Las funciones de reservorios en sistemas de riego, tipología y criterios de diseño primer borrador, borrador, 12/12/98
Por: Has Willet, asesor en manejo manejo de RRNN, RRNN, PRONAMACHCS PRONAMACHCS Cajamarca
Introducción Los reservorios cumplen en sistemas de riego una unci!n de almacenamiento "ue puede ser diurno, nocturno, del turno de riego o estacional# $l %eneicio muc&o depende de la unci!n espec'ica "ue de%e cumplir el reservorio# Muc&as o%ras de almacenamiento son &ec&as sin una clara deinici!n de la unci!n "ue de%en cumplir, conduciendo a alta de claridad so%re su operaci!n, dise(os desacertados, mala interpretaci!n de los %eneicios o%tenidos, ) inversiones cu)as utilidades son di'ciles de evaluar ) por lo general %ajas# *n primer paso, al "ue este documento "uiere dar una contri%uci!n es, %uscar una clasiicaci!n de reservorios seg+n su unci!n en los sistemas de aprovec&amiento &idrulico#
tipos de reservorios La clasiicaci!n ensa)ado a"u' es vlido para sistemas de riego ), algunos de los tipos dierenciados, para sistemas de uso dom-stico# Sin em%argo, "ueremos limitar el discurso a reservorios para riego, )a "ue el agua para uso dom-stico tiene un valor ms alto, mientras los vol+menes utili.ados son muc&o menores# Por lo tanto las opciones de almacenamiento son distintas# Los siguientes tipos de reservorios son distinguidos: • • • • •
reservorio de colección /riego0 cmara de carga1reservorio de compensaci!n /riego por aspersi!n0 reservorio nocturno /riego, uso dom-stico0 reservorio de retención /riego, uso dom-stico0 reservorio estacional /riego, /riego, uso dom-stico0
$n el siguiente cuadro intentamos una caracteri.aci!n de cada tipo: función reservorio de colección
cámara de carga/ reservorio de compensación
reservorio nocturno
reservorio de retención
reservorio estacional
condición para el uso acumular agua el caudal para alcan.ar un disponi%le para caudal m'nimo riego es apropiado para demasiado riego por pe"ue(o para gravedad riego por gravedad compensar las riego por dierencias entre aspersi!n caudal de entrada ) caudal de salida de una cmara de carga para un sector de riego por aspersi!n almacenar un cuando en un caudal "ue es sistema de riego cont'nuo durante por gravedad, el la noc&e, para riego nocturno evitar el riego es pro%lemtico nocturno almacenar un turno de riego por gravedad, para utili.ar el volumen entregado en momentos ) caudales ms oportunos /por ejemplo cuando se "uiere usar el agua para regar con aspersi!n0 almacenar un e8cedente de agua "ue ocurre en ciertas -pocas del a(o, para periodos de escase.
ubicación/ cobertura parcela o pe"ue(o grupo de parcelas
ciclo de recarga nivel de gestión típico 23 &oras individual1 pe"ue(o grupo
en la ca%ecera de un sector de riego por aspersi!n /una o varias parcelas0
42 &oras
individual1 pe"ue(o grupo
en la ca%ecera de un sector de riego por gravedad /comunidad o sector de una comunidad0 cuando en un en la ca%ecera sistema de riego de una parcela o por gravedad el grupo de turno de riego es parcelas inadecuado para ciertos usuarios /intervalo demasiado largo o irregular, caudal demasiado grande0
23 &oras
comit- de canal1sector
45 a 67 d'as
individual1 pe"ue(o grupo
&a) marcados e8cedentes de agua en ciertas -pocas ) d-icits en otras, ) e8isten condiciones para almacenar los e8cedentes en orma %arata
de una a varias veces al a(o
varia%le desde individual &asta varias comunidades
reservorio de colección 2
mu) varia%le, desde parcela a comunidad o varias comunidades
A. Descripción $ste tipo de reservorio es construido muc&as veces por iniciativa propia de agricultores de la Sierra "ue tienen pe"ue(os manantiales en sus propiedades ) "ue no podr'an aprovec&ar cilmente por su pe"ue(o caudal# La unci!n es de coleccionar el agua de un pe"ue(o manantial, cu)o caudal ser en la ma)or'a de los casos menos de 2 lit1seg, a in de juntar un volumen de agua apropiado para reali.ar el riego por gravedad# La colecci!n normalmente se reali.a durante la noc&e o 23 &oras# $l nom%re de este tipo de reservorio es derivado de una clasiicaci!n de sistemas de riego en .onas monta(osas dado por L# 9incent /45: Hill ;rrigation, Water and # . eneficio $l %eneicio "ue se o%tiene de un reservorio de este tipo tiene tres aspectos: 1. aumento de la eficiencia de riego $n la ma)or'a de los casos, los manantiales mu) pe"ue(os /7 ? 7,5 lit1seg0 no son usados para riego, sencillamente por"ue el agua en mu) pe"ue(os caudales no es transporta%le sin el uso de tu%os# $N canales en tierra o en surcos, rpidamente se pierde todo el caudal por iniltraci!n ) evaporaci!n, a veces antes de llegar a la c&acra, ) por eso el agricultor no toma en cuenta estos pe"ue(os caudales para el riego de sus cultivos, a+n si los cultivos necesitar'an del riego# Se puede decir "ue la eiciencia del uso del agua en estos casos es 7@ por"ue todo el agua es desperdiciado# Cuando los caudales son ligeramente ma)ores /7,5 ? 2 lit1seg0, )a se ver "ue el agua generalmente se lo canali.a &acia algunos cultivos o pastos, pero la eiciencia de conducci!n sigue siendo %ajo por lo motivos mencionados arri%a /p-rdidas por iltraci!n ) evaporaci!n0# Cuando se colecciona el agua el un reservorio /generalmente durante una noc&e0, se puede conducir el agua con ma)or caudal, ) por eso con menos p-rdidas, a las c&acras# Por ejemplo, cuando un caudal de 7,5 lit1seg es conducido a una c&acra "ue est a 277 metros por un canal de tierra, pro%a%lemente se pierde la mitad por iltraci!n antes de llegar a la c&acra# Cuando el mismo caudal es almacenada durante 42 &oras en un reservorio de 57 m6, se puede conducir este volumen en una &ora con un caudal de 42 lit1seg, sin perder muc&a agua# 2# eficiencia de uso de mano de obra Cuando el caudal de riego es pe"ue(o, el tiempo para terminar de regar un rea determinada es largo# *n caudal ideal para pe"ue(as c&acras en ladera es de 5 a 45 lit1seg, dependiendo de actores como cultivo, pendiente, suelo, etc# Cuando el caudal disponi%le es menor, se demora muc&o el riego ) esto es visto como una desventaja por el regante# *n reservorio de colecci!n en este caso apo)a el regante arpovec&ar mejor su tiempo#
6# Oportuna distribución , ) escoge la manera de como ) donde utili.arlo# 6
Aun"ue los %eneicios 2 ) 6 pueden en algunos casos ser ms importantes, desde el punto de vista de los agricultores, "ue la eiciencia, son %eneicios ms di'ciles de valori.ar en t-rminos econ!micos# Por eso se recomienda en el caso de pro)ectos de ;R donde se prev- la construcci!n ) mejoramiento de este tipo de reservorios, utili.ar el %eneicio 4 /eiciencia0 para calcular el rendimiento de las inversiones#
!. "pciones de me#oramiento Los sistemas de riego de colecci!n tienen por lo general pocos pro%lemas de manejo o de organi.aci!n# $l n+mero de regantes es poco /se conocen sistemas de &asta 42 regantes0, ) la distri%uci!n es cil /ver arri%a0# $l mejoramiento de un sistema e8istente puede consistir en la impermea%ili.aci!n )1o aumento del reservorio, ) el mejoramiento de los canales de conducci!n /&acia ) desde el reservorio0 con tu%er'a#
Mejor eiciencia de aplicaci!n "ue riego por gravedad eiciente uso de la mano de o%ra amiliar menos riesgo de erosi!n
La ventaja de sistemas de colecci!n, so%re sistemas presuri.adas en %ase a estas uentes pe"ue(as es, la menor inversi!n inanciera /reservorios pueden ser reali.adas sin inversi!n e8terna0 Otra posi%ilidad "ue se de%e tomar en cuenta es, la uni!n de varias pe"ue(as uentes de agua &asta juntar un caudal aprovec&a%le con riego por gravedad /min# 5 lit1seg0# *na posi%ilidad es, &acer un sistema mi8to, es decir de colecci!n ) presuri.ado, donde se utili.a un pe"ue(o caudal con un reservorio de colecci!n, ) donde tam%i-n puede ser utili.ado con aspersi!n# $sta opci!n conviene cuando algunos usuarios no tienen la opci!n de regar por aspersi!n por"ue sus parcelas estn demasiado altas con relaci!n a la uente para presuri.ar el agua, o cuando conviene regar en algunas -pocas del a(o con riego por gravedad, por ejemplo en el caso de granos leguminosas /pueden perder su loraci!n con el impacto de las gotas del riego por aspersi!n0#
D. Determinación del volumen $l volumen de un reservorio de colecci!n es calculado en unci!n del caudal de la uente, ) el tiempo "ue se "uisiera acumularlo# Normalmente el tiempo no de%er'a ser ms de 42 &oras, )a "ue el reservorio se volver'a innecesariamente grande# $. $#emplo caudal del manantial: 7,25 lit1seg uso: riego por gravedad volumen del reservorio: 7,25 8 677 8 42&oras B 47 mil litros /47 m60 costo revestimiento /manta asltica0:S1#4777 costos de l'neas de conducci!n S1#4477 3
%eneicio: costo por &a
incorporaci!n de 7,3 &a %ajo riego /re"uerimiento de riego por gravedad en Sierra: 7,5 lit1seg1&a0 S1#5257
La inversi!n por &a es alta, podr'a justiicarse con cultivos de alto valor /&ortali.as0, pero pro%a%lemente el riego por aspersi!n saldr'a ms %arato, si t-cnicamente uera acti%le#
!ámara de carga/reservorio de compensación A. Descripción $l reservorio de compensaci!n es usado en sistemas de riego por aspersi!n 4# $n estos sistemas el caudal de riego es determinado por el n+mero de aspersores ) sus caracter'sticas &idrulicas, ) la presi!n de tra%ajo de los aspersores "ue depende de la topogra'a ) de la geometr'a del sistema# La oerta de agua muc&as veces es una uente &'drica de caudal continuo, cu)o caudal no ser e8actamente igual al caudal demandado por el sistema de riego# La dierencia entre el caudal demandado por el sistema ) el caudal de la uente de%e ser compensado por un reservorio "ue se llenar o vaciar lentamente con la dierencia de caudal de entrada ) caudal de salida# $l t-rmino de reservorio de compensaci!n es escogido por"ue su unci!n es compensar las dierencias "ue son inevita%les entre el caudal demandado por sectores de riego por aspersi!n ) el caudal de entrada al sistema# .
eneficio
$l %eneicio de este tipo de reservorio es "ue el sistema de riego por aspersi!n pueda uncionar sin "ue &a)a succi!n de aire o un re%o.o de agua so%rante de la uente, por la no coincidencia e8acta de los caudales de entrada ) salida del sistema# $s decir este tipo de reservorio siempre es necesario en caso de un sistema de riego por aspersi!n "ue unciona por gravedad con una uente de agua continuo# !. "pciones de me#oramiento $ste tipo de reservorio podr'a ser construido en tierra si la calidad del terreno lo permite /permea%ilidad %aja0# Sin em%argo se revestirn normalmente, ms "ue todo por"ue se trata de reservorios pe"ue(os# D. Determinación del volumen $l volumen se calcula por: $l caudal promedio de la uente de agua del sector de riego /un sector es una parte del sistema "ue tiene asignado un caudal permanente0 multiplicado por la desviaci!n "ue se permitir'a en el caudal demandado por la inraestructura del sector, ) por el tiempo "ue se "uiere dejar los aspersores en una posici!n# $. $#emplo Supongamos "ue el sector de riego tiene un caudal continuo de 2 lit1seg# Con un tipo de aspersor "ue arroja, con la presi!n de tra%ajo indicado, un caudal de 7,2 lit1seg, se tendr'a en el sector de riego 47 aspersores# Sin em%argo, los aspersores tendrn en algunas partes del sector una presi!n ma)or, ) en otras partes una presi!n menor, dependiendo de la topogra'a del sector# Supongamos "ue los 47 aspersores u%icados en una parcela relativamente %aja, con una presi!n alta, arrojaran unos 45@ ms de agua del caudal 4
A"u' &a%lamos de sistemas de riego por aspersi!n "ue aprovec&an la uer.a de la gravedad para presuri.arse# $n sistemas de %om%eo tam%i-n e8isten reservorios con unci!n sim ilar#
5
calculado# Supongamos adems "ue el tiempo de riego en una posici!n es calculado en D &oras# $ntonces el reservorio de compensaci!n tendr'a un volumen +til de: 2 8 7,45 8 677 8 D BD37 litros / m6, costo: S1#770 La relaci!n costo1%eneicio para este tipo de reservorio es di'cil de calcular, )a "ue orma parte de un sistema donde cumple una unci!n indispensa%le# $l calculo costo1%eneicio /o costo por &ectrea0 se de%e calcular so%re el sistema en su conjunto#
reservorio nocturno A. Descripción $l reservorio nocturno tiene la unci!n de almacenar durante la noc&e el agua de una uente continuo, ) este agua es nuevamente utili.ado el siguiente d'a para riego# Reservorio nocturno es un t-rmino com+n en la jerga de la especiali.aci!n del riego# . eneficio $l %eneicio consiste en "ue se puede aprovec&ar todo el caudal continuo disponi%le para riego, regando solo de d'a# Este beneficio es relevante solamente en casos donde el riego nocturno es dificultoso para los regantes , ) no se reali.a, a+n e8istiendo un d-icit de agua de riego# Otra ventaja de estos reservorios es, la ma)or li%ertad "ue tienen los regantes para escoger los momentos en "ue regar, )a "ue en cada momento "ue no se "uisiera usar el agua, &a%r'a posi%ilidad de guardar el caudal de riego durante algunas &oras# $n algunos casos, la preerencia es regar en la noc&e# $n estos casos el reservorio ser'a usado al inverso: de noc&e se riega ) de d'a se almacena el agua# !. "pciones de me#oramiento Los reservorios nocturnos pueden ser de tierra o revestidos, dependiendo de las posi%ilidades de revestir un reservorio relativamente grande, ) de la calidad del suelo ) del su%suelo# $l ciclo corto de llenado ) vaciado /23 &oras0 muc&as veces no &ace necesario el revestimiento /en solo 23 &oras, el @ del volumen perdido por iltraci!n puede ser %ajo0# D. Determinación del volumen $l volumen se determina por: Caudal de riego 8 677 8 tiempo "ue se "uiere almacenar el agua /por ejemplo: D &oras,42 &oras, 4 &oras0# $. $#emplo *n canal de riego tiene un caudal de 27 litros por segundo# Se &a detectado "ue grandes p-rdidas de agua ocurren por"ue el agua durante la noc&e no es aprovec&ado adecuadamente# $specialmente entre las 26:77 ) 5:77 &oras se &an detectado grandes p-rdidas de agua por descuido# Se constru)e un reservorio nocturno de 27 8 677 8 42 B D3777 litros B D3 m6# $l costo es de S1#37 777# $l %eneicio consiste en la ampliaci!n del rea eectivamente regada con 27 8 677 8 &oras B E,E &as 5777 2 2
Se asume un re"uerimiento &'drico de 5777 litros por d'a por &ectrea /7,5 lit1seg1&a0, com+n para la Sierra
$l costo por &ectrea de riego ampliada es de S1#545
reservorio de retención A. Descripción $l reservorio de retenci!n es usado para retener un volumen de agua reci%ido de un canal de riego /el turno de riego0 para su uso posterior en momentos ) caudal oportuno# Se utili.a este tipo de reservorio entre otros cuando los turnos en un canal de riego de%en ser utili.ados con riego por aspersi!n# $l nom%re, reservorio de retenci!n, es escogido por"ue su unci!n es retener un volumen de riego entregado para su uso posterior# . eneficio $L %eneicio consiste ma)ormente en poder utili.ar el turno de riego cundo, ) con el caudal "ue se re"uiere# Muc&as veces los turnos de riego en los canales tradicionales son demasiado espaciados para poder sustentar un cultivo en !ptima condici!n# ;ntervalos de riego de ms de 67 d'as no son una e8cepci!n mientras la ma)or'a de los suelos agr'colas en la Sierra no sustentan un periodo de se"u'a de ms de 45 d'as con cultivos con sistema radicular proundo# Cuando el sistema radicular es supericial /suelos poco proundos o cultivos con ra'ces cortos, por ejemplo lec&uga, ce%olla, ajo0, el intervalo de riego ms adecuado es de E o 5 d'as# Cuando se "uisiera utili.ar un turno de riego con aspersi!n, tam%i-n es necesario un reservorio por"ue normalmente un e"uipo de riego "ue aprovec&a todo el caudal de riego entregado ser'a demasiado grande ) costoso# Si el caudal de riego uera de 27 lit1seg, se necesita un e"uipo con ms de D7 aspersores, ) tu%os, vlvulas ) iltros correspondientes# $l mismo turno ser'a ms conveniente utili.ar durante un pla.o ms largo "ue el turno, con menor caudal, ) e"uipo ms pe"ue(o# Para eso se &ar'a un reservorio# !. "pciones de me#oramiento Por el &ec&o "ue el agua en este tipo de reservorio se "ueda varios d'as, a veces ms de 45, muc&as veces es necesario su revestimiento, sino el volumen retenido %ajar'a considera%lemente, salvo en casos de suelos con permea%ilidad mu) %aja#
D. Determinación del volumen $l volumen es calculado por, caudal de riego en el canal 8 tiempo del turno de riego $. $#emplo *n canal de riego carga 45 lit1seg "ue es turnado entre los regantes con un intervalo de 27 d'as# *n regante opta por construir un reservorio de retenci!n ) regar su parcela cada 47 d'as# Su turno de riego es de 42 &oras cada 27 d'as ) el rea a regar 7, &as# La mitad del volumen aprovec&ar durante su turno, la otra mitad es almacenado para utili.arlo posteriormente /despu-s de 47 d'as0# Su reservorio tendr'a un volumen de 45 8 677 8 42 B 623777 lit B 623 m6 2 $l costo del reservorio es de S1#45 777, ) el costo por &ectrea regada S1#25 777# E
$l costo por &ectrea irrigada es demasiado alto# Salvo "ue e8istieran posi%ilidades de reali.ar la o%ra con muc&a menos inversi!n, no resultar via%le econ!micamente# Las alternativas para este tipo de o%ra son, intentar de acortar el intervalo de riego &asta m8imo 47 o 43 d'as# $ste cam%io depender en la ma)or'a de los casos de una decisi!n colectiva de la organi.aci!n de regantes# Se lograr'a el mismo %eneicio /intervalos de riego ms cortos0 con una inversi!n nula# Cuando el o%jetivo es, regar por aspersi!n con un caudal menor del caudal de riego por gravedad, se puede intentar una soluci!n concertada, donde el usuario del sistema de aspersi!n accede a un caudal pe"ue(o durante ms largo tiempo, a cam%io de /parte de0 su turno de riego normal#
reservorio estacional A. Descripción *n reservorio estacional almacena el agua "ue es a%undante en -poca de lluvias, para ser aprovec&ado en -poca de estiaje# $n -poca de lluvia, por lo general e8isten grandes masas de agua "ue escurren &acia los r'os ) al mar "ue podr'an ser almacenadas# $l nom%re reservorio estacional es utili.ado con cierta recuencia por los especialistas de riego para indicar su unci!n espec'ica# . eneficio $l %eneicio del reservorio estacional consiste en la ampliaci!n del rea rega%le con el volumen del agua para riego almacenado# $l n+mero de riegos a reali.ar con el volumen almacenado puede variar de uno /en este caso se &a%la a veces de un riego de =salvaci!n>0 a oc&o o ms riegos "ue se necesitar'a para lograr un cultivo# Para poder calcular el %eneicio en t-rminos econ!micos, ser'a prudente partir de una lmina de agua por aplicar al cultivo de m'nimo 4E7 mm /4E77 m61&a0, correspondiente al re"uerimiento %ruto de riego de un cultivo en pleno crecimiento durante un mes# Fomando en cuenta las p-rdidas por iltraci!n ) evaporaci!n, el volumen %ruto almacenado podr'a ser de 2777 m6 por &ectrea regado# !. "pciones de me#oramiento Los reservorios estacionales de%en mantener su agua almacenada durante varios meses, por lo tanto su volumen +til de%e ser disminuido con el volumen "ue se perder'a por iniltraci!n ) evaporaci!n# Se podr'a optar por revestir estos reservorios, pero su grande tama(o por cada &ectrea regada /2777 m61&a0 &ar'a esto demasiado costoso# Por lo general, se %uscan sitios para el almacenamiento en depresiones naturales, /valles o lagunas0, donde el almacenamiento de muc&o volumen de agua resulta relativamente %arato mediante el movimiento de tierra# D. Determinación del volumen
re%o.o, etc#0 asciende a S1#457 777# $l costo por &ectrea de riego es de 457 777125B S1#777 1 &a#
%ecomendaciones para el diseño de obras de almacenamiento Hemos distinguido 5 tipos de reservorios# Cada tipo cumple una unci!n espec'ica ) distinta en un sistema de riego# $n algunos casos un reservorio puede cumplir varias unciones a la ve., en cu)o caso la operaci!n del reservorio, ) el %eneicio o%tenido, ser'a ms di'cil de prever# $n el siguiente cuadro se se(alan algunas de las com%inaciones de usos de las estructuras de almacenamiento posi%les#
Reservorio nocturno reservorio de colección reservorio nocturno reservorio de retención
Reservorio de retención G
reservorio estacional
G
A in de poder estimar el %eneicio o%tenido de una o%ra de almacenamiento, se de%er'a tener una clara idea de su uncionamiento ) operaci!n, ) en %ase a eso, llegar a determinar el %eneicio en t-rminos de rea de riego ampliado# $l costo de una o%ra de riego, por &ectrea de riego ampliado es un parmetro reerencial "ue puede servir para evaluar una propuesta de pro)ecto# Los ejemplos dados en cada uno de los tipos descritos, sugieren las siguientes tendencias: •
•
•
$l costo por &ectrea incorporada al riego, con inversiones en reservorios revestidos, es alto el cada uno de lo ejemplos presentados# Creemos "ue los ejemplos son %astante realistas# Ser'a necesario comparar el costo por &ectrea incorporada al riego, mediante reservorios, con el costo por &ectrea incorporada al riego, con otros tipos de inversiones /mejoramiento de canales, riego por aspersi!n, etc#0, para ainar estrategias de inversi!n en ;R# Los reservorios estacionales re"uieren de %astante volumen por &ectrea eectivamente regada# Por eso, solo sern acti%les econ!micamente si se pueden almacenar vol+menes ma)ores /m'nimo algunos miles de metros c+%icos0 mediante el aprovec&amiento de depresiones naturales en el terreno ) %arreras de tierra# Revestimientos sern di'ciles de justiicar econ!micamente, por lo tanto, se necesitan terrenos /suelos, su%suelos0 relativamente impermea%les# $stos reservorios ocupan %astante espacio, generalmente .onas planas, ) la p-rdida de estos terrenos por inundaci!n de%e ser tomado en cuenta como actor de costo#
•
•
caudal de riego almacenado, mientras un reservorio de retenci!n solamente uno o pocos %eneiciarios# Limitante para la aplica%ilidad de reservorios nocturnos es "ue de%e ser compro%ado el desperdicio del agua de riego durante las &oras de noc&e# Los reservorios de retenci!n parecen ser, en la ma)or'a de los casos, una alternativa no via%le# Los reservorios de colecci!n son construidos por los usuarios de pe"ue(as uentes de agua "ue di'cilmente ser'an aprovec&a%les en orma directa /por su limitado caudal0# $l mejoramiento de estos sistemas puede resultar via%le, pero las pe"ue(as supericies regadas impiden "ue las inversiones sean considera%les#
47
