UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
INSTITUTO DE INVESTIGACION – IIFCA Pro gr am a de In In ves tig ación en Past os y Ganad ería INFORME DE INVESTIGACION 2006
Diseño de Cabezales de Riego para condiciones de Sierra - Ayacucho - Ayacucho Responsable:
RUBÉN ALFREDO MENESES ROJAS Ayacucho – Perú – Perú 2007
Agradecimiento •
Oficina General de Investigación e Innovación OGII – – UNSCH UNSCH
•
Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Agrarias IIFCA
•
Programa de Investigación en Pastos y Ganadería PIPG
•
CARE PERU Oficina Regional Ayacucho
•
Agricultores de la Comunidad de Uchuypampa, Qollota, San José de Secce, Huamanguilla.
•
Municipalidad distrital de Iguaín, Luricocha
•
Otras instituciones y personas
Agradecimiento •
Oficina General de Investigación e Innovación OGII – – UNSCH UNSCH
•
Instituto de Investigación de la Facultad de Ciencias Agrarias IIFCA
•
Programa de Investigación en Pastos y Ganadería PIPG
•
CARE PERU Oficina Regional Ayacucho
•
Agricultores de la Comunidad de Uchuypampa, Qollota, San José de Secce, Huamanguilla.
•
Municipalidad distrital de Iguaín, Luricocha
•
Otras instituciones y personas
Introducción •
El AGUA, bien cada vez más escaso no solo en cantidad, sino en calidad. Los usurarios: agricultores están obligados a usarlo con mayor eficiencia posible. Los agricultores de la zona limitan su producción sólo a las lluvias…
•
Muchos usuarios de agua para riego no están organizados ni capacitados en uso, manejo, administración, operación, mantenimiento y conser5vación de este valioso recurso; urge un trabajo encaminado a dichos aspectos faltantes.
•
En últimos años, instalación de sistemas de riego a presión en comunidades rurales de Ayacucho; simplificando: captación (canal), cámara de carga, red de riego (tubería principal) con hidrantes para salida a laterales que operan con un aspersor; con agua de buena calidad pueden operar; con agua con impurezas, taponamiento y colapsa.
Introducción •
Sistema de riego presurizado instalados en sierra carecen de CABEZAL, de sistemas de filtrado para el tratamiento del agua, que influye en la correcta operación (obturación). Entonces es un componente clave que cumple funciones: control, protección, medición, seguridad, operación y mantenimiento.
•
El Trabajo pretende plantear y recomendar el diseño de cabezales de riego con componentes elementales, que se adecuen a las condiciones de calidad de agua, climáticas, ambientales y sociales de la agricultura andina.
Objetivos GENERALES: •
Propiciar la operación eficiente de los sistema de riego presurizado instalado en las condiciones de la sierra peruana.
ESPECIFICOS: •
Evaluar las instalaciones de sistemas de riego a presión en comunidades rurales de la sierra.
•
Proponer el diseño de cabezales de riego y sistemas de filtrado de agua adecuado a las condiciones de Sierra.
•
Recomendar cabezales de riego más convenientes y de fácil operación.
I. REVISION DE LITERATURA •
Elinor Ostrom menciona que en la evaluación de los proyectos de irrigación se tiende a tomar en cuenta solo la ejecución de las obras físicas o la tecnología de riego introducida, mientras que se ignoran las características de las organizaciones que tienen a su cargo precisamente el manejo del sistema de riego. Sin embargo, de estas organizaciones depende el éxito o fracaso de tales proyectos.
•
La reflexión sobre el riego en la sierra recién aparece a mediados de los años ochenta, a raíz de las lluvias e inundaciones en la zona norte y la grave sequía que se produjo en la sierra sur. Empezaron a utilizar el término “gestión social” para aludir a un manejo integral del agua, físico y social; es decir, esta nueva perspectiva comenzó a desarrollarse en espacios ligados a los pequeños proyectos de riego en la sierra.
•
Trabajos muestran, en toda su complejidad, los efectos y consecuencias de la intervención estatal en el nivel de la organización local del riego, los conflictos de las organizaciones locales con las instituciones estatales.
Sistema de Riego Es un complejo sistema de control del agua , en él se combinan los elementos físicos, normativos, organizativos, agro-productivos y las capacidades y conocimiento del arte de regar; la combinación de estos elementos lo que hace funcionar el sistema de riego en su conjunto. Las distintas dimensiones fundamentales (técnico, social, normativo, legal) son:
Operación : manejo de obras, control, medición – Captac = entrega
Mantenimiento: preservar infraestructura – operación adecuada
Distribución: operación diaria, bases para funcionamiento sistema
Administración: gestión, manejo recursos físicos, económicos, humanos; organización, tomo de decisiones, manejo de conflictos.
Cabezal de riego – Sistema de filtrado
Llamamos Cabezal de riego al conjunto de elementos destinados a filtrar, tratar, medir y suministrar el agua a la red de distribución. Contamos con un grupo de bombeo que dota al agua de la presión necesaria para alcanzar el punto más alejado de la red… No siempre es necesaria la estación de bombeo.
El sistema de filtrado es uno de los componentes del cabezal y está compuesto por distintos tipos de filtros con los que se pretende eliminar las partículas y elementos que lleva el agua en suspensión y que pueden ocasionar obturaciones en cualquier parte de la red, principalmente en los emisores. (www.elriego.com)
Aspectos institucionales •
Las institucion es so n un co njun to de reglas “en acción” o en uso , que son seguidas por quienes suministran el agua y por los usuarios de un sistema de riego en una localidad. Estas reglas locales determinan quién puede o no ser elegido autoridad, qué acciones son permitidas y cuáles serán sancionadas. Finalmente, las reglas determinan quién tiene o no
acceso al agua. •
Existe c ap it al f ís ic o (obras materiales); el “capital soc ial” constituida por habilidades desarrollado por el conjunto humano, que permite su funcionamiento fluido – coordinación. Dos tipo s d e actividades:
De Transfo rm ación : cambiar cosas de un estado a otro; derivación de agua de cauce aun canal. De Trans acc ión : actividades de transformación requieren actividades de transacción; costo depende de las reglas usadas y del entorno físico •
Cuando las institucion es bien con stituidas y tiene legitimidad; conductas oportunistas se reducen: formas de monitoreo y sanciones
Aspectos sociales del riego Organizaciones de riego: permanencia durante extensos periodos. Nunca se mantienen estables: cambian permanentemente, circunstancias de diverso orden, su éxito reside en adecuarse o no a dichos cambios. Cambios en la infraestructura o en el medio; consecuencia de eventos económicos, políticos o sociales. Combinación de factores:
Contexto físico, social y político en el que se desenvuelven • El control del agua y su vinculación con las relaciones de poder . • Los derechos de agua individuales y colectivos: beneficios, •
obligaciones y sanciones •
La dimensión cultural, que incluye los valores culturales y de identidad.
Derechos de Agua Los derechos de agua, en este contexto de sistemas autogestionados, puede definirse como “la exigencia autorizada sobre el uso de una parte de flujo de agua, que incluye ciertos privilegios, restricciones, obligaciones y sanciones que acompañan esta autorización, entre los que resalta la facultad de participar en la toma de decisiones colectivas sobre la gestión y el destino del sistema”. •
Derechos de agua colectivos
•
Derechos de agua individuales
En análisis de la dinámica de gestión del agua se distingue: •
Derechos formales : formulados, autorizados marco normativo vigente
•
Derechos de acción: en la práctica de la gestión del agua
Organización de regantes Definirse: “un grupo de personas quienes por medio de acciones colectivas persiguen el funcionamiento de su sistema de riego; para lo que emplean ciertas capacidades, recursos y tiempo, dentro de una estructura propia y en interacción con su contexto”.
Para el funcionamiento de manera autogestionada; la organización debe cumplir múltiples tarea: de regulación y autorización; de gestión operativa del agua; de organización interna; de re construcción de la infraestructura; de movilización y administración de recursos; y las relaciones con el exterior para conseguir asistencia técnica y apoyo jurídico.
Dinámicas sociotécnicas del Riego Sistema de riego: complejo sistema de control de agua, donde se combinan e interrelacionan: 1.
ELEMENTOS FIISICOS
•
Fuente, flujos de agua, espacio físico
•
Infraestructura hidráulica
•
Métodos de aplicación de agua de riego
•
Recursos naturales: agua, suelo, clima, flora, fauna
2.
NORMATIVOS – LEGALES
•
Formales – generales : Estado
•
Particulares – propias : Derechos Consuetudinarios
•
Definición de derechos y obligaciones de los usuarios INSTITUCIONALIDAD
Dinámicas sociotécnicas del Riego 3. ORGANIZATIVOS •
Organización humana y conjunto de reglas para gestionar
•
Autoridades formales - oficiales
•
Autoridades comunales – tradicionales
•
Organización para operación – mantenimiento
GOBERNABILIDAD 4. PRODUCTIVO - ECONOMICOS •
Insumos: semillas, abonos, conocimiento, técnicas, capital.
fuerza
laboral,
•
Producción agrícola, pecuaria – transformación.
•
Artesanía y otras actividades
capacidades,
SEGURIDAD ALIMENTARIA – INGRESOS ECONÓMICOS
Dinámicas de Producción Existe una interrelación íntima entre estos cuatro componentes ES LA COMBINACIÓN DE ESTOS ELEMENTOS LO QUE HACE FUNCIONAR EL SISTEMA DE RIEGO; LA AUSENCIA DE UN ARREGLO ADECUADO EN CUALQUIERA DE LOS ELEMENTOS, LLEVA A PROBLEMAS EN SU DESEMPEÑO Y A RESULTADOS DECEPCIONANTES EN CUANTO A LA EFICIENCIA DE USO DEL AGUA. •
Garantizar la seguridad alimentaria
•
Fuente de ingresos económicos – niveles de vida
•
Sostenibilidad - continuidad
•
Autogestionado
Social ORGANIZATIVO NORMATIVO
HOMBRE CHACRA AGUA ELEMENTOS FISICOS
Técnica
PRODUCTIVO ECONOMICO
Económica
II. MATERIALES Y METODOS UBICACIÓN •
Fase de diagnóstico y evaluación:
•
Comunidades de Uchuypampa, Macachacra, Luricocha; San José de Santillana, Qollota, Huamanguilla.
Huanta
Huamanga
•
Sobre 2900 msnm.
•
Región Ayacucho. Provincias de Huamanga, Huanta
•
Cuencas: Cachi, Mantaro
METODOLOGIA •
Investigación tipo aplicada; explicativo, descriptivo, cálculos, deductivo, de análisis, síntesis e interpretación.
•
Uso Equipo topográfico, observación, encuestas, registros, fotografías.
•
Sistematización, análisis e interpretación según objetivos; luego las recomendaciones técnicas respectivas, para la correcta operación y funcionamiento del sistema (cabezales de riego)
PROCEDIMIENTO • • • • • • • •
Coordinación con agricultores de la zona Diagnóstico participativo: recursos, infraestructura. Recopilación de información requerida. Inspección, evaluaciones de campo y laboratorio. Análisis y evaluación de información, resultados Diseño de cabezales simplificados. Recomendaciones de diseño para sierra. Redacción de informe final.
ACTIVIDADES DESARROLLDAS •
FASE DE CAMPO: Delimitación, coordinación, diagnóstico participativo, recopilación información, aplicación de herramientas, tomas de muestras.
•
FASE DE LABORATORIO: Análisis y evaluación de muestras, características físicas y químicas del agua.
•
FASE DE GABINETE: Sistematización de información, estudios básicos, evaluaciones, análisis, cálculos de diseño agronómico, hidráulico. Diseño de
Consideraciones de diseño: Cabezal •
Diagnóstico
participativo,
situación
del
riego
en
comunidades. •
Planeamiento del riego.
•
Formulación de cédula de cultivos y calendario agrícola.
•
Cálculo de la demanda de agua de los cultivos
•
Cálculo delas necesidades de riego y régimen de riego.
•
Diseño de Cabezal de Riego.
•
Determinación de la Carga dinámica total.
•
Cálculo de la Potencia requerida Ubicación de la Cámara de carga.
III. RESULTADOS Y DISCUSION DEFINICION ZONA DISEÑO •
Luego de diagnóstico y evaluación , teniendo en cuenta el método de aplicación y calidad del agua: Diseño para caso Uchuypampa.
•
En Iguaín , riego por Aspersión con semicañones, se ha omitido diseño de cabezal (filtros). Qollota
Diagnóstico y Evaluación sistemas de riego INFRAESTRUCTURA ANTERIOR •
Fuente de agua: Qda. Retamayoq 1.5 a 7 lps. Con Cayramayo 16 a 25 lps estiaje.
•
Captación (bocatoma de concreto simple); conducción canal excavado en tierra y revestido L=3.5 km.
•
Reservorio de 750 m3 de CºCº; 3149 msnm; desarenador.
Diagnóstico y Evaluación sistemas de riego INFRAESTRUCTUR A ANTERIOR •Canal de conducción revestido de Concreto; de 1702 m. Q=80 lps. •Laterales excavados en tierra, riego en la parte alta. •Acequias regadoras, hacia los huertos familiares, en la parte baja. •Drenes superficiales abiertos hacia la parte baja.
Instalaciones de Riego Presurizado SISTEMA DE RIEGO HUAMANGUILLA •Fuente manantial: Cámara de carga, red de conducción y distribución, aplicación aspersión, goteo.
Instalaciones de Riego Presurizado SISTEMA DE RIEGO LURICOCHA •Fuente: canal, reservorio, cabezal de riego, red de riego !!!…
Instalaciones de Riego Presurizado SISTEMA DE RIEGO QOLLOTA Derivación de riachuelo, canal abierto, derivación, cámara de carga, red de riego, hidrantes, laterales, aspersores.
Instalaciones de Riego Presurizado SISTEMA DE RIEGO QOLLOTA Derivación de riachuelo, canal abierto, derivación, cámara de carga, red de riego, hidrantes, laterales, aspersores.
Instalaciones de Riego Presurizado SISTEMA DE RIEGO SAN JOSE DE SECCE Derivación lateral de canal abierto, desarenador, cámara de carga, red de riego, hidrantes, laterales, aspersores ???.
Instalaciones de Riego Presurizado SISTEMA DE RIEGO SAN JOSE DE SECCE Derivación lateral de canal abierto, desarenador, cámara de carga, red de riego, hidrantes, laterales, aspersores ???.
Sistema de riego presurizado Uchuypampa FUENTE DE AGUA Superficial, derivado a partir de un canal existente , poza disipadora, toma lateral y desarenador. Q=20 lps
FUENTE DE ENERGIA Diferencia topográfica, cámara de carga V=40 m3
Sistema de riego presurizado Uchuypampa CABEZAL DE RIEGO Para riego por goteo y aspersión. Control, medición, tratamiento (filtrado), protección, operación, fertirriego
RED DE RIEGO Tubería principal, secundaria , terciarias
Sistema de riego presurizado Uchuypampa ARCOS DE RIEGO Entre secundario y distribuidos, control y regulación de laterales de aspersión y goteo
LATERALES DE RIEGO Mangueras y aspersores medianos.
Sistema de riego presurizado Uchuypampa LATERALES DE RIEGO Mangueras con goteros autocompensados
DRENAJE Canales superficiales excavados en tierra
Diseño de Cabezal operacional de riego COMPONENTES •
Riego comunitario de 23 ha; 65 familias de Uchuypampa Q=70 m3/h.
•
Funciones: control, medición, protección, operación, fertirriego.
•
03 filtros de grava d=3”, D=36”, en batería.
•
Filtros de anillo d=3”, 120 mesh.
•
Válvula de control bridado 6”, manómetros, válvulas de aire, válvula
Diseño de Cabezal operacional de riego PROGRAMACIÓN DE FILTROS DE GRAVA DE DISTINTOS TAMAÑOS (Medio) CAUDAL DE RIEGO QR = (m3/Hr) 70 Diámetro de filtro; D diámetro de ingreso y salida; d = 3" Superficie del filtro; A
Pulgada
20
24
30
36
(m)
0.51
0.61
0.76
0.91
0.20
0.29
0.46
0.66
5.00
3.33
2.22
1.43
6
5
4
3
11.7
14.0
17.5
23.3
(m2)
Número de filtros en la batería (calculado) Número de filtros en la batería (elegido) Caudal del filtros; Q (Calculado)
(m3/hr)
Caudal del filtros; Q (catálogo)
(m3/hr)
(funcionamiento normal)
velocidad normal; V Caudal de retrolavado; q por filtro (60% de Q)
Caudal total en retrolavado Qt = QR + q
(LPS)
14 3.24
21 3.89
31.5 4.86
49 6.48
(GPM)
51.37
61.65
77.06
102.7
(m/hr)
57.56 7.00 1.94
47.97 8.40 2.33
38.37 10.50 2.92
35.53 14 3.89
(LPS)
30.82 77.00 21.39
36.99 78.40 21.78
46.24 80.50 22.36
61.6 84.00 23.33
(GPM)
339.06
345.22
354.47
369.88
5
4
3
2
(m3/hr)
15.40
19.60
26.83
42.00
(m/hr)
76.0
67.2
58.8
64.0
(m3/hr) (LPS)
(GPM)
(m3/hr)
Número de filtros en función caudal máximo por filtro *Velocidad máxima por filtro
* Observación la velocidad máxima permitida en el filtro de grava es: Vf(máx) = 77 m/hr
Diseño de Cabezal operacional de riego CABEZAL DE RIEGO
Descripción
Und
Hidrociclón Filt. grava Modelo4363 d3";D36" Filtro malla Inclinado; Md. 7030 3" Valvula de control tipo Globo Bri Manomerto 6" Valvula chek 6" Valv. admis. y expuls de aire m Valvula Medidor Globo Bridado Valvula de control de 3" reguladores de presión serie PR Otras perdidas 20%
Perdida de carga total en el cabezal
a de Carga.
0 3 3 2 1 1 1 1 6 1 1
0 1.2 0.7 0.4 0 0 0 0.3 0.65 0 2.14
Hf parcial 0 3.6 2.1 0.8 0 0 0 0.3 3.9 0 2.14 12.84
IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •
En la sierra predomina la escasez del recurso hídrico en época de estiaje. Suelos de ladera, topografía accidentada, donde problemas de infraestructura, conducción, distribución y prácticas de riego parcelario resultan en uso ineficiente del agua y afectan los suelos
•
Los sistemas de riego localizado de alta frecuencia (goteo y microaspersión) son exigentes en el tratamiento del agua (proceso de filtrado).
•
Unidad de riego Uchuypampa, la demanda hídrica: módulo de riego varía de cero (febrero), 0.02 lps/ha (abril) hasta 0.52 lps/ha (setiembre); los requerimientos mensuales de agua de riego varía de 0.437 a 10.301 lps; para las 23 ha. Balance: necesario aporte del PERC.
Conclusiones Para las condiciones hidráulicas de la unidad de riego y la calidad del agua; Q=70 m3/h, el Cabezal de Riego tiene los siguientes componentes: •03 Filtros de grava modelo 4363, d=3”; D=36” (36 – 62 m3/h) •03 Filtros de anillos modelo 1503 d=3” (hasta 50 m3/h) •02 Válvulas de control tipo globo bridado de 6” •Manómetros •Válvula de aire (ventosa) de 2” •Válvula medidor globo bridado de 6” •06 válvulas de control de 3” •Válvula chek de 6” Para un diseño adecuado del Cabezal, necesario evaluar la calidad del agua; el método de aplicación del agua de riego (emisores); definirá los componentes del cabezal (sistema de filtrado). Cuidado en la elección de componentes para riego localizado; se puede prescindir, para riego por aspersión.
Recomendaciones •
Instalar sistemas de filtrado primario y secundario, cuando el método de aplicación es riego por goteo y microaspersión; evita taponamiento de emisores. Se puede prescindir de los filtros, para riego por aspersión.
•
Cuando las fuentes de agua son superficiales, pensar en su tratamiento (filtrado), según el método de riego. Los manantiales son las mejores fuentes de agua, no requieren tratamiento si son captados desde los “ojos de agua”.
•
El Cabezal es el responsable del correcto funcionamiento del sistema; debe estar en proceso de mantenimiento oportuno, al igual que el resto de componentes.
•
El riego no es todo. Demás componentes del sistema de producción: semilla, fertilización, manejo, cosecha, transformación, conservación.
Recomendaciones Producción en condiciones de diversidad fisiográfica, topográfica, ecológica; variabilidad climática: andes peruanos. Agricultura solo estacionaria.
RETO: Producción bajo condiciones adversas. ¡ INVESTIGACION!... Sistema de alerta temprana de heladas.
