I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de Riego … · riego por micro-aspersión (en la...

Artículo: COMEII-15022

I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015

Reunión Anual de Riego y Drenaje

Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre

ACCIONES DE MANEJO INTEGRAL EN LA CUENCA ATLANGATEPEC, TLAXCALA

José Javier Ramírez Luna1; Héctor Gregorio Cortés Torres1; Pedro Rivera Ruiz1; Alfredo

Gómez Garzón1; Marcia Adriana Yáñez Kernke1; Emir Delgado Quezada1; Fernando

Luna Ronquillo2. 1Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac No. 8532, Col. Progreso, Jiutepec, Morelos.

C.P. 62550 1Comisión Nacional del Agua. DR-056 Atoyac-Zahuapan. Xicohténcatl No. 5. Barrio de Atempan, Tlaxcala,

Tlaxcala

Resumen

En este trabajo se aplica el concepto de manejo integral de microcuencas con acciones y obras

de conservación en la parte alta, de uso eficiente del agua en sistemas productivos agrícolas

en la parte media de la cuenca así como también en sistemas productivos con suministro

móvil de energía renovable en la parte baja. El enfoque de manejo de integral de cuencas se

basa en el diseño de dos aspectos importantes: a) acciones y obras de suelo y agua en la

parte de captación, y b) acciones y obras en sistemas productivos agrícolas, primero con uso

de energía potencial para implementar el riego presurizado y luego mediante el uso de

energía fotovoltaica utilizar las aguas de manantiales para utilizarlas en el fomento de la

agricultura con agua de calidad aceptable para el cultivo hortícola. La cuenca tiene 28,653.27

ha, con áreas con cobertura vegetal escasa y con erosión hídrica en diversos grados y de

diversos tipos. El área de uso agrícola es del orden de unas 720 ha de las cuales 520 ha

pueden ser presurizadas con riego por goteo y micro-aspersión mediante el uso de energía

potencial. El área agrícola que pudo ser diseñada con sistema de riego por goteo con uso de

energía fotovoltaica es pequeña pero permitió proponer sistemas móviles de suministro de

agua y energía. El costo estimado del proyecto fue de unos 162 millones de pesos. Este

trabajo promueve el uso de energías renovables para fomentar la actividad agropecuaria

utilizando los conceptos y tecnología de las áreas agrícolas modernas, cuyo impacto en

microcuencas es significativo al participar del potencial microclimático benéfico para

cultivos apropiados, la calidad del suelo y agua en dicha área y su uso eficiente, y por ende

dada la característica montañosa del territorio mexicano de expandir la frontera agrícola

altamente rentable.

I Congreso Nacional COMEII 2015, Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre

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Palabras clave: Energía renovable, Riego presurizado, Prácticas productivo-

conservacionistas.

Introducción

La cuenca directa de captación de la Presa de Atlanga presenta problemas de degradación

del suelo debido a sus condiciones topográficas, ocurrencia de lluvias, tipo de suelo, y

manejo inadecuado de los recursos productivos como es el bosque, y áreas de pastoreo; esta

situación aumenta la problemática de la pérdida de suelo por erosión hídrica y eólica,

teniendo como resultado el arrastre de sedimentos hacía el área de captación de dicho

cuerpo de agua.

Por un lado, esta situación repercute directamente en la ocurrencia de grandes avenidas que

dificultan su control y por el otro, debido al arrastre de sedimentos, se reduce la

productividad de los suelos y se disminuye la capacidad de captación de agua de la presa,

poniendo en riesgo la infraestructura hidroagrícola del Distrito de Riego 056, con sus

consecuentes efectos en las zonas de cultivo y economía de la región.

Para mitigar esta problemática se hace necesario la planeación y el manejo adecuado de los

recursos productivos de la cuenca. Lo anterior puede lograrse mediante el conocimiento y

análisis de las causas que originan la problemática mencionada y con base en ello realizar

una propuesta de acciones empleando obras y prácticas de conservación de suelo y agua,

que permitan disminuir la carga de azolves o sedimentos al cuerpo de agua de la Presa

Atlanga y al mismo tiempo promover la infiltración de escurrimientos en apoyo a la recarga

de acuíferos. Dentro de este contexto el presente proyecto se propone un Diagnóstico del

medio biofísico, estudios topográficos e hidrológicos, que sirvan como base para la

generación de expedientes técnicos (proyectos ejecutivos) de obras y prácticas de

conservación de agua y suelo con lo que se coadyuvará a la conservación y restauración del

medio ambiente beneficiando así a la cuenca y a los productores agropecuarios de la misma.

En lo que al área productiva se refiere, la zona de riego de la Presa de Atlanga es de

aproximadamente 720 has establecidas de cultivos forrajeros y rara vez hortícolas donde se

utiliza el riego por gravedad en condiciones de campo en el Módulo V Canal Atlangatepec

del DR 056. El potencial micro-climático es de alto valor hortícola y comercial por lo que en

el presente proyecto se propone realizar proyectos ejecutivos para promover el riego

tecnificado con energía renovable en hortalizas (como brócoli, lechuga, cilantro, col, por

ejemplo) para una superficie en acuerdo con la política de operación de la presa. La carga

hidráulica estimada de la presa de Atlanga es baja por lo que se plantea combinar el

entubamiento de la red de conducción y distribución, por lo que es posible el uso de sistemas

de multi-compuertas y el trazo óptimo del riego por gravedad en parcelas con carga muy

baja, además de introducir en las parcelas de mayor carga potencial el riego por goteo con

cintilla de “baja presión”, y por disposición de carga algunas parcelas se tecnificarán con

riego por micro-aspersión (en la modalidad de “baja presión”), de así proponerlo el usuario.


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Algunos usuarios tienen interés en suministrar la carga con energía fotovoltaica, necesaria

para introducir y automatizar el riego en condiciones de carga muy baja, lo cual significa

elevar el agua en el orden de alrededor de 10 metros; éstas condiciones son las mejores para

regar con suministro de energía fotovoltaica y por ende puede darse el caso de realizar

interiormente proyectos de este tipo de sistemas, de ser así requerido por el usuario. Se hace

aquí referencia a proyectos ejecutivos e integración de carpetas para concurso. Además se

contempla incrementar la frontera agrícola en aproximadamente 250 ha, con sus respectivos

proyectos ejecutivos. Se sugiere promover la organización de los usuarios y la conformación

de un reglamento para el módulo de riego V Canal Atlangatepec.

Respecto a los mantos freáticos en los módulos beneficiados con el escurrimiento de agua

residual del río Atoyac, para introducir y transferir tecnología de riego para aprovechar

eficientemente el agua “limpia” se contempla realizar proyectos ejecutivos del agua de los

mantos freáticos correspondiente al diseño de un proyecto piloto de una ha con suministro

de energía fotovoltaica.

El presente documento coadyuva en el control de la erosión del suelo en el área de captación

de la presa Atlanga y en la integración de proyectos ejecutivos en las pequeñas áreas de

riego del DR 056 con el empleo de energías renovables, impactando de manera positiva en

la economía de los productores locales y sus familias.

Materiales y métodos

Se realizó un reconocimiento detallado de la micro-cuenca del río Zahuapan para identificar

elementos del medio biofísico y procesos de degradación (Figura 1) que requieren la

intervención con obras y prácticas de conservación de suelo y agua para retención de

sedimentos y apoyo a la recarga del acuífero.


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Figura 1.Mapa de localización de áreas con erosión grave/severa en la cuenca.

Se realizaron levantamientos topográficos longitudinales, seccionamiento de los cauces y

pendientes medias de los arroyos y laderas de la micro-cuenca del río Zahuapan así como

estudios hidrológicos para análisis pluviométrico y estimación de escurrimientos

superficiales.

Se diseñaron las prácticas de conservación de suelo y agua para retención de sedimentos y

apoyo a la recarga del acuífero, de los cuales se integrarán como expedientes técnicos de las

acciones propuestas y de las prácticas de conservación propuestas, (Figura 2).


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Figura 2. Mapa de uso de suelo agrícola y prácticas recomendadas según pendiente del

terreno.

Se utilizó la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo (EUPS) en su versión original y

Modificada (EUPSM) para determinar con apoyo de recorridos de campo y SIG el arrastre

de azolve a la presa. El resultado indica que la producción de sedimentos ha reducido la

capacidad de almacenamiento respecto al total de 50 millones de metros cúbicos en un

11.76% en los 50 años que lleva de vida. Este resultado se cotejó mediante el trabajo realizado

por sondeo de la profundidad del agua en distintos puntos para luego hacer una integración

en área y determinar el volumen de agua actual, situación que reportó resultados de

azolvamiento de la presa equivalentes (Figura 3).


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Figura 3. Mapa de área de embalse y resultados en volumen de agua.

A “NAME” (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias) existe una reducción estimada en

15.52% (cercano al 11.76%) respecto al volumen de 50 Millones.

Una vez estimada la capacidad actual de la presa, se procedió a realizar levantamientos

topográficos de la red de distribución y parcelas. La planimetría en parcelas se obtuvo

haciendo uso de imágenes de satélite en un sistema de Padrón de Usuarios (G-SIPPAD),

desarrollado por el IMTA. Respecto a la red de distribución, la topografía (elevaciones-

geometría) se realizó con levantamientos de información cada 50 metros con apoyo de

estación total. Se procedió al diseño agronómico de la red mediante la determinación del

uso consuntivo crítico con uso de información de estaciones climáticas locales. Con apoyo

de información de la estación climatológica de Atlangatepec y el sistema CROPWAT 8.0 se

determinó que la evapotranspiración de cultivos, media de la evapotranspiración máxima

diaria es de 4.02 mm/día. Este dato es básico para el sistema de riego por goteo y micro-

aspersión.

El diseño hidráulico de redes de conducción y distribución se sustentó en la determinación

de la carga hidráulica crítica disponible primero en la presa luego de acuerdo al

requerimiento de agua de riego en las parcelas por pérdidas por fricción y locales para

determinar los diámetros y longitudes de tubería requeridos. Para ello fue muy importante

la determinación de las curvas de nivel como resultado del levantamiento altimétrico.

Para los sistemas de riego presurizados en sus versiones goteo o micro-aspersión y equipo

de filtrado fue agrupado a nivel de cada parcela. Al final el trazo óptimo del riego por

gravedad no fue requerido y se dio prioridad a los sistemas presurizados. Se integran las

carpetas de proyecto con fines de licitación, los conceptos de obra y se describen los términos

de referencia, además de presentar los planos de diseño hidráulico y estructural y planos

unifilares.

Los criterios de diseño se enumeran a continuación:


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• El principal criterio que se usó para su diseño es que la velocidad del conducto fuera

del orden de 0.4 m/s (por evitar azolve).

• Preservar la pérdida de carga en el orden de la escasez de la misma e incluir el gasto

en la tubería mediante el requerimiento de riego promedio de diferentes cultivos

utilizados en la zona.

• Incorporar la mayor área al riego presurizado y determinar el tiempo de riego en el

orden de las 12 hr debido a las costumbres locales de los usuarios al riego. Se

consideró una eficiencia de aplicación y de conducción de 90% respectivamente.

Inicialmente se previó conducir el agua del riego por gravedad en las tuberías resultantes

del diseño, con lo cual se obtuvo un caudal en obra de toma para riego de 2.149 m3/s. Debido

a la escasez de carga esto se tradujo, para conducirlos en los primeros kilómetros, en dos

tuberías de 70 pulgadas de diámetro siendo necesario remover la infraestructura de la red

mayor para su alojamiento y por ende elevar el costo del proyecto.

Debido a que las autoridades del DR 056 fueron proclives a un proyecto económico se

realizó un segundo diseño donde el criterio fue alojar las tuberías resultantes en la corona

de los canales existentes entregando el agua del riego por gravedad derivándola de los

canales mencionados así como conducir y entubar el agua del riego presurizado, de los

811.87 l/s de este diseño hidráulico, resultado del proyecto inicial en tuberías respectivas sin

dañar la red de canales principales existentes.

Las dificultades del diseño debidas a la escasez de carga se presentan a continuación:

Nivel parcelario:

Al incluir la disponibilidad de carga, el fraccionamiento de las parcelas en el límite

de área de riego presurizado, por lo que algunas parcelas se diseñan en términos

parciales de área.

Debido a que las parcelas no están niveladas y en escasez de carga, ocurre un

fraccionamiento del sistema para preservar la variación de la presión y el caudal

(<10%) a fin de dar una buena uniformidad del riego. Lo que aumenta los costos del

sistema a nivel parcelario. En la mayoría de los casos se respetó la dirección de riego

indicada por el agricultor.

Realizar el filtrado en cada parcela para reducir al mínimo la pérdida de energía

aumentando el área incluida, pero con el riesgo de sedimentar en las tuberías a

gastos pequeños, por lo que todos los cruceros de filtrado presentan válvulas para

desfogue y mantenimiento de sedimentos. Lo que induce una infraestructura para

tal fin también en redes primarias y secundarias.


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El interior de la distribución del agua, es decir, los diámetros de la tubería de

distribución del agua son más grandes y por ende encarecen el proyecto.

Redes secundarias

La escasez de carga indujo diámetros mayores, por ende piezas y detalles de mayor

costo.

Persistir en una pérdida de carga mínima para aceptar velocidad del orden de 0.4

m/s y mayor riesgo en el problema de sedimentación.

Inducir tramos de tubería rectos para hacer recorridos menores y perder menos

carga

Red Principal

Idénticamente a la anterior. Necesidad de preservar un tiempo de mantenimiento y

diseñar infraestructura de apoyo al desazolve. A la postre este va a ser un criterio de

definición de qué ejercicio de diseño presentar como definitivo.

Por lo anterior mencionado, se decidió presentar el diseño relativo a un tiempo de riego de

12 horas debido a las costumbres de riego de los usuarios y hacer frente al problema

potencial del desazolve en una tubería. Esencialmente se analizó el costo que se reduce al

diseñar con 22 horas de riego (apenas un 17% de reducción de costo) y un caudal de 590 l/s,

lo cual no es ampliamente significativo en términos monetarios, siendo el caso sí, del

probable problema y efecto en tiempo de riego de la operación del mismo y necesidades de

mantenimiento por sedimentación. Todo debido a la escasez significativa de carga.

En la siguiente Figura se identifican los planos generales. Incluyen los planos de Curvas de

nivel, Edafología, y Padrón de usuarios y área total de riego. Así como un ejemplo de un

plano unifilar en canal y en parcela, esto por goteo o micro-aspersión.


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Figura 4. Planos de generales, constructivos y unifilares.

El proyecto ejecutivo se realizó para el 71.78% de las 719.16 ha, en el área dominada por la

red mayor. La superficie tecnificada será de 516.34 ha de las cuales el 54.76 % es goteo (282.74

ha) y el restante es micro-aspersión (233.60 ha). El costo del sistema de riego por goteo

referido a superficie es de $30,005.95/ha y el de micro-aspersión de $54,722.04/ha. Lo cual es

acorde a lo establecido en proyectos de riego, eventualmente un poco más caro por el criterio

de diseño en velocidad baja y micro-aspersores de “baja presión”, que son relativamente

caros.

El estudio incluye una componente de desarrollo tecnológico aplicado al río Atoyac que

consiste en reutilizar las aguas de mantos sub-superficiales que son de mejor calidad que

las aguas negras superficiales. La localización de los mantos primarios y estimación de

caudales de estiaje y de área regable fue posible con apoyo del personal de la CONAGUA

local y uso del sistema G-SIPPAD con imágenes de satélite, de ahí se realizaron los


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levantamientos topográficos, y se determinó la carga disponible, la propia topología de

minifundio e integración de proyecto ejecutivo con la metodología mencionada.

En este caso, la metodología contiene estimación de uso consuntivo, superficie y cultivo a

regar, pre-filtrado y filtrado, cárcamo de bombeo, equipos requeridos de bombeo solar,

tubería y accesorios de control y conducción de agua. Los accesorios de operación son de

acuerdo a la topología de minifundio. Se incluyó el sistema de ferti-riego y el equipo de

protección fue de acuerdo a lo requerido (válvulas de aire y succión) (Figura 5).

Figura 5. Desarrollo tecnológico móvil de integración comercial para bombeo de agua

El suministro de energía con energía fotovoltaica y se hace el proyecto en planos unifilares

con la disposición de paneles fotovoltaicos requeridos. El proyecto ejecutivo fue del tipo

móvil en términos de bombeo, filtro y suministro de energía solar con su respectivo equipo

de operación e incluye un remolque para tal fin.

El estudio realizado para conocer el requerimiento de agua por los cultivos hortícolas que

tiene potencial agroclimático y comercial en la región indica que esta necesidad es de 4.02

mm/día. La propuesta se hace para cuatro sitios importantes de afloramiento de aguas de

retorno (gastos en el rango de 12 21 lps): Sitio IPN, San Ignacio, Santa Justina y El Cañón.

Los costos de los sistemas de riego para cada uno de los sitios va en el orden de 1.6 a 3.5

millones de pesos, dando un total, para los cuatro de $8,574,855.49. Los sistemas incluyen

bomba centrífuga de 5 etapas, cruceros de doble válvula seccionadora, accesorios lineales

laterales, suministro eléctrico e hidráulico y remolque móvil.

Finalmente, el costo total del proyecto fue del orden siguiente, a) Obras de retención de

azolve y control de la erosión, 32 millones de pesos, b) Tecnificación de 520 ha de riego

presurizado goteo y micro-aspersión con energía potencial, 123 millones de pesos y c)

parcelas con suministro de energía renovable y sistemas de riego móvil, 8 millones de pesos.


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Conclusiones y recomendaciones

El Módulo V del DR 056 es un módulo con suficiente agua de riego, donde los usuarios

realizan un agricultura de subsistencia en proyectos combinados agro-pastoriles, El

presente proyecto es un esfuerzo por parte del gobierno federal y estatal a través de la

CONAGUA de fomentar el uso eficiente del agua y la energía en proyectos productivos

agrícolas y fomentar una reconversión productiva en hortaliza y forraje.

Se realizaron proyectos ejecutivos del área agrícola con la idea de incorporar la mayor

cantidad de superficie al riego presurizado. La longitud de los canales principales es la

variable más restrictiva de la implementación del sistema de riego en función

definitivamente de la carga hidráulica disponible en la Presa.

El costo total del proyecto asciende a un orden de 123 millones de pesos de los cuales la red

mayor requiere del orden de 102 millones de pesos. Lo que indica la afectación presupuestal

de la red mayor. El costo total referido a superficie tecnificada es de $ 239,185.16/ha.

Los proyectos se entregan en planos y carpetas con los términos de referencia para su

posible implementación. En este proyecto es muy importante dejar tiempo para el

mantenimiento de los posibles problemas de desazolve.

Para disminuir el costo total referido a la unidad en superficie es necesario incrementar la

velocidad de diseño en tuberías de red menor y mayor a 0.75 m/s, de tal manera que se

reducen los costos por mantenimiento y riesgos de azolvamiento, además diseñar con

tiempos de riego del orden de 22 horas y reducir la tuberías de conducción a tuberías,

máximo de 2 acopladas, en red mayor de 24 pulgadas. La pérdida es entonces el impacto

que se tendrá en la reducción en términos de superficie total bajo riego presurizado.

Desafortunadamente es evidente el costo a pagar por la combinación de la presencia de una

escasez de carga hidráulica, una presencia de parcelas de mejor disponibilidad de la dicha

carga en la parte más agua abajo de la red de canales, aunada a una gran longitud de

conducción con una calidad de agua con presencia de muchas partículas en suspensión. Por

lo que persiste el problema relativo de la inclusión de un gran recorrido en tuberías y una

breve superficie tecnificada de riego. Debido a que la región es explotada en producción

acuícola en particular el embalse de la presa, existe la posibilidad de fomentar proyectos del

tipo agro-acuícolas como un posible mejor uso del agua y su calidad.

Para el caso de uso de aguas de resurgencia en drenes y manantiales, se considera lo

siguiente: La zona agrícola del DR 056, correspondiente al río Atoyac, cuenta con suficiente

agua de riego, no obstante, ésta no es de la calidad adecuada para el riego de hortalizas. Una

opción para solventar este problema es la tecnificación del riego con aguas de “manantial”.

Esto permite regar con aguas de mayor calidad y hacer un uso más eficiente del agua en la

agricultura. Para lograr lo anterior, se presentó una propuesta que consiste precisamente en


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la tecnificación del riego, con suministro de energía renovable. El sistema de riego será

móvil y la ubicación del punto de conexión del sistema de bombeo también será móvil.

El proyecto resulta de sumo interés y su implementación requiere de alto capital inicial, del

orden de lo que cuesta un entubamiento de un sistema con energía potencial, para el caso

incluso menor dependiendo de la disponibilidad de carga, se recomienda sin embargo, para

lograr que su establecimiento sea exitoso, se capacite a los productores en el manejo de los

sistemas de riego y de ser necesario, se les proporcione asesoría en la integración de sistemas

con suministro de energía eléctrica de origen renovable. A la vez se requiere de asesorarlos

en la comercialización de sus productos, al menos, en los primeros ciclos de sus cultivos.

A las instituciones del Sector vale señalar que, los costos para suministrar complementos de

carga del orden de 1-7 metros de columna de agua incluido el sistema de riego, deben costar

unos $85,000/ha; si se tiene unos 10-20 metros, el costo será de en entre $90,000.00 a

$150,000.00/ha, en particular hablando de pequeñas áreas de riego, por lo que deben existir

economías de escala a mayores cantidades de suministro de energía donde se elimina de

facto el problema de azolves, en sistemas de riego ya construidos. Resulta evidente la

siguiente recomendación:

Realizar obra de extracción de energía del agua, viento, y solar para conocer y elaborar las

primeras zonas de riego con éstas energías alternativas que es por demás indicar su

aplicación en pequeñas áreas de las microcuencas en alta pendiente pero con presencia de

agua todo el año y alto potencial microclimático, en sistemas productivos de carácter más

general AGRO-SILVO-PASTORILES.

Referencias Bibliográficas

Ramírez Luna J. Javier, Cortes Torres H. 2015. Resumen del Proyecto RD1424.3 - acciones

de manejo integral de zonas agrícolas del DR 056 con suministro de energía renovable.

Documento Interno de la Subcoordinación de Conservación de Cuencas y Servicios

Ambientales. IMTA. 42 pp.

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