I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de Riego y Drenaje

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1 Artículo: COMEII I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de Riego y Drenaje Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre SISTEMAS DE REGULACIÓN EN CANALES DE DISTRIBUCIÓN Y LA CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN EN ZONAS DE RIEGO Mauro Iñiguez Covarrubias 1, Waldo Ojeda Bustamante 1, Jorge Flores Velázquez 1 1 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso, Jiutepec Morelos, México, C.P Resumen En las zonas de riego, para lograr un beneficio común, es necesario alcanzar el uso más eficiente de los recursos con satisfacción plena de los usuarios. Sin embargo ello no se ha logrado, principalmente, por falta de desarrollo y/o aplicación de innovaciones tecnológicas, en efecto, hoy en los Distritos de riego en México los sistemas de regulación de canales de distribución del agua y la capacidad de conducción son analizados y/o instrumentados por separado. En este trabajo se desarrollan opciones en las que ocurren las dos variables de la infraestructura como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia de operación mejorada. Esta metodología se aplicó para el módulo de riego Santa Rosa, del Distrito de Riego DR- 075, Río Fuerte, Sinaloa, México. Con una eficiencia global para diseño del 51.35% y por el método de Clemmens se determinó un gasto de m³ s -1 con demanda programada asociándole una regulación de nivel de control aguas arriba, y un gasto de m³ s -1 con demanda libre asociándole una regulación de control aguas abajo. La demanda máxima, por fechas fue del 11 al 20 de abril, con superficie establecida de cultivos de 22,518 ha y superficie con requerimientos de riego de 9,816 ha. Se concluye que al conocer el gasto demandado - ofertado y con el sistema de regulación seleccionado se aumentan las eficiencias de operación bajo una gestión integral, se recomienda instrumentar la infraestructura para el servicio de riego que los usuarios estén dispuestos a utilizar. Palabras clave adicionales: Capacidad de canales, programación del riego, sistemas de regulación en canales.

2 Introducción La infraestructura de un sistema de riego de grandes dimensiones consta de una serie de componentes, los principales son: a) Obra de toma de la presa de almacenamiento, b) Bocatoma de la presa derivadora, c) Red de canales de conducción y distribución y d) Tomas en el sistema de distribución, desde tomas canal hasta tomas granja donde se entrega el agua a los usuarios y e) Obras de protección y Cruce. Esta infraestructura es diseñada para cumplir las condiciones generales de la ingeniería acorde al proyecto del sistema de irrigación para satisfacer la demanda hídrica máxima de los cultivos a plena satisfacción de los usuarios, (SRH, 1973). El conocimiento de las eficiencias de uso de agua en sistemas de riego es indispensable para llevar acciones de planeación, diseño, revisión, programación de los riegos, selección de revestimiento a los canales, tener un control en la operación, llevar agua a los usuarios en el menor tiempo y desperdicio posible en los sistemas de riego. Las pérdidas de agua en un canal de transporte y distribución de agua para riego básicamente se pueden clasificar en: intrínsecas y de operación, (Palacios y Exebio, 1981). Las pérdidas por conducción o intrínsecas corresponden a el agua que se pierde por filtraciones, evaporación en los canales y por fugas en las estructuras. Estas pérdidas propias a la infraestructura dependen del estado de conservación y en general son independientes de la forma o método de operación de las obras. Eficiencia de operación (EO) es un índice de evaluación del servicio de riego. Esta eficiencia se puede evaluar, en cada punto de control. Para fines de diseño el valor que interesa considerar es el valor de EO correspondiente al déficit. En la cuadro 1, se presentan las eficiencias de conducción y distribución de algunos distritos de riego de México, reportados por Enrique palacios V. (Buenfil, y Campa, 1981) Cuadro 1. Eficiencia de conducción en algunos DR. Distrito Eficiencia de conducción Rio Colorado Rio Tula La laguna Valsequillo Tehuantepec Con fines de diseño y para determinar la capacidad de conducción del canal se aplican las eficiencias de conducción y aplicación reportadas por la SRH, La eficiencia global η para diseño se estima como η conducción * η aplicación. Para los canales de tierra la eficiencia global es η= 49%, para canales revestido de mampostería, la eficiencia global es η= 52.5% y para los canales revestidos de concreto la eficiencia global es de η= 59.5%. La eficiencia de aplicación actualmente varía según la tecnología aplicada y puede alcanzar un valor de η= 2

3 90%. La eficiencia de aplicación parcelaria reportada por SRH (SRH, 1973) se considera de η= 70% para riego por gravedad. Los valores de las eficiencias con fines de diseño usados por SRH (SRH, 1973) para la conducción y distribución es de η= 70% para los canales con revestimiento de tierra; para los revestidos de mampostería la eficiencia es de η= 75% y por último para canales revestidos de concreto eficiencia es de η= 85%. Un sistema de regulación de canales consiste en controlar de manera permanente y efectiva las entregas del agua de riego en todo el sistema de conducción y distribución. Las razones que exigen este control de las entregas son: la satisfacción oportuna de los requerimientos de los cultivos, la reducción de las pérdidas de agua, la seguridad en la operación y la reducción de los costos de operación, asumiendo que en la parcela la magnitud de la demanda de riego y su modulación en el tiempo corresponden al nivel tecnológico de los agricultores de cada distrito de riego. Los fundamentos de un sistema de regulación ideal son: a) Un régimen permanente tal Q (gasto) entrante es igual a Q saliente, los niveles de agua que controlan las tomas de agua gravitacionales están a las cotas correctas, b) Un régimen deja de ser permanente y deviene transitorio bajo el efecto de una variación del caudal entrante o de los caudales salientes, o bien bajo el efecto de una inestabilidad propia de los escurrimientos, c) Un régimen transitorio es satisfactorio si las demandas de caudal continúan siendo satisfechas y que las pérdidas de agua por descarga sean lo menos posible. Los objetivos son: 1) reducir la duración de los regímenes transitorios, 2) Usar en los puntos de extracción sobre el canal reservas de agua, 3) establecer una unión entre las diferentes reservas, por lo que el arte consiste en imaginar los dispositivos de regulación que cumplan con estos objetivos. En los párrafos que siguen se describen algunos métodos de regulación, métodos de distribución de agua en los distritos de riego, métodos de cálculo de capacidad de conducción de canales, infraestructura hidráulica de distribución y control y las ecuaciones aplicadas en hidráulica para la regulación de canales. Regulación aguas arriba: La regulación aguas arriba consiste en mantener un nivel constante aguas arriba de las estructuras de regulación, figura 1.El funcionamiento hidráulico depende de la maniobra o el caudal que se introduzca aguas arriba del sistema. La posición favorable de la toma es justo al control de nivel de agua, en los puntos de extracción sobre el canal no existe reservas de agua. En la figura 2 se muestra un equipo tradicional (agujas) de regulación aguas arriba, el nivel del agua se regula quitando o agregando tablones. 3

4 Figura 1. Regulación aguas arriba Figura 2. Equipo tradicional de regulación aguas arriba En la figura 3 se muestra otro tipo de dispositivo de regulación aguas arriba. Estos vertedores son los llamados de cresta larga y han sido usados como un regulador automático aguas arriba. Su diseño es típico de un vertedor (Nessim H. and Geoffrey T., 1970), y su construcción es sencilla. En la figura 4 se muestra un equipo hidromecánico para controlar automáticamente el nivel aguas arriba, estas compuertas denominadas AMIL son compuertas radiales equipadas de un flotador adherido a la hoja de la compuerta y de dispositivos de contrapeso para equilibrarse. Las compuertas AMIL, mantienen automáticamente un nivel de agua constante en el tramo de aguas arriba, independientemente del caudal que circule en el canal. Figura 3. Regulación Pico de pato Figura 4. Equipo AMIL de regulación aguas arriba Regulación aguas abajo: La regulación aguas abajo consiste en mantener un nivel constante aguas abajo de las estructuras de regulación figura 5, la posición favorable de la toma es justo al control de nivel de agua, en los puntos de extracción sobre el canal existe reservas de agua. Tradicionalmente, se han usado las compuertas hidromecánicas AVIO y AVIS para controlar el nivel inmediatamente aguas abajo de las estructuras como equipo tradicional. Como se observa en la figura 6, estas estructuras son compuertas radiales compuestas de equipo de contrapesos y de un flotador que permite mantener un nivel constante aguas abajo. 4

5 Figura 5. Regulación aguas abajo Figura 6. Compuertas hidromecánicas AVIO Sistemas de regulación automatizados (mixtos): Estos sistemas de regulación de canales pueden ser con variantes de los métodos de regulación aguas arriba y aguas abajo incluyendo la posición favorable de la toma respecto al control de nivel de agua, ya que se desarrollan para la aplicación de nuevas tecnologías en transmisión de información, informática y automática. Los sistemas mixtos de regulación son muy variados: utilizan desde microprocesadores locales para procesar y medir varios niveles de agua y emitir órdenes para el movimiento de las compuertas; hasta centrales de control y supervisión de redes de canales. Los sistemas de regulación mixtos utilizan sistemas de control, que van desde los modelos hidráulicos o lógicos o llamados inteligentes. Método de Regulación BIVAL: Este método fue desarrollado a principios de los años 60's por Preissmann, (Guy y Silvie, 1987). Este método es el tipo de controlador donde es necesario almacenar un volumen de agua, el cual es minimizado a un valor óptimo tal que garantice la entrega del gasto de diseño a la máxima descarga en cualquier instante. El sistema trabaja para que la compuerta aguas arriba controle el nivel en un punto intermedio del tramo, figura 7. En esta figura se observa que las variaciones aguas abajo del tramo de canal inducen variaciones al nivel b, las cuales se transmiten a la compuerta R1 y se genera una reacción de igual magnitud y de signo contrario. Estas dos acciones se encuentran en la parte media del canal, lo cual permite reducir el tiempo de respuesta hidráulica a la mitad, la posición favorable de la toma es justo al control de nivel de agua (González, 1992). Método se regulación EL-FLO (electronic filter level offset). Este método fue diseñado por el US Bureau of Reclamation y se distingue por ser una regulación local (Burt, 1987). Se indica que la acción de regulación es del tipo proporcional e integral. Este método se distingue por las siguientes características: Tiene un sólo sensor de nivel por tramo. El nivel del agua en el sensor está localizado aguas abajo del fin del tramo. El tirante de referencia esta mantenido al final del tramo aguas abajo y hace que este método sea adaptable a un sistema de regulación aguas arriba, figura 8. Los parámetros de control tienen que ser seleccionados por el algoritmo y son determinados a través de una simulación matemática. 5

6 Figura 7. Regulación BIVAL Figura 8. Regulación EL- FLO Figura 9. Regulación CARDD Método de regulación CARDD (Canal Automation for Rapid Demand Deliveries). Burt (1987), desarrolló el algoritmo CARDD, como una subrutina del modelo de simulación de la USBR. El desarrollo fue lógico y no teórico. La idea fundamental de este método consiste en considerar a cada tramo de canal como un sistema cerrado en que las variaciones del nivel reflejan e interpretan las características hidráulicas y físicas del canal. Así, la única variable que interviene en la regulación CARDD es el tirante, el cual se mide aguas arriba, aguas abajo y en puntos intermedios de cada tramo, figura 9. El método permite mantener un nivel constante en un punto cualquiera de un tramo del canal, alrededor del cual se calcula la variación del nivel, su velocidad de variación y la tendencia de almacenamiento dentro del tramo, lo cual da origen a una regulación de tipo proporcional, integral y derivativa que se expresa por la siguiente ecuación: Métodos de distribución de agua en los distritos de riego. Generalmente, en los sistemas de riego de distintos países del mundo, se aplican los siguientes métodos de distribución de agua, Clemmens (1986), sintetiza estos métodos de distribución en términos de los parámetros clásicos indicadores del grado de flexibilidad (frecuencia, caudal y tiempo de riego). Esta síntesis se muestra en el Cuadro 2. a) Distribución por demanda libre. Esta forma de distribución permite utilizar el agua en el momento que los agricultores deciden regar, en donde el responsable del control en el usuario. b) Distribución por demanda controlada. Esta distribución consiste en programar la extracción del agua de la fuente de abastecimiento de acuerdo a la demanda de los usuarios en donde el responsable del control en el usuario y las autoridades. Cuadro 2. Clasificación y características de dos métodos de distribución Responsabilidad del control Frecuencia, caudal, duración Responsabilidad del usuario Distribución a la demanda Demanda libre I I I usuario- Responsabilidad autoridad P P P 6

7 Simbología: I: Ilimitada, controlado por el usuario, P: Programada entre el usuario y las autoridades del agua. Métodos de cálculo de capacidad de conducción de canales: Se puntualizan tres métodos para determinar la capacidad de conducción de canales con el propósito relacionarlos con el método de distribución del y sobre los sistemas de regulación en los canales. Método de los coeficientes unitarios de riego: El método de los coeficientes unitarios de riego (CUR) se utilizó en el antiguo Departamento de Zonas de Riego de la Dirección de Grande Irrigación de la Subsecretaria de Infraestructura de la SARH. Actualmente, la Gerencia de Proyectos de Irrigación de la Subdirección General de Infraestructura Hidroagrícola de la CONAGUA continúa usando este método para estimar la capacidad de conducción de los canales en las zonas de riego del país, la metodología se encuentra en SRH, (1973). Método de Clement: Clement (1965), desarrolló dos fórmulas para analizar la demanda requerida para riego. Estas fórmulas fueron desarrolladas para riego por aspersión. La primera fórmula determina el gasto en términos del número de tomas N en funcionamiento, tal que la probabilidad de que N o menos usuarios usen el sistema simultáneamente, sea más grande que la probabilidad deseada. Con la segunda ecuación de Clement, se determina la capacidad del sistema de conducción, tal que la probabilidad de encontrar el sistema ocupado, sea menor que una probabilidad deseada, y se utiliza cuando el número de tomas es mayor de 100, su metodología se encuentra en Clement, (1979). Método de Clemmens: Con el propósito de determinar el grado de flexibilidad que se puede tener en redes de canales de riego, Clemmens (1986), analiza el método de Clement y propone un procedimiento, basado en simulación numérica, para calcular la capacidad de canales sujetos a diferentes formas de distribución ( demanda controlada y demanda libre). Para las condiciones de la zona de riego el se realiza una demanda programada, este autor determinó también para el caso de demanda libre, la metodología se encuentra en Clemmens, (1986). Infraestructura hidráulica de distribución y control: La infraestructura que existe en los distritos de riego, se puede agrupar de la siguiente manera: Estructuras de conducción y distribución, estructuras de regulación, estructuras aforadoras y estructuras de cruce y protección. Estas estructuras son: Canales principales, laterales, sublaterales, etc., Represas, Tomas para canales, Tomas directas y Estructuras aforadoras. Un problema al abastecer de agua a las parcelas sobre la red de distribución y conducción en una zona de riego es encontrar la relación óptima de las estructuras de control de nivel con las 7

8 estructuras de medición. El diseño de los canales de riego en México se clasifica como un sistema de regulación con distribución por demanda programada usuarios-autoridad, y una regulación aguas arriba, con infraestructura de compuertas tradicionales. El funcionamiento hidráulico es en régimen permanente gradualmente variado; y por otra parte, las variaciones del caudal de operación generan el régimen transitorio. Las estructuras de extracción corresponden a canales laterales y tomas directas, se localizan en sitios donde existan las condiciones hidráulicas para asegurar su abastecimiento y dominio de toda el área. En general se instalan compuertas de carga constante, compuertas Miller y/o módulos de gasto constante. Estas estructuras presentan diferentes ventajas reflejadas en la eficiencia hidráulica y operativa. La localización de estructuras reguladoras con nivel aguas arriba se localizan en la mayoría de los casos por topografía según la planeación de cada zona de riego. La ecuaciones aplicadas en hidráulica para determinar el funcionamiento del canal es en flujo transitorio gradual, estas ecuaciones son la de continuidad (1) y energía (2). Continuidad y Q B ( ) 0 (1) t x principio de la conservación de energía 2 y V 1 V ( ) s s f (2) 0 x x 2g g t B ancho de la superficie en la sección; s 0 = pendiente del fondo del canal; f 2 de la línea de energía; V = carga de velocidad en el punto n (m) 2g s = pendiente Estas ecuaciones fueron utilizadas en un ejercicio que se comenta en el artículo documentado por (Chaudhry, 2011), en el cual los resultados no fueron satisfactorios al ser modelos unidireccionales, a superficie libre y flujo transitorio. En las zonas de riego, para lograr un beneficio común, es necesario alcanzar el uso más eficiente de los recursos con satisfacción plena de los usuarios. Sin embargo ello no se ha logrado, principalmente, por falta de desarrollo y/o aplicación de innovaciones tecnológicas. En efecto, hoy en los Distritos de riego en México los sistemas de regulación de canales de distribución del agua y la capacidad de conducción son analizados y/o instrumentados por separado 8

9 Uno de los principales retos actuales de los investigadores relacionados con el diseño, operación y la gestión e instrumentacion de la infraestructura para grandes zonas de riego, es generar y proponer sistemas de regulación que al realizar de manera eficiente los cálculos numéricos se generen recomendaciones certeras con la debida oportunidad. Los sistemas de regulación, la capacidad de canales de riego se pueden diseñar y proponer ventajas de operar de forma insuperable como consecuencia de utilizar eficientemente herramientas y metodologías para manejar grandes volúmenes de información generada. En este trabajo se desarrollan opciones en las que concurren las dos variables de la infraestructura como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia de operación mejorada Hipótesis Los sistemas de regulación en los canales de distribución del agua sujetada a la capacidad de conducción son un apoyo en la operación y gestión, con eficiencia global mejorada en una zona de riego? Materiales y métodos En este apartado se desarrollan opciones en las que concurren las dos variables de la infraestructura, sistemas de regulación en canales de distribución y la capacidad de conducción como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia de operació mejorada en zonas de riego. Zona de estudio: La zona de estudio fue el módulo Santa Rosa del distrito de riego 075 (DR-075) localizado en el Valle del Fuerte, al norte del estado de Sinaloa, México, a una latitud media de 25º 50 y longitud de 109º 5, con una altura promedio de 20 msnm. Los suelos son planos con una textura predominante franco arcillosa con valores típicos de 50% para arcilla y 20% para arena, con bajo nivel de materia orgánica menor al 1%, una densidad aparente de 1.2 g cm -3, y una humedad aprovechable volumétrica del 15%. La zona se localiza en una zona árida al norte del estado de Sinaloa. El periodo de lluvias, principalmente de origen monzónico, se concentra en los meses de septiembre y octubre. El módulo de riego Santa Rosa con una superficie física regable de 34,316 ha, tiene un factor de repetición de cultivos en el ciclo PV de hasta el 27%, dicho módulo por su extensión es el más grande del DR-075. La programación para la distribución del agua se realiza en el módulo por demanda semanal. La operación de la obra de cabeza (presa de almacenamiento) es responsabilidad de la autoridad federal, CONAGUA, la red mayor es responsabilidad de la SRL, y la responsabilidad en la administración, operación y conservación de la red menor está a cargo de cada ACUR. Según la clasificación de los métodos de distribución (Iñiguez, et al., 2007), la responsabilidad del control es compartida Usuario-Autoridad (CONAGUA). La frecuencia del riego es programada en cada ACUR, 9

10 el caudal entregado es limitado por la capacidad de toma granja, con una capacidad promedio de 120 L s -1, y la duración del riego es programada entre Usuario-AU. Con estas condiciones de funcionamiento, el módulo de riego de estudio reporta una eficiencia global de operación anual del 51.4%, valor que refleja el método de distribución del agua utilizado en el DR-075. Los usuarios tienen un periodo para solicitar el riego a la ACUR en la semana: el gasto y duración del riego, siendo servido en las siguientes 72 h de ser aceptada la solicitud del servicio de riego por la ACUR. Plan de cultivos: Se consideró el plan de riegos tipo de la zona de riego, que incluye cultivos con fechas y superficies de siembra. Los cultivos más importantes en el DR-075 son maíz, sorgo, frijol, frutales, caña de azúcar, forrajes (principalmente alfalfa) y hortalizas (jitomate y papa). Es decir, con presencia de diferentes cultivos simultáneos, diversas fechas de siembra y de requerimientos de riego, así como diferentes duraciones de ciclos fenológicos Con el plan de riego y de forma conjunta de los tres ciclos PV, OI y Perennes para el año agrícola se encuentra la superficie con requerimiento de riego diaria y decenal, volumen diario necesario y decenal, este procedimiento se describe con la siguiente matriz. La matriz de información obtenida con base en el cuadro 3, cuenta con n columnas, para el llenado se inicia con el ciclo O-I por cultivo, el día juliano de inicio de la primera siembra, existirán tantas columnas n(i) como número de fechas de siembra de cultivo. La columna 1(1) esta dividida en la columna día, es desde la fecha de siembra hasta laterminación de la etapa fenológica, y la columna cultivo con el resultado en forma tabular de la obtiene la evapotranspiración potencial (ETp) por cultivo y fecha de siembra, área y fechas de riego de cada fecha de siembras. Con la columna n(i), con las columnas Día y Cultivo área y fechas de riego de cada fecha de siembras se repite el proceso, así se hace para todos los cultivos y ciclos. En la columna 3 se anota la superficie con cultivo 3(a) de todos los días del año y en la columna 3(b) de anotan las superficies por decena con riego. En la columna 4 (a) y (b) se reportan los volúmenes diario y decenal. Con la matriz completa se obtiene, la cantidad de hectáreas con requerimiento hídrico, láminas de riego que al multiplicarla por las hectáreas se obtiene el volumen diario decenal, se incluye las eficiencias totales, y finalmente el gasto necesario para satisfacer la demanda hídrica. 10

11 Cuadro 3. Matriz cultivos fechas de siembra y volumen. 1(1) n(i) 3 4 Cultivo 1(1) Dí a Cultivo n(i) Superficie Volumen FC Dí ETp Kc iet Áre o i Fech Con Riego Diari Decen i FS a a a de rieg o Culti vo Cultiv os Decen al o al Dí a ET p FC i FS K c i ET o i Áre a Fech a de rieg o Para estimar la evapotranspiración por cultivo se utiliza Penman-Montieth modificado por FAO (Allen, et al, 2006), además se utiliza el concepto de Grados Día Desarrollo (ºD) como criterio alterno para expresar la duración de días del ciclo fenológico de los cultivos y así estimar el coeficiente del cultivo de acuerdo a las ecuaciones de Ojeda et. al., En este caso se identifica una curva de la ETp para cada una de varias fechas de siembra que integra el periodo de siembra en la zona de riego. Se obtienen los y con los parámetros de los cultivos se estima el coeficiente de cultivo en función de los evapotranspiración potencial de un cultivo a partir de la fecha de siembra (FS) a la fecha de cosecha (FC) está dada por la ecuación 3. FC ET K ET (3) p Donde: i FS c i K y c i o i o i o D o D. La ET son el coeficiente de cultivo y la evapotranspiración de referencia, respectivamente, para el día i. La información necesaria para estimar la variable es la climatología histórica y un plan que incluye cultivos propuestos con fechas, superficies de siembra y ciclos agrícolas. Para la determinación de la capacidad de conducción de canales en una zona de riego se realiza bajo el método de Clemmens incluyendo la metodología para la determinación de la evapotranspiración integrada, (Iñiguez et al. 2011), por ser grandes extensiones cultivadas se considera que las horas del servicio de riego son las 24 h del día. Al conocer las demanda decenal y la capacidad del canal para demanda programada y demanda libre con las eficiencias globales y las características de la infraestructura hidráulica, se relacionan estas variable con los objetivos de un sistema de regulación ideal, 11

12 esto es con demanda libre yn control de nivel aguas abajo, demanda programada con control de nivel aguas arriba, de aquí se desarrollan opciones en las que concurren las variables de la demanda con control intermedio, todo esto como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia global mejorada. Análisis y discusión de resultados Con los datos del módulo, plan de riego y de forma conjunta de los tres ciclos para el año agrícola y al terminar el procedimiento que describe la matriz y al completar la implementación metodológica propuesta obtiene la matriz general integrada de los tres ciclos PV, OI y Perennes para el año agrícola. En figura 10 se muestra la relación de las hectáreas establecidas para cada día, además las hectáreas con requerimiento de riego decenal para todas las decenas del año. Figura 10. Relación hectáreas establecidas y con requerimiento de riego decenal El valor pico se presenta el día Juliano 105 con Fecha 15/04/2005; (día Juliano 231); un volumen máximo de 918, (m³ día -1 ); ETzr = (mm día -1 ) y una superficie de 22,518.0 ha establecidas, superficie para riego 9, 816 ha, de las cuales 1,985 son del ciclo Primavera-Verano, 7,416 ha Otoño-Invierno. Con una eficiencia global del 51.9% con fines de diseño se dispone del gasto de 23.0 m³ s -1, para todo el mes crítico, aquí nuevamente se corrobora que por capacidad hidráulica de conducción y disponibilidad volumétrica en el canal no existe restricción, esto es bajo programación usuario autoridad. El resultado subsecuente: Se determinó la capacidad de conducción de las entregas demanda programada y demanda libre por el método de Clemmens. En el tabla 3 se muestran los resultados de la aplicación, la columna 1 índica el kilometraje del canal, a dos el área cubierta, la tres el número de tomas. Usando los siguientes valores: área de rotación: A = 27, 285 ha, Q 120 l/s Q l/s por unidad de área, Eg= 51.35%. Los t t u gastos determinados con el método de Clemmens con la aplicación de la variable agronómica se tiene el gasto según la demanda programada o demanda libre, se muestran en la tabla 4 los resultados, se anota el kilometraje del canal a partir del km con la 12

13 correspondiente área dominada, en número de tomas y por último se muestran los gastos determinados. Estos son los gastos propuestos para ser presentados a las autoridades encargadas del programa de modernización del módulo Santa Rosa del distrito de riego DR. 075 localizado en el Valle del Fuerte, al norte del estado de Sinaloa, México para su evaluación. Con una eficiencia global para diseño del 51.35% y por el método de Clemmens se determinó un gasto de m³ s -1 con demanda programada se le asocia en este trabajo para regulación de nivel de control aguas arriba, esto valores son para una Infraestructura tradicional, esto es sin instrumentación y un gasto de m³ s -1 con demanda libre, se le asocia para regulación de control aguas abajo, esto valores son para una Infraestructura no tradicional, esto es con instrumentación Tabla 3. Capacidad de diseño (en l/s) del canal Emilio Grivel con el método de Clemmens. Demanda Demanda Kilómetro Área Tomas Programada libre Gasto de diseño Qd (ha) programada (l/s) Libre (l/s) , ,407 38, , ,914 37, , ,703 35, , ,544 35, , ,386 29, , ,940 28, , ,581 28, , ,304 27, , ,777 26, , ,543 26, , ,827 25, , ,763 16, , ,425 15, , ,271 15, , ,595 4, , ,258 3, , ,744 2, , ,248 2,004 R A n 1.0 Q n Para cualquier opción de modernización se tendrá que hacer la evaluación en los puntos de control de nivel para determinar los volúmenes a ofertados y demandados, con esta propuesta como se observó se tienen las hectáreas por regar así como todos los volumenes y/o gastos por periodos decenales, mensuales y anuales y las capacidades de los canales en todo su recorrido. Q n 13

14 Respecto al sistema de regulación ideal, se propone tres alternativas para proponer a los usuarios de acuerdo al servicio de riego como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia global mejorada a) Sistema de regulación aguas arriba Este método supone una distribución por demanda programada, ya que como se conceptualizó con el apoyo de las figuras 1 a la 4, la línea de remanso para caudal máximo es superior a la línea de remanso para caudal nulo, lo cual representa un almacenamiento negativo requiriéndose una programación anticipada del riego, la capacidad del canal por el método de Clemmens se determinó un gasto de m³ s -1 con una eficiencia global para diseño del 51.35% si se realiza una modernización con la instrumentación la eficiencia de operación aumentará y se tendrán volúmenes adicionales y en términos de flexibilidad aumenta el gasto, la frecuencia o la duración. b) Sistema de regulación aguas abajo. Este método supone una distribución por demanda libre, ya que como se observa en la figura 5, la línea de remanso para caudal máximo es menor a la línea de remanso para caudal nulo. Este almacenamiento positivo, permite satisfacer inmediatamente la demanda de riego de los puntos de extracción. Teóricamente, con el control aguas abajo las pérdidas de agua por operación son nulas, ya que el sistema de distribución funciona sólo cuando los usuarios solicitan riego, la capacidad del canal será por el método de Clemmens se determinó un gasto de m³ s -1 con una eficiencia global para diseño del 51.35%., al aumentar la eficiencia de conducción 70% al 90% se tendrá un gasto de m³ s -1, esto es 17% menor que el de regulación aguas abajo. c) Sistema de regulación control Bival o control asociado de nivel, con infraestructura o control automatizado. Este método supone una distribución por demanda libre, ya que como se observa en la figura 7, la mitad de la línea de remanso para caudal máximo es menor a la línea de remanso para caudal nulo a la mitad. Este almacenamiento positivo, permite satisfacer inmediatamente la demanda de riego de los puntos de extracción. Teóricamente, con el control Bival las pérdidas de agua por operación son la mitad a las de las de control aguas abajo, el sistema de distribución funciona sólo cuando los usuarios solicitan riego, por lo que la capacidad del canal será por el método de Clemmens se determinó un gasto de m³ s -1 con una eficiencia global para diseño del 51.35%, al aumentar la eficiencia de conducción 70% al 90% se tendrá un gasto de m³ s -1, esto es 25% mayor que el de regulación aguas arriba. Conclusiones y recomendaciones Ya que en el módulo las eficiencias de operación son bajas, las tres opciones satisfacen la demanda programada usuarios-autoridades actual, cuando cambien a demanda libre con control aguas abajo y/o Bival y se aplicaquen los sistemas de regulación sistemas de control automático es posible evitar que se pierda importantes volúmenes de agua. 14

15 Es coveniente que para un proyecto de rehabilitación en cualquier zona de riego del pais se realicen una serie de simulaciones de sitemas de regulación ante diferentes tipo de sistemas de control en que los usuarios esten dispuestos a participar en el ahorro del agua. Al usar un modelo matemático de simulación debe tenerse un muy buen conocimiento de sus fundamentos teóricos, características limitantes para saber distinguir cuando las causas de inestabilidad son achacadas al sistema físico o al modelo o a los datos y simplificaciones, ya que como se comento del artículo de Chaudhry, (2011) los modelos hidráulicos unidireccionales, a superficie libre y flujo transitorio no se obtienen resultados del todo satisfactorios. Se concluye que con el conocimiento y aplicación de la función dependiente, se aumentan las eficiencias de operación, por lo que se recomienda la implementación de esta proposición de acuerdo al servicio de riego que los usuarios estén dispuestos a utilizar. Respecto a las tres alternativas para proponer a los usuarios de acuerdo al servicio de riego como una acción conjunta en apoyo a la operación y de gestión, con eficiencia global mejorada realizar los anteproyectos de ingeniería y de acuerdo a los estudios económicos realizar la obra. Referencias Bibliográficas Allen, G. R.; Pereira, L.; Raes, D.; Smith, M Estudio FAO Riego y drenaje 56. Evapotranspiración del cultivo: Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. Serie Cuadernos Técnicos. FAO. Roma, Italia. 298 p. Buenfil, R. M. O, Campa, R. J. A Curso Sistemas de Regulación en Canales de Distribución. Instituto Tecnológico de Sonora, Comisión Plan Nacional Hidráulico, S. E. P. Ciudad Obregón, Son. Burt, M. C Overview of canal control concepts, Planning, Operation, Rehabilitation and Automatic of Irrigation Water Delivery Systems. Symposium Proceedings, ASCE, New York, U.S.A. Clement, R Computation of flow in Irrigation Systems Operating On Demand La Société du canal de Provence et d Aménagement de la Region Provencale, Le Tholonet, 13 December, Traducción al Inglés por U. S. Bureau of Reclamation, Denver, Colorado, Junio. Clemmens, A.J Canal capacities for demand under surface irrigation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, Vol 112, No. 4, Nov. pp

16 Chaudhry, M.H. 2011, Modeling of One-Dimensional, Unsteady, Free-Surface, and Pressurized Flows, Journal of Hydraulic Engineering, Vol, 137, No 2. pp González, J Sistema de regulación de la red de conducción y distribución del Distrito de Riego No. 085 La Begoña, Gto. Tesis de maestría, Centro de Hidrociencias, Colegio de Posgraduados, Montecillo, México. Guy Chevereau and Sylvie Schwartz-Benezeth Bival system for dowstrem control, Planning, Operation, Rehabilitation and Automation of Irrigation Water Delivery Systems. Symposium Proceding, ASCE, New York, U.S.A. Nessim Hay and Geoffrey Taylor Performance and design of labyrinth werir, Journal of the Hydraulics division, Vol.96, No HY11, November, Iñiguez, C. M.; De León, M, B.; Prado, H., J., V.; Rendón, P., L Análisis y comparación de tres métodos para determinar la capacidad de conducción de canales, aplicados en el distrito de riego La Begoña. Ingeniería Hidráulica. XXII(2): Íñiguez-Covarrubias, M., Ojeda-Bustamante, W. y Rojano-Aguilar A. (2011). Metodología para la determinación de la evapotranspiración integrada y la capacidad de canales en una zona de riego. Rev. FCA UNCUYO. 43(2): Ojeda-Bustamante, W.; E. Sifuentes-Ibarra; H. Unland Programación integral del riego en maíz. Agrociencia. 40(1): Palacios, V. E. y Exebio, G. A Introducción a la Teoría de la Operación de Distritos y Sistemas de riego. Centro de Hidrociencias, Colegio de Posgraduados, Montecillo, México. P S R H Proyecto de Zonas de Riego. Secretaria de Recursos Hidráulicos. Dirección de Proyectos de Grande Irrigación, Departamento de Canales. México, D. F. 16