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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.
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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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