No Tipo de uso Q otro

Agua para riego: Q Riego = Qmin - Q ap - Q beb - Q otro = -1 I/s

Tipo de Proyecto: Sistema de Uso Múltiple 1-1 Sistema de Riego

Area regable A regable 1-1 Ha

(formula: A regable = Q Riego * 0,0864*Eff/ETP)

No Familias Beneficiarias (puede ser una sola) m Area Regable por Familia 7 1 Ha

Las familias beneficiarias están todas interesadas en Riego Tecnificado

1 IS i Favorable, seguir con 7

O Cancelar el proyecto

Las parcelas a regar se encuentran cerca de las viviendas?

0 Si Favorable, seguir con 8

-b Cancelar el proyecto

Las familias beneficiarias están dispuestos a asumir parte del costo del Proyecto, por lo menos a nivel de su parcela (en el caso de una sola familia, tiene que asumir el 100% del costo del Proyecto)

n s i , Favorable, seguir con 9 NO ---+ Cancelar el provecto

9.- Solamente en el caso del tipo de proyecto: " Sistema de Riegon:

Area total de lo cual dispone el conjunto de las familias beneficiarias (Area bruta)

AreareaableAreaableX 100 = 1-1 % Area Bruta A bruta

Este valor > 10% -b Favorable, seguir con 10

Este valor < f 0% Cancelar el proyecto

10.- Desnivel existente entre la fuente y las parcelas a regar mas altas: . .

desnivel > 12 m - condiciones favorables para riego por aspenidn, riego por micro-aspersión, riego por goteo, todos cultivos posibles.

7 m desnivel c 12 m -+ condiciones favorables para micro- aspersión, y para goteo.

1 1 4 m e desnivel c 7 m 4 condiciones favorables para goteo

desnivel c 4 m-+ reducir parcelas/ ubicar breas regables mas O abajofcancelarproyecto

1 1 .- Pendientes en los terrenos a regar:

1 1 hasta 40%- Favorable para todo tipo de explotación

de 40 % hasta 60% Favorable para cultivos en limpio con medidas conservación de suelos. Hay que monitorear erosión en la fase pos- proyecto; favorable para pastos

1 de 60% hasta 70% -+ Tan solo favorable para pastos

12.- Tipo de explotación que los beneficiarios piensan poner (por ejemplo: pastos, horticultura para mercado, cultivos para auto-consumo):

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Inversión máxima permisible I ha : SI.

13.- Area regada antes del proyecto A inicio

Incremento en área regada por el proyecto

A incr = A regable - A inicio =

14.- Conclusiones sobre el proyedo

No favorable, proyedo cancelado, por las razones siguientes:

Favorable considerando el proyecto como Sistema de Uso Múltiple (el costo para el riego esta incorporado en el costo total del sistema )

Favorable considerando el proyecto como Sistema de Riego con las condiciones siguientes:

...............................................................................................................................

15.- Inversión máxima permisible para el proyecto = inversión máxima por ha A incr

Anexo 2: Características de aspersores NAAN 427 y NAAN 501

NAAN 427 Aspersor circular y sectorial de plástico

Aplicaciones: - Jardines, parques, céspedes, bordes de Areas

irrigadas - Ahorro de agua con precipitación media a baja

- Espaciamiento hasta 12 m

Características - Ajuste f k i l del sector del circulo

- Plástico de alta calidad - Control del tamaño de gotas y del chorro - Rango de presión: entre f ,O y 4,0 bar

0.36 Roio 2.0 0.51 23

0.49 Azul 2.0 0.66

Negro 12,O 1 0.85 1 24 13.0 1 1 .O3 1 26

- Caudales: entre 0,38 y 1,18 m3/h

NAAN 501 Turbo Martillo, Aspersor de bajo caudal y ángulo bajo

A~licaciones: - Huertos, flores, viveros, viñas, etc. - Se presta para riego bajo arboles y por encima

- Espaciamiento hasta 7 m

Características: - Uniformidad de distribución excelente con bajas presiones - Precipitación baja - ausencia de escorrentía

- Plástico de alta calidad - Rango de presion: entre 1 ,O y 3,s bar

- Caudales: entre 0,08 y 0,39 m3/h

D (m)

Boquilla (mm)

Presion (bar)

Q (m%

Anexo 3: Dimensiones y estimación de costos de reservorioslc8maras de carga en excavación con paredes inclinadas, revestido con concreto armado, espesor 0,l m

rordo bre m)

0.2

* 1 US$ = S/.3,50 (Abril 2000)

2osto ,evestimiento Soles)*

Costo Accesorios (Soles)*

Costo total x 1 ,O8 . (Soles)*

volumen excavaci6n (m3)

Anexo 4: Dimensiones y estimacibn de costos de reservorios/ciímaras de carga en excavaci6n con paredes inclinadas, revestido con geomembrana de Polietileno, grosor 0,l mrn

ibre ltotal (útil /superior Isuperior lpoktdeno 1re;estimiento Irevestim.

1 .OS 1.1

1.15 1.2

1.25 1.3 1.35

1.4 1.45

1 .5 1.55 1.6

1.65 1.7

1.75 1.8

1.85 1.9

1.95 2

3 (Abril 2000) .

Zosto ICosto lvolumen lcosto ICosto totallvolurnen 1 evestimiento ~~ccesorios~concreto lconcreto Ix 1 ,O8 lexcavación 1