I. INTRODUCCION
1.1
LAS BASES DE LA CAPTACION DE AGUA DE LLUVIA: PERSPECTIVAS
HISTORIA Y
A medida que la presión sobre la tierra aumenta, más y más áreas marginales en el mundo están siendo utilizadas para la agricultura. Gran parte de éstas tierras está localizada en las zonas áridas y semiáridas, donde la lluvia caé irregularmente y gran parte del precioso líquido se pierde como escurrimiento superficial. Recientes escasez de sequías lluvias. han destacado los riesgos para seres humanos y animales, las cuales ocurren cuando hay Mientras la irrigación puede ser la respuesta más obvia a la sequía, ésta ha demostrado ser costosa y ha podido beneficiar solamente a unos cuantos. Existe ahora un creciente interés en una opción de bajo costo, generalmente referido a la captación de agua de lluvia. La captación de agua de lluvia es la colección del escurrimiento superficial para propósitos productivos. En lugar de que el escurrimiento superficial provoque erosión, este se capta y se utiliza. En las zonas áridas y semiáridas, donde se esta practicando la captación de agua de lluvia, se tiene una forma permanentemente productiva con conservación del suelo y agua. Tanto los rendimientos como la rentabilidad de la producción pueden mejorarse significativamente con este método. La captación de agua de lluvia puede ser considerada como una forma rudimentaria de irrigación. La diferencia está en que con la captación de agua de lluvia, el productor (o más usualmente, el granjero) no tiene control sobre el tiempo ya que el escurrimiento superficial puede ser solamente aprovechado cuando llueve. En regiones donde los cultivos son totalmente de secano, una reducción de 50% en la precipitación estacional, por ejemplo, puede resultar en una falla total de la cosecha. Sin embargo, la lluvia disponible puede estar concentrada en una área más pequeña, donde se podrán obtener resultados razonables. Por supuesto que en un año de sequía severa no puede haber escurrimiento superficial que colectar, pero si hay un sistema eficiente para la colección de agua de lluvia, se tendrá un mejor crecimiento de las plantas en la mayoría de los años.
Figura 1. El principio de la captación de agua de lluvia
1.1.1
Perspectivas Históricas
Diversas formas de captación de agua de lluvia se han utilizado tradicionalmente a través de los siglos. Parte de la agricultura en el Medio Oriente, estuvo basada en técnicas como derivación de torrentes "wadi" (riego manual derivado de cauces escasos de agua) hacia campos agrícolas. En el Desierto de Negev de Israel, han sido descubiertos sistemas de captación de agua de lluvia que datan de 4000 años o más (Evenari, et.al., 1971). Estos sistemas consistieron en el desmonte de lomeríos para aumentar el escurrimiento superficial, que era entonces dirigido a predios agrícolas en las partes bajas. El cultivo por inundación se ha practicado en las áreas desérticas de Arizona y al Noreste de Nuevo México por lo menos en los últimos 1000 años (Zaunderer y Hutchinson, 1988). Los indios "Hopi" de la Meseta de Colorado, cultivan predios situados en la boquilla de corrientes efímeras donde se forman abanicos aluviales, estos predios se llaman "Akchin". Pacey y Cullis (1986) describen las técnicas de microcaptación para el crecimiento de árboles, utilizadas en el Sureste de Túnez, que fue descubierto en el siglo XIX por visitantes extranjeros. En el sistema "Khadin" de India, el escurrimiento se almacena detrás de bordos de tierra y los cultivos se logran con la humedad residual después que el agua se ha infiltrado. La importancia de sistemas tradicionales de captación de agua de lluvia en pequeña escala en la región SubSahara de Africa, está comenzando justamente a ser reconocida (Critchley y Reij, 1989). Simples líneas de piedra acomodada se han utilizado, por ejemplo, en algunos países Africanos de Oeste, notablemente en Burkina Faso, y los sistemas de bordos de tierra se encuentran en el Sudán Oriental y en los pastizales del Centro de Somalia.
2
1.1.2
Desarrollos Recientes
Una creciente concientización sobre el potencial de captación de agua de lluvia para mejorar la producción de cosechas, surgió en los años 1970 y 1980, con las sequías extendidas en Africa que provocaron pérdidas de cosechas. Un estímulo fue el trabajo bien documentado sobre captación de agua de lluvia en el Desierto de Negev de Israel (Evenari, et.al., 1971). Sin embargo, gran parte de la experiencia en captación de agua de lluvia se logró en países como Israel, Estados Unidos y Australia, con limitada relevancia a áreas de recursos pobres en las zonas áridas y semiáridas de Africa y de Asia. En Israel, el énfasis de la investigación está en los aspectos hidrológicos de microcaptación para frutales almendrospara y pistachos. Estados Unidos yy Australia, la captación de agua deárboles lluvia se aplica como principalmente abastecerEn de los agua a la ganadería el consumo doméstico, la investigación está dirigida hacia incrementos en el escurrimiento superficial a través de tratamientos a las áreas de captación. Un número de proyectos sobre captación de agua de lluvia ha sido establecido en la región Sub-Sahara de Africa durante la última década. Sus objetivos han sido para combatir los efectos de la sequía mejorando la producción de plantas (generalmente en cultivos anuales), y en ciertas áreas para rehabilitar tierras abandonadas y degradadas (Critchley y Reij, 1989). Sin embargo, pocos de los proyectos han tenido éxito al combinar la eficiencia técnica con la rentabilidad y aceptación por los productores y granjeros. Esto es parcialmente debido a la carencia de experiencia técnica pero también frecuentemente debido a la selección de un enfoque inadecuado con respecto a las condiciones socioeconómicas prevalecientes.
1.1.3
Direcciones Futuras
Los sistemas apropiados deberían idealmente ser desarrollados con la experiencia de técnicas tradicionales donde éstas existen. También deberían estar basados en lecciones aprendidas de los errores de proyectos previos. Por encima de todo es necesario que los sistemas sean apreciados por las comunidades donde se han introducido. Sin la participación popular y apoyo a los proyectos, estos difícilmente tendrán éxito. La tecnología sobre captación de agua de lluvia es especialmente relevante para las zonas áridas y semiáridas y donde los problemas de degradación ambiental, sequía y presiones de población son más evidentes. Es un componente importante del paquete de soluciones para estas zonas problemáticas, y no hay duda de que la instrumentación sobre captación de agua de lluvia se extenderá.
3
Notas : Los sistemas de abastecimiento de agua (por ejemplo en estanqyes ) son utilizados para varios propositos, principalmente el domestico y la reserva pero tambien para algun riego suplementario El termino "agricultura" (como en agricultura de escorrentia) es utilizado en su sentido mas amplio incluyeno arboles, agroforesteria, rehabilitación de agostaderos, pastizales, etc.
4
Figura 2. Clasificación de las técnicas de captación de agua de lluvia
1.2
DEFINICIONES Y CLASIFICACION
La captación de agua de lluvia se define en su más extenso sentido como la: "Colección de escurrimiento superficial para su uso productivo" La captación de agua de lluvia puede lograrse de las superficies de tejados, así como de corrientes de agua intermitentes o efímeras. Las técnicas de captación de agua de lluvia que aprovechan el escurrimiento superficial de tejados o superficies terrestres caen bajo el término:
CAPTACION EXTERNA Mientras que todos los sistemas que colectan descargas de corrientes de agua se agrupan bajo el término:
SISTEMA DE INUNDACION
Una amplia variedad de técnicas sobre captación de agua de lluvia para diferentes usos son conocidas. Los usos productivos incluyen provisión de agua para uso doméstico y abrevadero, concentración de escurrimiento superficial para cultivos, forraje y producción de árboles y menos frecuentemente para el abastecimiento de agua para peces y estanques para aves. En el contexto de este manual, el objetivo final es para producción de plantas incluyendo forrajes y árboles. La clasificación de técnicas de captación de agua de lluvia es tan variada como la terminología (Reij, et. al., 1988). Diferentes autores, usan nombres distintos y frecuentemente están en desacuerdo acerca de las definiciones. No es la intención de este manual el introducir nuevos términos ya que en lugar de eso se ha considerado apropiado el hacer uso de la terminología que fue establecida dentro del contexto del estudio. "Sub-Saharan Water Harvesting Study" realizado por el Banco Mundial de 1986 a 1989. La clasificación general y práctica se presenta en la Figura 2.
1.3
CATEGORIAS BASICAS DE LOS SISTEMAS DE CAPTACION DE AGUA DE LLUVIA PARA LA PRODUCCION DE PLANTAS
Las técnicas de captación de agua de lluvia se describen en este manual y se clasifican en tres categorías básicas cuyas características principales son las siguientes:
5
1.3.1 Microcaptaciones (Microcuencas) Algunas Veces Referido a "Dentro del Sistema de Captación" ó Captación "in situ" Características principales:
Captación de flujo superficial para distancias cortas del área de escurrimiento La longitud del área de captación varía generalmente entre 1y 30 metros Escurrimiento superficial almacenado en el perfil del suelo Relación área de captación/área de cultivo, generalmente 1:1 a 3:1 Normalmente, sin previsión para flujos considerables Crecimiento regular de la planta
Ejemplos típicos:
Microcaptación Negarim (para árboles) Microcuencas al Contorno (para árboles) Surcos al Contorno (microcuencas) Bordos semicirculares (para pastura y forraje)
Figura 3. El sistema de m icrocaptación: Microcuencas Negarim para árboles
1.3.2
Sistemas de Captación Externa (Captación de Agua de Lluvia) (Técnica Para Mayores Longitudes en el Area de Captación)
Características principales: Captación y aprovechamiento de aguas de escurrimiento Escurrimiento superficial almacenado en el perfil del suelo
Area de captación, generalmente de 30 a 200 metros de largo Relación área de captación/área cultivada usualmente 2:1 a 10:1 Previsión para flujo excesivo de agua Crecimiento irregular de las plantas a menos que se nivele el terreno.
6
Ejemplos típicos: Bordos Trapezoidales (para cultivos) Bordos de Piedra al Contorno (para cultivos)
Figura 1989). 4. Sistema de Captación Externa: Bordos Trapezoidales para Cultivos (Fuente: Critchley y Reij,
1.3.3
Sistemas de Inundación (Derivación y Distribución de Torrentes) se Conoce en Inglés como "Water Spreading ó Spate Irrigation"
Características principales: Captación y aprovechamiento de flujos turbulentos ya sea por (a) derivación o (b) derivación
dentro de la cama del canal al piso del valle Escurrimiento superficial almacenado en el perfil del suelo La longitud del área de captación (puede ser de varios kilómetros) Relación área de captación/área cultivada 10:1 Previsión para flujos excesivos de agua
Ejemplos Típicos: Presas (diques) filtrantes de piedra (para cultivos) Bordos esparcidores de agua (para cultivos)
7
Figura 5. Sistemas de cultivo con inundación: (a) esparcimiento dentro de la cama del canal; (b) sistema de derivación
1.4
RESUMEN DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS DE CAPTACION DE AGUA DE LLUVIA
Un esbozo de los principales sistemas de captación de agua de lluvia que están descritos en detalle en la sección 5 se presentan en el cuadro 1. Este resumen será útil como una referencia rápida.
Las ocho técnicas presentadas y explicadas en el manual no son los únicos sistemas de captación de agua de lluvia, pero representan el mayor rango de técnicas para diferentes situaciones y usos productivos. En un número de casos, el sistema que fue descrito aquí fue el ejemplo más típico de una técnica que presenta múltiples variaciones, un ejemplo son los bordos trapezoidales.
8
2. REQUERIMIENTOS DE AGUA Y SUELO 2.1
REQUERIMIENTOS DE AGUA POR LOS CULTIVOS (USO CONSUNTIVO)
2.1.1 Introducción Para el diseño de sistemas de captación de agua de lluvia, es necesario evaluar el requerimiento de agua por el cultivo seleccionado (Uso consuntivo). Diversos métodos han sido desarrollados para determinar el uso consuntivo para plantas específicas. Una excelente guía para los detalles de éstos cálculos y diferentes métodos es "Irrigation and Drainage" publicación No. 24 "Requerimientos de Agua por los Cultivos" de FAO. Sin embargo, debe notarse que las fórmulas que dan alta precisión también requieren de buenos datos que alimenten a la fórmula y que en la mayoría de los lugares donde se practica la captación de agua de lluvia no están disponibles.
2.1.2
Estimaciones Generales
En ausencia de datos climáticos medidos es a menudo adecuado el utilizar estimaciones de uso consuntivo para cultivos comunes (Cuadro 2). Sin embargo, para una mejor comprensión de los diversos factores y sus interrelaciones que influencien el uso consuntivo de un cultivo específico; lo siguiente, se ha sacado del Manual Sobre Capacitación en Manejo de Agua para Riego No. 3. de la FAO.
Cuadro 2.
2.1.3
Valores aproximados de requerimientos de agua por algunos cultivos (uso consuntivo)
Cultivo
Necesidad de Agua por los cultivos (mm/total periodo de crecimiento)
Frijol Cítricos Algodón Cacahuate Maíz Sorgo/mijo Soya Girasol
300- 500 900-1200 700-1300 500- 700 500- 800 450- 650 450- 700 600-1000
Factores que Influyen en los Requerimientos de Agua por los Cultivos (Uso Consuntivo)
i.
Influencia del clima
Un cierto cultivo desarrollado en un clima soleado y caliente necesita más agua por día que el mismo cultivo desarrollado en un clima frío y nublado. Sin embargo, existen aparte de brillantez del sol y temperatura, otros factores climáticos que influyen sobre el uso consuntivo. Estos factores son: humedad y velocidad del viento. Cuando es seco, el uso consuntivo de los cultivos es más alto que cuando es húmedo. En climas ventosos, los cultivos utilizarán más agua que en climas sin viento. Los usos consuntivos más altos se encuentran en áreas que son calurosas, secas, ventosas y soleadas. Los más bajos valores se encuentran en lugares frescos, húmedos y nublados con poco o ningún viento. De lo anterior se deduce que un cultivo desarrollado en diferentes zonas climáticas tendrá diferentes necesidades de agua. Por ejemplo, una variedad de maíz cultivada en un clima fresco necesitará menos agua por día que la misma variedad de maíz cultivado en un clima muy caliente.
Fotografía 1. Marchitez del cultivo de maíz.
Fotografía 2. Maíz en buenas condiciones Es por lo tanto útil, el tomar un cierto cultivo estándar o de referencia y determinar cuanta agua necesita por día en las diversas regiones climáticas. Como un cultivo estándar (o cultivo de referencia) se ha elegido el pasto.
Cuadro 3.
El efecto de los principales factores climáticos, sobre los requerimientos de agua de los cultivos (uso consuntivo).
Factor Climático
Necesidad de agua Alta
Rayos solares Temperatura Humedad Velocidad del viento
Soleado (sin nubes) Caliente Bajo (seco) Ventoso
Baja Nublado (sin sol) Frío Alto (húmedo) Poco viento
En el cuadro 4 se indica el uso consuntivo diario en promedio de este cultivo (pasto) de referencia. Las necesidades diarias de agua dependen de la zona climática (régimen de lluvia) y de las temperaturas diarias.
Cuadro 4.
Requerimiento promedio de agua por día (uso consuntivo) de un pasto testigo durante la época de riego (mm).
Zona Climática
Temperatura Media Diaria Baja (<15 C)
Desierto/Arido Semiárido
Media (15-25 C)
4-6 4-5
Alta (>25 C)
7-8 6-7
9-10 8-9
Para diversos cultivos es posible determinar la cantidad de riego que necesitan comparada con el pasto estándar. Algunos cultivos necesitan menos agua que el pasto, algunos otros necesitan más agua que el pasto y otros cultivos necesitan más o menos la misma cantidad de agua que el pasto. La comprensión de esta relación es extremadamente importante para la selección de cultivos que crecerán bajo un sistema de captación de agua de lluvia (ver Capítulo 6, Aspectos Agrícolas).
Cuadro 5.
Requerimiento promedio de agua por día (uso consuntivo) de un pasto testigo durante la época de riego (mm). -30%
Cítricos Olivo
ii.
-10%
Igual al Pasto estandar
Calabaza Crucíferas Cacahuate Melon Cebolla Pimiento Pastos Nogales y Arboles Frutales sin Cobertura
+10% Cebada Frijol Maíz Algodón Lenteja Mijo Cártamo Sorgo Soya Girasol Trigo
+20% Nogales y Arboles Frutales con Cobertura
La influencia del tipo de cultivos sobre el Uso Consuntivo
La influencia del tipo de cultivos sobre el Uso Consuntivo de los cultivos es importante en dos maneras. A.
El tipo de cultivo influye sobre el uso consuntivo diario de un cultivo completamente desarrollado; e.g. el uso consuntivo diario más alto del cultivo de maíz será más alto que un cultivo completamente desarrollado de cebolla.
B.
El tipo de cultivo influye sobre la duración del ciclo vegetativo del cultivo. Hay cultivos de corta duración, e.g. chícharo, con un ciclo vegetativo de 90 a 100 días y cultivos de duración de más larga, e.g. el melón, con una duración total de 120 a 160 días. Existen, por supuesto, también cultivos perennes que están en el campo por muchos años, como los árboles frutales.
Por ejemplo, el uso consuntivo diario del melón puede ser menor que el del frijol, el uso consuntivo total del melón será más alto que el del frijol debido a que la duración total del ciclo vegetativo del melón es mucho más largo. Los datos sobre la duración del ciclo vegetativo de los diversos cultivos en una región pueden ser obtenidos localmente. Esta información puede ser obtenida de, por ejemplo: el proveedor de semilla, el servicio de extensión, el Departamento de Irrigación o el Ministerio de Agricultura. En el cuadro 6 se presentan algunos valores indicativos o valores aproximados para la duración de la estación del ciclo vegetativo total para diversos cultivos. Sin embargo, debería notarse que los valores son solamente aproximaciones gruesas y es mucho mejor obtener los valores a nivel local.
Cuadro 6.
Valores indicativos para el período total de desarrollo (ciclo vegetativo)
Cultivo
Ciclo Vegetativo (días)
Cultivo
Ciclo vegetativo (días)
Alfalfa Cebada/Avena/Trigo Frijol, verde seco Cítricos Algodón Granos pequeños Lenteja Maíz, grano
100-365 120-150 75-90 95-110 240-365 180-195 150-165 150-170 80-110
Melón Mijo Cebolla, verde seca Pimienta Arroz Sorgo Soya Calabaza
120-160 105-140 70-95 150-210 120-210 90-150 120-130 135-150 95-120
dulce
125-180
Girasol
125-180
En el Cuadro 6, es obvio que hay una variación grande de valores no solamente entre cultivos, sino también dentro de un tipo de cultivos. En general, puede suponerse que el ciclo vegetativo de un cultivo es más largo cuando el clima es fresco y más corto cuando el clima es caluroso. Los cultivos difieren en su respuesta al déficit de humedad. Esta característica es comúnmente conocida como "resistencia a la sequía" (El Cuadro 7 resume la sensibilidad a la sequía). Cuando no se conoce el Uso Consuntivo, los cultivos con una alta sensibilidad a la sequía sufren mayores reducciones en la producción que los cultivos con una baja sensibilidad a la sequía.
Cuadro 7.
Sensibilidad general de los cultivos a la sequía.
Grupo Uno:
(Baja sensibilidad)
Grupo Dos:
Cacahuate Cártamo Sorgo Algodón
Grupo Tres:
Girasol Frijol
Grupo Cuatro:
Maíz
2.1.4
Cálculo del Uso Consuntivo
i.
Introducción
El cálculo de los requerimientos de agua por los cultivos (Uso Consuntivo) por medio de los dos métodos descritos en esta sección es relativamente simple. La fórmula básica para el cálculo es la siguiente: ET cultivo = Kc x ETo Donde: ET cultivo = Es el (Uso Consuntivo) requerimiento de agua de un cultivo dado en mm por unidad de tiempo e.g. mm/día, mm/mes o mm/estación. Kc = Factor cultivo ETo = Evapotranspiración del cultivo de referencia en mm por unidad de tiempo e.g. mm/día, mm/mes o mm/estación.
ii.
ETo - evapotranspiración de cultivos de referencia
La evapotranspiración de cultivos de referencia ETo (llamada a veces evapotranspiración potencial, ETP) está definida como la tasa de evapotranspiración de una gran área cubierta de pasto que crece activamente, cubre completamente el suelo y no sufre de deficiencia de agua. La tasa de agua evapotranspirada depende del clima. El valor más alto de ETo se encuentra en áreas calurosas, secas, ventosas y soleadas mientras que los valores más bajos son observados en áreas frías, húmedas y nubladas o sin viento. En muchos casos será posible obtener estimados de ETo para el área de interés (o en áreas cercanas con condiciones climáticas similares) del Servicio Meteorológico. Sin embargo, donde esto no es posible, los valores para ETo tienen que calcularse. Existen dos métodos sencillos que se describen a continuación:
a.
El método del tanque de evaporación Con este método, ETo se puede obtener utilizando tasas de evaporación que son medidas directamente en un tanque de evaporación. Este es un tanque poco profundo, con agua que esta expuesta a la influencia evaporativa del clima. El tanque estándar es el tanque A de la oficina meteorológica de USA (Figura 6). Tiene un diámetro de 1.21 m, con una profundidad de 25 cm y está situado a 15 cm sobre la superficie del suelo.
Figura 6. Tanque de evaporación tipo A
El tanque de evaporación es fácil de construir y en la mayoría de los casos el material se puede encontrar en la localidad. El principio para obtener tasas de evaporación del tanque es el siguiente: ! ! ! ! !
El tanque se instala a 15 cm de la superficie del suelo; El tanque se llena con agua hasta 5 cm debajo del aro superior; El agua aselas evaporará durante un la cierto períodoSide Por ejemplo, cada mañana 7.00 horas se toma medición. se tiempo presenta(generalmente una lluvia esta24sehoras). mide simultáneamente. Después de 24 horas, la profundidad del agua se medirá de nuevo; La cantidad de agua evaporada en una unidad de tiempo dada es igual a la diferencia entre las dos profundidades de agua medidas. Esta es la tasa de evaporación del tanque: Et (mm/24 horas).
Sin embargo, las lecturas tomadas del tanque ("E pan") no se dan directamente en ETo, por lo que deben multiplicarse por un "Coeficiente de Tanque" ("K pan"). Así: ETo = "E pan" x "K pan" Para el tanque de evaporación tipo A, "K pan" varía entre 0.35 y 0.85, con un promedio de 0.70. Si el factor de tanque exacto no es conocido, el valor promedio (0.70) puede ser utilizado como una aproximación. Para mayor precisión se da un cuadro detallado de "K pan" en "Irrigation Water Management Training Manual No. 3", de la FAO.
b.
Método Blaney-Criddle
Si no existen datos viables sobre la evaporación de tanque, el método Blaney-Criddle puede ser utilizado para calcular ETo. Este método es indirecto y requiere solamente de información de temperaturas diarias. Sin embargo, con este método, solamente se obtienen aproximaciones de ETo, las cuales podrían ser imprecisas bajo condiciones extremas. Sin embargo, con este método, solamente se obtienen aproximaciones de ETo, las cuales podrían ser impresas bajo condiciones extremas.
La fórmula Blaney-Criddle es: ETo = p (0.46 Tm + 8) Donde: ETo = evapotranspiración del cultivo de referencia (mm/día) Tm = temperatura media diaria ( C) p = porcentaje medio diario de horas día anuales. °
El Método Blaney-Criddle se refiere siempre a valores mensuales, tanto para la temperatura, como el ETo. Si en una estación meteorológica local, las temperaturas mínimas y máximas diarias son medidas, la temperatura media diaria se calcula de la forma siguiente: Suma de todos los valores de Tmax durante el mes Tmax = ------------------------------------------------------------------Número de días del mes Suma de todos los valores de Tmin durante el mes Tmin = ------------------------------------------------------------------Número de días del mes Tmax + Tmin Tm = -----------------2 Para determinar el valor de p, se utiliza el cuadro 8. Para obtener el valor p, es esencial conocer la latitud aproximada del área: el número de grados al norte o al sur del Ecuador.
Cuadro 8.
Porcentaje promedio diario (P) de horas día anuales para diferentes latitudes
Latitudes Norte Sur
Ene Jul
Feb Ago
Mar Sep
Abr Oct
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
.15 .17 .19 .20 .22 .23 .24 .24 .25 .26 .26 .27 .27
.20 .21 .23 .23 .24 .25 .25 .26 .26 .26 .27 .27 .27
.26 .26 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27 .27
.32 .32 .31 .30 .30 .29 .29 .29 .28 .28 .28 .28 .27
May Jun Nov Dic
.38 .36 .34 .34 .32 .32 .32 .30 .29 .29 .28 .28 .27
.41 .39 .36 .35 .34 .32 .32 .31 .30 .29 .29 .28 .27
Jul Ene
Ago Feb
Sep Oct Nov Mar Ab May r
Dic Jun
.40 .38 .35 .34 .33 .32 .31 .31 .30 .29 .29 .28 .27
.34 .33 .32 .32 .31 .30 .30 .29 .29 .28 .28 .28 .27
.28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .28 .27
.13 .16 .18 .20 .21 .22 .23 .24 .25 .25 .26 .27 .27
.22 .23 .24 .24 .25 .25 .26 .26 .26 .27 .27 .27 .27
.17 .18 .20 .21 .22 .23 .24 .25 .25 .26 .26 .27 .27
Por ejemplo, cuando p = 0.29 y Tm = 21.5 C, el ETo se calcula como sigue: ETo = 0.29 (0.46 x 21.5 + 8) = 0.29. (9.89 + 8) = 0.29 x 17.89 = 5.2 mm/día. °
c.
Valores Indicativos de ETo En el cuadro 9 se encuentran los valores aproximados para ETo, que pueden ser utilizados en ausencia de datos medidos o calculados.
Cuadro 9. Valores indicativos de ETo (mm/día) Zona Climática 15 Desierto/Arida Semiárida Sub-húmeda Húmeda
iii.
Temperatura Media Diaria 15-25 C 25 °
4-6 4-5 3-4 1-2
7-8 6-7 5-6 3-4
9-10 8-9 7-8 5-6
Factor de Cultivo (Kc)
Para obtener el requerimiento de agua del cultivo (ET cultivo), la evapotranspiración de cultivo de referencia, ETo, debe ser multiplicada por el factor de cultivo, Kc. El factor de cultivo (o "coeficiente de cultivo") varía de acuerdo con la etapa de crecimiento del cultivo. Hay cuatro etapas de crecimiento que deben considerarse: " " " "
Etapa inicial: Cuando el cultivo usa poca agua; Etapa de desarrollo del cultivo, cuando el consumo de agua aumenta; Etapa de punto medio de crecimiento, cuando el consumo de agua alcanza un máximo; La última etapa, cuando el cultivo al madurar requiere de menos agua.
El cuadro 10 contiene factores de cultivo para las especies comúnmente cultivadas bajo sistemas de captación de agua de lluvia.
Cuadro 10. Cultivo
Algodón Maíz Mijo Sorgo Granos Pequeñas Leguminosas Cacahuate
Factores de cultivo (Kc) Etapa Inicial
(días)
Etapa de (días) Estación Desarrollo de Medio del Cultivo Término
0.45 0.40 0.35 0.35 0.35
(30) (20) (15) (20) (20)
0.75 0.80 0.70 0.75 0.75
(50) (35) (25) (30) (30)
0.45 0.45
(15) (25)
0.75 0.75
(25) (35)
(días)
Estación de Madurez
(días)
Promedio Estacional
1.15 1.15 1.10 1.10 1.10
(55) (40) (40) (40) (60)
0.75 0.70 0.65 0.65 0.65
(45) (30) (25) (30) (40)
0.82 0.82 0.79 0.78 0.78
1.10 1.05
(35) (45)
0.50 0.70
(15) (25)
0.79 0.79
El cuadro 10 también de contiene la cantidad de días que cada cultivo dura en una de crecimiento dada. Sin embargo, la longitud las diferentes etapas de cultivo varía de acuerdo con etapa la variedad y las condiciones climáticas donde los cultivos están creciendo. En las zonas áridas y semiáridas donde los cultivos se practican bajo sistemas de captación de agua de lluvia frecuentemente maduran más rápido que las cifras citadas en el cuadro 10.
iv.
Cálculo de ET del cultivo
Mientras el riego convencional trata de maximizar el rendimiento de cultivos por la aplicación de una cantidad óptima de agua requerida por los cultivos en intervalos bien determinados, esto no es posible con técnicas de captación de agua de lluvia. Como ya se discutió, el productor ó el granjero no influyen en la ocurrencia, ni en el tiempo, ni en la cantidad de lluvia. Teniendo en mente lo anterior, es por lo tanto una práctica común solamente determinar la cantidad total de agua que los de cultivos requieren enespecífico, todo el ciclo vegetativo. Como seconexplicó en la sección 2.1.4, el requerimiento agua por un cultivo está calculado de acuerdo la fórmula: ET cultivo = Kc x ETo Puesto que los valores de ETo están medidos normalmente o calculados en base diaria (mm/día), un valor promedio para la estación de crecimiento total se determina y luego se multiplica por el factor Kc promedio del cultivo en la estación considerada, como se dio en la última columna del cuadro 10.
Ejemplo: Especie cultivada: Sorgo -
Longitud de la 120 días (suma de las 4 etapas deltotal cultivo deestación acuerdo de concrecimiento: el cuadro 10). ETo: El promedio de 6.0 mm/día sobre el total de la estación de crecimiento (obtenido por medición, cálculo del cuadro 9).
Requerimiento de agua del cultivo: ET cultivo = kc x Eto ET cultivo = 0.78 x 6 = 4.68 mm por día ET cultivo = 4.68 x 120 días = aproximadamente 560 mm por ciclo vegetativo
2.2
REQUERIMIENTOS DE AGUA DE ARBOLES, PASTOS Y CULTIVOS FORRAJEROS
2.2.1
Arboles de Múltiple Propósito
Existe poca información disponible acerca de los requerimientos de agua para árboles de múltiple propósito plantados bajo sistemas de captación de agua de lluvia en zonas áridas y semiáridas. En general, los requerimientos de agua para árboles son más difíciles de determinar que para los cultivos. Los árboles son relativamente sensibles a la tensión de la humedad del suelo durante la etapa de establecimiento, comparado con su habilidad para soportar sequía, una vez que su sistema de raíz se ha desarrollado completamente. No hay información exacta y disponible en la respuesta de estas especies, en términos de rendimientos, a diferentes regímenes de agua/riego. El cuadro 11 da información básica sobre árboles de múltiple propósito frecuentemente plantados en zonas áridas y semiáridas. La etapa crítica para la mayoría de los árboles está en los primeros dos años del establecimiento de la plántula/vástago.
Cuadro 11.
Preferencia de zonas climáticas naturales por árboles de múltiple propósito
Semiárida/marginal 500-900 mm lluvia
Arida/semiárida 150-500 mm lluvia
Tolerancia a Excesos de Agua Temporales
Acacia albida A. nilotica A. saligna A. senegal A. seyal A. tortilis
si si no si si si
si si si si si si
si si si no si no
Albizia lebbeck Azadirachta indica Balanites aegyptiaca Cassia siamea Casuarina equisetifolia Colophospermum mopane Cordeauxia edulis Cordia sinensis Delonix elata Eucalyptus camaldulensis Prosopis chilensis Prosopis cineraria Prosopis juliflora Ziziphus mauritiana
si si si si si si no no si si si si si si
no no si no no si si si no si si si si si
no algunos si no algunos si ? ? ? si algunos si si si
Fotografía 3. Arboles Frutales El cuadro 11 se basa en la publicación de ICRAF "Agroforestry in Dryland Africa", Rocheleau, et. al., (1988).
2.2.2
Arboles Frutales
Existen algunos valores conocidos de requerimientos de agua para árboles frutales bajo sistemas de captación de agua de lluvia, la mayoría de las cifras se han derivado de Israel. El cuadro 12, contiene los requerimientos de agua para algunos árboles frutales.
Cuadro 12.
Requerimiento de agua por árboles frutales (uso consuntivo)
Especies Durazno Melocotón Granada (Ziziphus mauritania)
Uso Consuntivo 550 mm* 700 mm* 265 mm 500-700 mm
Lugar Israel Israel Israel
Fuente Finkel (1988, citado por Evenari et. al.) Finkel (1988, citado por Evenari et. al.) Shanan and Tadmore (1979) Sharma et. al., (1986)
* Estas cifras son con riego completo. Donde no existe riego, sino solamente la captación de agua de lluvia, el equivalente de 270 mm de lámina es suficiente para sostener los árboles.
Fotografía 4. Frutos de Ziziphus mauritania 2.2.3
Requerimientos de Agua de Pastos y Cultivos Forrajeros
Generalmente no se calculan los requerimientos de agua para especies de pastizales y de forrajes en zonas áridas y semiáridas bajo sistemas de captación de agua de lluvia. El objetivo es solamente el de mejorar las condiciones de desarrollo, dentro de las restricciones económicas y para garantizar la supervivencia de las plantas de ciclo a ciclo, más que para satisfacer completamente los requerimientos de agua.
2.3
REQUERIMIENTOS DE SUELO PARA CAPTACION DE AGUA DE LLUVIA
2.3.1
Introducción
Las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo afectan la respuesta de producción de las plantas bajo condiciones de humedad adicional obtenida. Generalmente, las características del suelo bajo sistemas de captación de agua de lluvia, deberían ser las mismas que aquellas para irrigación. Idealmente el suelo en el área de captación debería tener un coeficiente de escurrimiento superficial alto, mientras el suelo en el área cultivada debería ser profundo y fértil. Donde las condiciones para las áreas de captación y de cultivo se contraponen, los requerimientos del área cultivada deberán tener siempre preferencia.
Los aspectos importantes del suelo que afectan el desarrollo de la planta bajo sistemas de captación de agua de lluvia son los siguientes: 2.3.2 Textura La textura de un suelo tiene influencia sobre varias características importantes del suelo, incluyendo la velocidad de infiltración y la capacidad de agua disponible. La textura del suelo se refiere a su composición en términos de partículas minerales. Una clasificación es la siguiente: A. Suelos cuarzosos, predominando la arena-"suelos arenosos" B. Suelos de textura media predominando el limo-"suelos francos" C. Suelos de textura fina (predominando la arcilla)-"suelos arcillosos" De manera general los suelos de textura media, los francos, son los más apropiados para sistemas de captación de agua de lluvia, ya que estos son idealmente apropiados para el crecimiento de la planta en función de suministro de nutrimentos, actividad biológica y la capacidad de almacenamiento de agua.
2.3.3
Estructura
La estructura del suelo se refiere al agrupamiento de partículas de suelo en agregados y al arreglo de estos agregados. Una buena estructura del suelo está generalmente asociada con el suelo franco y un contenido relativamente alto de materia orgánica. Sin embargo, bajo condiciones cálidas, los niveles de materia orgánica son frecuentemente bajos, debido a las tasas rápidas de descomposición. La aplicación de materiales orgánicos como residuos de cultivo y estiércol es de gran ayuda para mejorar la estructura.
2.3.4
Profundidad
La profundidad del suelo es particularmente importantededonde el sistema de captación superficial de agua de captado, lluvia se así ha propuesto. Los suelos profundos tienen la capacidad almacenar el escurrimiento como ofrecer una mayor cantidad de nutrientes totales para el crecimiento de la planta. Los suelos con menos de un metro de profundidad son poco apropiados para la captación de agua de lluvia. Dos metros de profundidad o más es ideal, aunque raramente se encuentra en la práctica.
2.3.5
Fertilidad
En muchas de las áreas donde los sistemas de captación de agua de lluvia pueden ser introducidos, la carencia de humedad y la baja fertilidad del suelo son las mayores restricciones para el crecimiento de la planta. Algunas áreas de la región Sub-Sahara de Africa, por ejemplo, pueden estar limitadas por la baja fertilidad del suelo, tanto como por carencia de humedad. El nitrógeno y el fósforo son generalmente los elementos más deficientes en estos suelos. Debido a la posible presencia de suelos pobres en áreas desarrolladas bajo sistemas de captación de agua de lluvia, es indispensable prestar atención al mantenimiento del nivel de fertilidad.
2.3.6
Salinidad y Sodicidad
Los suelos sódicos que tengan un alto porcentaje de sodio intercambiable y los suelos salinos que tengan sales solubles en exceso, deberán evitarse para sistemas de captación de agua de lluvia. Estos suelos pueden reducir la disponibilidad de humedad directamente, o indirectamente, así como ejercer una influencia dañina sobre el crecimiento de la planta.
2.3.7
Rangos de Infiltración
El rango de infiltración de un suelo depende principalmente de su textura. Las cifras comparativas típicas de infiltración son las siguientes: arenosos migajón-arenoso limosos arcillas limosas
mm/hora 50.0 25.0 12.5 7.5
Una tasa de infiltración muy baja puede ser perniciosa para los sistemas de captación de agua de lluvia debido a la posibilidad de inundación en el área cultivada. Por otra parte, una tasa de infiltración baja conduce a escurrimiento superficial alto, lo cual es aconsejable para el área de captación. Los suelos del área de cultivo; sin embargo, deberían ser suficientemente permeables para permitir una humedad adecuada en la zona de raíz de los cultivos, sin problemas de falta de drenaje. Por lo tanto, los requerimientos en el área cultivada deberán tener siempre prioridad. La formación de costras es un problema especial en zonas áridas y semiáridas, ya que provocan altos escurrimientos superficiales y bajas tasas de infiltración. La compactación del suelo como resultado del tráfico pesado ya sea de animales ó de maquinaria puede también provocar bajas tasas de infiltración.
2.3.8
Capacidad de Agua Disponible
La capacidad de los suelos para mantener y liberar niveles adecuados de humedad a las plantas, es vital para la captación de agua de lluvia. La capacidad de agua disponible es una medida de este parámetro, y está expresado como la lámina de agua en fácilmente disponible paradisponible las plantaspara después que un suelo ha sido humedecido a "capacidad de mm campo". Los valores de agua suelosdelimosos varían desde 100 a 200 mm/metro. No solamente el agua disponible es importante, sino que la profundidad del suelo también es crítica. En los sistemas de captación de agua de lluvia para el almacenamiento del escurrimiento superficial, es vital que ésta agua puede retenerse por el suelo y quedar disponible para las plantas. La capacidad de agua disponible tiene consecuencias para el diseño técnico de cálculo, por ejemplo se demuestra que hasta en los suelos profundos (2 metros) con alto valor de disponibilidad de agua (200 mm/metro) no hay agua almacenada a profundidades mayores de 40 cm. Esta cantidad es adecuada cuando se infiltra para reabastecer el perfil del suelo, del punto de marchitez permanente a capacidad de campo y cualquier excedente se perderá por percolación profunda, aunque también puede representar un peligro potencial de inundación.
2.3.9
Características de Construcción
La capacidad del suelo para formar bordos de tierra resistentes (donde estos son un componente del sistema de captación de agua de lluvia) es muy importante, y frecuentemente es pasado por alto. En general, los suelos que deberían evitarse son aquellos que se agrietan al secarse, es decir aquellos que contengan una proporción alta de arcilla montmorillonita (especialmente vertisoles o "suelos negros
algodoneros" y aquellos que forman bordos erosionables, es decir suelos muy arenosos, o suelos con estructura muy pobre.
3. ANALISIS DE LA RELACION LLUVIA/ESCURRIMIENTO 3.1
INTRODUCCION
Como se definió en el Capítulo 1, la captación de agua de lluvia es la colección del escurrimiento superficial para su uso productivo. El escurrimiento superficial está generado por aguaceros y su ocurrencia y cantidad dependen de las características de la lluvia; es decir, de su intensidad, duración y distribución. Existen, además, otros factores importantes que influyen en el proceso de la generación del escurrimiento superficial. Esto será discutido en la sección 3.5.
3.2
CARACTERISTICAS DE LA LLUVIA
La precipitación en zonas áridas y semiáridas resulta en la mayoría de los casos de mecanismos nubosos convectivos que producen aguaceros de corta duración, intensidad relativamente alta y en una área limitada. Sin embargo, las lluvias de tipo frontal de baja intensidad se presentan generalmente en la estación de invierno. Cuando la mayoría de la precipitación ocurre durante el invierno, como en Jordán y en el Negev, las lluvias de relativamente baja intensidad pueden representar la mayor parte de la lluvia anual. La intensidad de la lluvia se define como la relación de la cantidad total de lluvia (lámina de agua) que cae durante un período dado a la duración del período. Esta se expresa en lámina de agua por unidad de tiempo, generalmente, como mm por hora (mm/h). Las características estadísticas de alta intensidad, con corta duración, lluvia convectiva son esencialmente independientes de localidades dentro de una región y son similares en muchas partes del mundo. Los análisis de lluvias de corto plazo, sugieren que existe una relación razonablemente estable para las características de intensidad de este tipo de lluvia. Estudios realizados en Arabia Saudita (Raikes y Partners, 1971) sugieren que, como promedio, alrededor del 50 por ciento de toda la lluvia ocurre con intensidades de más de 20 mm/hora y 20 a 30 por ciento ocurre en intensidades de más de 40 mm/hora. Esta relación parece ser independiente de la lluvia promedio a largo plazo en una localidad particular.
3.3.
VARIABILIDAD DE LA LLUVIA ANUAL
La planeación y manejo de la captación de agua de lluvia en zonas áridas y semiáridas presentan dificultades que son debidas más a la limitada cantidad de lluvia que por el grado inherente de variabilidad asociada. En climas templados, la desviación stándar de lluvia anual está cerca de 10 a 20 por ciento y en 13 años de cada 20, las cantidades anuales están entre 75 y 125 por ciento de la media. En climas áridos y semiáridos la razón de máximas a mínimas cantidades anuales es mucho mayor y la distribución de la lluvia anual se hace creciente con sesgo por la creciente aridez. Con precipitaciones medias anuales de 200 a 300 mm la lluvia en 19 años de cada 20 típicamente varía desde 40 a 200 por ciento de la media y para 100 mm/año, de 30 a 350 por ciento de la media. En localidades más áridas no es difícil que se presenten varios años consecutivos sin lluvia. Para un planificador en captación de agua de lluvia, la tarea más difícil es por lo tanto seleccionar el diseño apropiado de acuerdo a la lluvia y a la relación área de captación: área cultivada (ver Capítulo 4). La lluvia de diseño se define como la cantidad total de lluvia durante el ciclo vegetativo del cultivo en que el área de captación proveerá el escurrimiento superficial suficiente para satisfacer los requerimientos de agua por los cultivos. Si la lluvia real durante el ciclo vegetativo es menor que la lluvia, el diseño habrá de considerar el posible estrés de humedad en las plantas. Si la lluvia real excede la lluvia en el diseño, habrá un escurrimiento superficial excedente que podría resultar en un daño a las estructuras.
El diseño de las obras de captación de lluvia (lluvia de diseño) se asigna generalmente con una cierta probabilidad de ocurrencia o excedencia. Si, por ejemplo, el diseño considera una probabilidad de 67 por ciento de excedencia, esto significa que como promedio este valor estará alcanzado o será excedido en dos años de cada tres y por lo tanto, los requerimientos de agua para los cultivos también se lograrán en dos de cada tres años. La lluvia de diseño se determina por medio de un análisis de probabilidad estadística.
3.4
ANALISIS PROBABILISTICO
Un método gráfico sencillo para determinar la probabilidad o frecuencia de ocurrencia anual de lluvia estacional se describe en este capítulo. Para el diseño de planes de captación de agua de lluvia, este método es tan válido como cualquier método analítico descrito en libros de texto sobre estadística. El primer paso es obtener el total de lluvia anual para el ciclo vegetativo en la localidad de interés. En localidades donde no existen registros de lluvia se podrán utilizar datos de estaciones cercanas. Es importante contar con registros de muchos años. Como se explicó en la sección 3.2, la variabilidad de la lluvia en zonas áridas y semiáridas es considerable. Un análisis de solamente 5 o 6 años de observaciones es inadecuado ya que estos 5 o 6 valores pueden pertenecer particularmente a un período seco o muy lluvioso y por lo tanto puede no ser representativo para el patrón de lluvias a largo plazo. En el siguiente ejemplo, los 32 totales de lluvia anuales de Mogadishu (Somalia) fueron utilizados para un análisis (Cuadro 13).
Cuadro 13. Precipitación anual en Mogadishu, Somalia
Año
R mm
Año
R mm
Año
R mm
Año
R mm
Año
R mm
1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963
484 529 302 403 960 453 633
1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970
489 498 395 890 680 317 300
1971 1972 1973 1974 1975 1976
271 655 371 255 441 339
1977 1978 1979 1980 1981 1982
660 216 594 544 563 526
1983 1984 1985 1986 1987 1988
273 270 423 251 533 531
El siguiente paso es ordenar los totales anuales del cuadro 13 con m = 1 para el valor más alto y m = 32 para el valor más bajo y reordenar los datos en forma creciente (Cuadro 14). La probabilidad de ocurrencia P (%) para cada una de las observaciones ordenadas puede calcularse (columnas 4, 8, 12, 16, del Cuadro 14) de acuerdo a la ecuación: m - 0.375 x 100 P (% ) = ---------------------------N + 0.25 Donde:
P m N
= = =
probabilidad en % de la observación del rango m rango de la observación número total de observaciones utilizadas
Cuadro 14.
Rango de datos de precipitación anual en Mogadishu, Somalia.
Año
R m mm
P % Año
R m mm
P % Año
R m mm
P % Año
1961 1967 1968 1977 1972 1963 1979 1981 1980 1987
960 890 680 660 655 633 594 563 544 533
1.9 5.0 8.1 11.2 14.3 17.4 20.5 23.6 26.7 29.8
531 529 526 498 489 484 453 423 411 403
32.9 36.0 39.1 42.2 45.3 48.4 51.6 54.7 57.8 60.9
395 371 339 317 302 300 273 271 270 255
64.0 1986 251 67.1 1978 256 70.2 73.3 76.4 79.5 82.6 85.7 88.8 91.1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1988 1958 1982 1965 1964 1957 1962 1985 1935 1960
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1966 1973 1976 1969 1959 1970 1983 1971 1984 1974
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
R m mm 31 32
P%
95.0 98.1
La ecuación anterior se recomienda para N = 10 a 100 (Reining,et.al., 1989). Existen otras ecuaciones similares para calcular probabilidades experimentales. El siguiente paso es graficar las observaciones ordenadas (columnas 2, 6, 10, 14, Cuadro 14) contra las probabilidades correspondientes (columnas 4, 8, 12, 16, Cuadro 14). Para éste propósito el papel de probabilidad normal puede ser utilizado (Figura 7). Finalmente, se adapta una curva a las observaciones graficadas de modo tal que la distancia de observaciones arriba o debajo de la curva deberían estar tan cerca como sea posible de la curva (Figura 7). La curva puede ser una línea recta. De esta curva es posible obtener la probabilidad de ocurrencia o excedencia de un valor de lluvia de una magnitud específica. Inversamente, es también posible obtener la magnitud de la lluvia que corresponde a una probabilidad dada. En el ejemplo anterior, la lluvia anual con un nivel de probabilidad de 67 por ciento de excedencia tiene 371 mm (Figura 7), es decir, como promedio en 67 por ciento de tiempo (2 años de cada 3), la lluvia anual de 371 mm puede ser igualada o excedida. Para una probabilidad de excedencia de 33 por ciento, el valor correspondiente de la lluvia anual es 531 mm (Figura 7).
Figura 7. Diagrama de probabilidad con línea de regresión para una serie observada de precipitación anual total en Mogadishu, Somalia
El periodo de retorno T (en años) puede derivarse fácilmente una vez que la probabilidad de excedencia P (%) sea conocido de las ecuaciones siguientes: 100 (años) T = --------------P De los ejemplos anteriores del período de retorno para el 67 por ciento y el 33 por ciento de probabilidad de excedencia, los eventos serán como sigue: 100 T67% = ----------1.5 (años), 67 e.g. el promedio de una lluvia anual de 371 mm o más, puede ser esperado en 2 años de cada 3;
y 100 T33% = ------ = 3 (años) respectivamente, 33 e.g. el promedio de lluvia anual de 531 mm o más pueda ser esperado en 1 año de cada
3.5
RELACION LLUVIA/ESCURRIMIENTO
3.5.1
Proceso de Escurrimiento Superficial
3.
Cuando la lluvia cae, las primeras gotas de agua son interceptadas por las hojas y tallos de la vegetación. Este es generalmente referido al almacenamiento de intercepción. Debido a que la lluvia continúa, el agua llega a la superficie del suelo, ésta se infiltra hasta que alcanza una etapa donde la tasa de lluvia (intensidad) excede la capacidad de infiltración del suelo. Después de eso, las partes bajas, las zanjas, y otras depresiones son llenados (almacenamiento de depresión), una vez que el escurrimiento superficial se presenta. La capacidad de infiltración del suelo depende de su textura y de su estructura, así como del contenido precedente de la humedad del suelo (lluvia o sequía previa). La capacidad inicial (de un suelo seco) es alta, cuando la tormenta continúa, disminuye hasta que alcanza un valor constante llamada tasa de infiltración final (ver Figura 8).
Figura 8. Diagrama esquemático ilustrando la relación entre precipitación, infiltración y escurrimiento superficial
El proceso de escurrimiento superficial se lleva a cabo hasta que la intensidad de la lluvia es mayor que la actual capacidad de infiltración del suelo y se detiene cuando la intensidad de la lluvia es más baja que la velocidad actual de infiltración. El proceso de ecurrimiento superficial se describe bien en las diversas citas bibliográficas. Numerosos estudios sobre este tema se han publicado y muchos modelos de simulación han sido desarrollados a la fecha. Sin embargo, todos estos modelos requieren de un conocimiento detallado de un número de factores y las condiciones de frontera en el área de captación, lo cual en muchos casos no es posible. A continuación se describen los factores más importantes: para lograr un mejor entendimiento de las dificultades para predecir con precisión la cantidad de escurrimiento superficial después de un evento.
3.5.2
Factores que Afectan el Escurrimiento Superficial
Aparte de las características de la lluvia como intensidad, duración y distribución, existe un número de factores específicos de sitio (o área de captación) que tienen una incidencia directa sobre la ocurrencia y volumen del escurrimiento superficial.
i.
Tipo de suelo
La capacidad de infiltración depende de la porosidad del suelo, la cual determina la capacidad de almacenamiento de agua e influye en la resistencia del agua a fluir hacia capas más profundas. La porosidad difiere de un suelo a otro. Las más altas capacidades de infiltración son observadas en suelos arenosos sueltos, mientras la arcilla pesada o suelos limosos poseen capacidades de infiltración considerablemente más pequeñas. La figura 9 ilustra la diferencia en capacidades de infiltración medidas en diferentes tipos de suelos. La capacidad de infiltración depende aún más del contenido de humedad prevaleciente en un suelo al tiempo de inicio de un aguacero. La capacidad alta inicial disminuye con el tiempo (si la lluvia no para) hasta que alcanza un valor constante cuando el perfil de suelo se satura (Figuras 8 y 9).
Figura 9. Curvas de capacidad de infiltración para diferentes tipos de suelos
Sin embargo, lo anterior es cierto solamente cuando la superficie del suelo permanece inalterada. Es bien conocido que el tamaño promedio de gotas de agua se incrementa con la intensidad de una tormenta. En una tormenta de alta intensidad, la energía cinética de las gotas de lluvia es considerable cuando golpea la superficie del suelo. Esto causa una ruptura de los agregados del suelo así como la dispersión del suelo con la consecuencia de los queporos, las partículas finasdedel conducidas a losy consolidada poros superiores. provocadel el taponamiento la formación unasuelo capason delgada pero densa sobre Esto la superficie suelo que reduce drásticamente la capacidad de infiltración. Este efecto, frecuentemente referido como compactación, encostramiento o sellado, explica por qué en zonas áridas y semiáridas, donde las tormentas con intensidades altas son frecuentes, considerables cantidades de escurrimiento superficial son observadas aun cuando la duración de lluvia sea corta y la lámina de lluvia sea comparativamente pequeña. Los suelos con un alto contenido de arcilla o de limo (e.g. suelos limosos con cerca de 20% de arcilla) son los más sensibles para formar una capa con baja capacidad de infiltración. En suelos arenosos, cuarzosos el efecto de taponamiento es comparativamente pequeño.
ii.
Vegetación
La cantidad de lluvia perdida por la intercepción del follaje depende del tipo de vegetación y de su etapa de crecimiento. Los valores de intercepciones están entre 1 y 4 mm. Por ejemplo, los cultivos de cereales, tienen una capacidad de almacenamiento más pequeña que una cubierta densa de pasto. Más significativo es el efecto que tiene la vegetación sobre la capacidad de infiltración del suelo. Una cubierta de vegetación densa protege el suelo del impacto de las gotas de lluvia y reduce el efecto del encostramiento como se describió anteriormente.
Además, el sistema radical así como la materia orgánica en el suelo, aumentan la porosidad del suelo permitiendo que así más agua se infiltre. La vegetación también retarda el escurrimiento superficial particularmente en una pendiente suave, dando más tiempo al agua para infiltrarse y para evaporarse. En conclusión, una área densamente cubierta con vegetación, produce menos escurrimiento superficial que una área descubierta.
iii.
Pendiente y tamaño de área de captación
Las investigaciones sobre escurrimiento superficial en lotes experimentales (Sharma, et.al., 1986) han mostrado que parcelas con fuertes pendientes producen más escurrimiento superficial que aquellas con pendientes suaves. Además, se observó que la cantidad de escurrimiento superficial disminuye con el incremento de la longitud de la pendiente. Esto es principalmente debido a la reducción en la velocidad de flujo, y subsecuentemente a un mayor tiempo de concentración (definido como el tiempo necesario para que una gota de agua alcance la salida de un área de captación de la ubicación más lejana en el área de captación). Esto significa que el agua está expuesta a una duración más larga de tiempo a infiltración y a evaporación antes de que alcance el punto de medición. Lo mismo se aplica cuando se comparan áreas de captación de diferentes tamaños. La eficiencia del escurrimiento superficial (volumen de escurrimiento superficial por unidad de área) aumenta con la disminución del tamaño del área de captación; es decir a mayor tamaño del área de captación es mayor el tiempo de concentración y más pequeña la eficiencia del escurrimiento superficial. La figura 10 ilustra claramente esta relación.
Figura 10. Eficiencia del escurrimiento superficial en función del tamaño del área de captación (Ben Asher, 1988)
Sin embargo, debe notarse que el diagrama en la figura 10, fue derivado de investigaciones en el desierto de Negev y no puede ser considerado como aplicable a otras regiones. El propósito de este diagrama es demostrar la tendencia general entre el escurrimiento superficial y el tamaño del área de captación.
3.5.3
Coeficientes de Escurrimiento
Aparte de los factores de sitios específicos anteriormente mencionados que influencian fuertemente el proceso del escurrimiento superficial, debería también considerarse que las condiciones físicas de un área de captación no son homogéneas. Hasta en el nivel micro hay una variedad de diferentes pendientes, los tipos de suelo, cubiertas de vegetación etc. Cada área de captación tiene por lo tanto su propia respuesta de escurrimiento superficial y responderá de otro modo a diferentes eventos de precipitación. El diseño de planes de captación de agua de lluvia requieren del conocimiento de la cantidad de escurrimiento superficial que será producido por un aguacero en un área de captación dada. Se supone comúnmente que la cantidad (volumen) del escurrimiento superficial es una proporción (porcentaje) de la lámina de agua de lluvia. Escurrimiento superficial (mm) = K x lámina de agua de lluvia (mm) En captaciones rurales donde ninguna o solamente partes pequeñas del área son impermeables, el coeficiente K, que describe el porcentaje del escurrimiento superficial resultante de una lluvia, no es un factor constante. En lugar anteriormente de eso su valor es las altamente variabledeyladepende descritos y de características lluvia. de los factores específicos del área de captación Por ejemplo, en un área la captación específica con la misma condición inicial frontera inicial (e.g. humedad del suelo), una lluvia de duración de 40 minutos con una intensidad promedio de 30 mm/h, producirá un porcentaje más pequeño del escurrimiento superficial que una lluvia de una duración de 20 minutos pero con una intensidad promedio de 60 mm/h, aunque la lámina de agua de lluvia total de ambos eventos fuera igual.
3.6
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO
Por razones antes mencionadas, el uso de coeficientes de escurrimiento superficial que han sido derivados para cuencas en otras ubicaciones geográficas, deben evitarse para el diseño de un esquema o sistema de captación de agua de lluvia. Además, los coeficientes de escurrimiento superficial para grandes cuencas no deberían ser aplicados a pequeñas áreas de captación. Un análisis de la relación lluvia-escurrimiento superficial y subsecuentemente una evaluación de coeficientes de escurrimiento superficial relevantes, deberían basarse en mediciones simultáneas, reales tanto de lluvia como de escurrimiento superficial en el área del proyecto. Como se explicó anteriormente, el coeficiente de escurrimiento superficial de una lluvia individual se define como el escurrimiento superficial dividido por la lluvia, ambos expresados como la lámina de agua sobre el área de captación (mm): Escurrimiento Superficial (mm) K= -----------------------------------------Lluvia (mm) Las mediciones deberán realizarse hasta que se obtenga un rango representativo. Shanan y Tadmor, recomiendan que al menos 2 años deberían dedicarse para medir la información de lluvia y de escurrimiento superficial antes de que se empiece cualquier programa de construcción. Esto puede justificarse si se tiene en mente la demostración negativa que un proyecto de captación de agua de lluvia tendría si las estructuras fueran dañadas seriamente o destruidas durante la primera lluvia debido a que el diseño estuvo basado en coeficientes de escurrimiento superficial erróneos. Cuando se grafican los coeficientes de escurrimiento superficial contra la lámina de agua de lluvia se observa generalmente una correlación satisfactoria (ver Figura 11).
Figura 11. Lluvia en mm escurrimiento superficial, Baringo, Kenya (Fuente: Finkel, 1987)
Se podría obtener una mejor relación, si además de la lámina de agua de lluvia, la intensidad de la lluvia correspondiente, la duración de lluvia y el antecedente de la humedad de suelo fuera también medido. Estos eventos permitirían que las lluvias se agruparan acorde a su intensidad promedio y a las humedades del suelo antecedentes y graficar los coeficientes de escurrimiento superficial contra la duración de lluvias relevantes separadamente para diferentes intensidades (ver Figura 12). Las intensidades de lluvia pueden ser medidas exactamente por medio de un graficador automático de un pluviografo. Es también posible tomar el tiempo de duración de lluvias individuales y calcular las intensidades promedio dividiendo las láminas de agua de lluvia medidas entre la duración correspondiente de las tormentas.
Figura 12. Coeficientes de escurrimiento superficial en relación a la intensidad de la lluvia, duración del evento y condición de la humedad de suelo (Fuente: Siegert, 1978)
Cuando se analiza la información medida es posible notar que una cierta cantidad de lluvia es requerida siempre antes de que ocurra cualquier escurrimiento superficial. Esta cantidad, generalmente se refiere a una lluvia umbral, representa la intercepción debido a pérdidas iniciales y almacenamiento de depresión así como para cubrir las perdidas por la alta infiltración inicial. La lluvia umbral depende de las características físicas del área y varía de una cuenca de captación a otra. En áreas con poca vegetación y donde la tierra es muy regular, la lluvia umbral puede estar solamente en el rango de 3 mm, mientras en otras cuencas éste valor puede exceder fácilmente los 12 mm, particularmente donde los suelos dominantes tienen una alta capacidad de infiltración. El hecho que la lluvia umbral tenga primero que
ser sobrepasada explica por que no toda tormenta produce escurrimiento superficial. Es importante conocer cuando evaluar el coeficiente de escurrimiento anual de un área de captación.
3.7
EVALUACION DEL ESCURRIMIENTO ESTACIONAL O ANUAL
El conocimiento del escurrimiento superficial derivado de tormentas individuales como se describió antes, es esencial para evaluar su comportamiento en un área de captación y para obtener una indicación de escurrimientos superficiales-pico ya que la estructura de un esquema o sistema de captación de agua de lluvia tiene que soportar y de la capacidad necesitada para el almacenamiento superficial temporal del escurrimiento superficial, por ejemplo el tamaño de un hoyo de infiltración en un sistema de microcaptación. Sin embargo, para determinar la relación de área de captación a área cultivada, como se describe en el capítulo 4, es necesario evaluar ya sea el coeficiente de escurrimiento anual (para cultivos perennes) o el coeficiente de escurrimiento superficial estacional. Este está definido como el escurrimiento superficial total observado en un año (o estación) dividido por la lluvia total en el mismo año (o estación). K=
Escurrimiento Superficial Total Anual (Estacional) (mm) -------------------------------------------------------------------------Lluvia Total (mm) Anual (estacional)
El coeficiente de escurrimiento superficial anual (estacional) difiere de los coeficientes de escurrimiento superficial derivados de aguaceros individuales ya que tiene en cuenta también a aquellos eventos de lluvia que no produjeron escurrimiento superficial. El escurrimiento superficial anual (estacional) es por lo tanto siempre más pequeño que la media aritmética de coeficientes de escurrimiento superficial derivados de lluvias que produzcan escurrimientos individuales.
3.8
LOTES DE ESCURRIMIENTO
Los lotes o parcelas de escurrimiento superficial son utilizados para medir el escurrimiento superficial bajo condiciones controladas. Las parcelas deberán ser establecidas directamente en el área del proyecto. Sus características físicas, como tipo de suelo, pendiente y vegetación tienen que ser representativas de los sitios donde los planes de captación de agua de lluvia serán llevados a cabo. El tamaño de la parcela debería idealmente ser tan grande como el tamaño estimado del área de captación planificado para el proyecto de captación de agua de lluvia. Esto no es siempre posible principalmente debido al problema de almacenamiento del escurrimiento superficial acumulado. Se recomienda un tamaño mínimo de 3 a 4 m de ancho y 10 a 12 m de largo. Las dimensiones más pequeñas deberían evitarse, puesto que los resultados obtenidos de parcelas muy pequeñas son más bien puntuales y dudosos.
Se debe tener especial cuidado para evitar sitios con problemas especiales como canalillos, grietas o cárcavas en la parcela. Estos afectan drásticamente los resultados, los cuales no pueden ser representativos para toda el área. El gradiente a lo largo de la parcela deberá ser regular y libre de depresiones locales. Durante la construcción de la parcela, el cuidado estriba en no perturbar o cambiar las condiciones naturales de la parcela, como destruir la vegetación o compactar el suelo. Es aconsejable construir varias parcelas en serie en el área del proyecto, que permitan la comparación de los volúmenes de escurrimiento superficial medidos y para evaluar el carácter representativo de los sitios donde se ubiquen las parcelas. Alrededor de las parcelas, las hojas de metal o tablones de madera deben colocarse en el suelo con al menos 15 cm de altura para detener la corriente de agua desde afuera de la parcela y viceversa (ver Figura 13). Un pluviógrafo debe instalarse cerca de la parcela. En el extremo más bajo de la parcela una cuneta es requerida para reunir el escurrimiento superficial. La cuneta deberá tener un gradiente de 1% hacia el tanque de colección. El suelo alrededor de la cuneta debe ser rellenado y consolidado. La unión entre la cuneta y el lado más bajo de la parcela puede ser cementada para formar un delantal que permita un flujo suave de agua de la parcela a la cuneta. El tanque de colección puede construirse de piedra, ladrillo o bloques de concreto, aunque un barril enterrado puede también reunir los requerimientos. El tanque deberá estar cubierto y así estará protegido contra la evaporación y la lluvia. La capacidad de almacenamiento del tanque depende del tamaño de la parcela pero deberá ser suficientemente grande para almacenar el agua proveniente de lluvias extremas. Después de cada tormenta (o todos los días en un tiempo específico), el volumen de agua colectado en el pluviógrafo y en el tanque de escurrimiento superficial tiene que ser medido. Después de eso, el pluviógrafo y el tanque tienen que limpiarse. Cualquier material que quede depositado en el tanque y en la cuneta tiene que ser removido.
Figura 13. Disposición estándar de un lote (parcela) de escurrimiento superficial (Fuente: Siegert, 1978)
4. DISEÑO DEL MODELO PARA LA RELACION AREA DE CAPTACION: AREA CULTIVADA 4.1
INTRODUCCION
Un sistema de captación de agua de lluvia consiste de un área de captación (colección) y un área cultivada (almacenamiento). La relación entre las dos, en términos de tamaño, determina por qué factor de lluvia será "multiplicado". Para un diseño apropiado de un sistema, es recomendable determinar la relación entre área de captación (C) y área cultivada (CA). Muchos sistemas de captación de agua de lluvia exitosos han sido establecidos, solo estimando simplemente la relación entrebásica área desobre captación área de cultivo.superficial Este puede sin duda el único enfoque la información lluvia,y escurrimiento y ser requerimientos de agua por elposible cultivodonde no son conocidos. Sin embargo, el cálculo de la relación resultará ciertamente en un sistema más eficiente y efectivo, si la información básica está disponible y es confiable. No obstante, debe tomarse en cuenta que los cálculos están siempre basados en parámetros con alta variabilidad. La lluvia y el escurrimiento superficial son característicamente erráticos en regiones donde la captación de agua de lluvia se practica. Por lo tanto, es a veces necesario modificar un diseño srcinal a la luz de la experiencia y frecuentemente será útil para incorporar medidas de seguridad, tal como zanjas de condición, para evitar daño en años cuando la lluvia excede la lluvia considerada en el diseño. El cálculo de la relación C:CA es principalmente útil para sistemas de captación de agua de lluvia donde se pretende el establecimiento de cultivos. Este, será discutido primero.
Figura 14. El principio, la relación área de captación: área cultivada
4.2
SISTEMAS DE PRODUCCION PARA CULTIVOS
El cálculo de la relación área de captación: área cultivada, se basa en el concepto que el diseño debe cumplir con la regla:
AGUA CAPTADA = AGUA EXTRA REQUERIDA
La cantidad de agua obtenida del área de captación es una función de la cantidad de escurrimiento superficial creado por la lluvia en el área. Este escurrimiento superficial, para una escala de tiempo definida, se calcula multiplicando una lluvia de "diseño" por un coeficiente de escurrimiento superficial. Como no todo el escurrimiento superficial puede ser eficientemente utilizado (debido a filtración profunda, etc.) tiene que ser multiplicado adicionalmente por un factor de eficiencia.
AGUA CAPTADA = AREA DE CAPTACION X LLUVIA DE DISEÑO X COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL X FACTOR DE EFICIENCIA
La cantidad de agua requerida es obtenida multiplicando el tamaño del área cultivada por los requerimientos netos de agua por el cultivo que representa el requerimiento total de agua (Uso Consuntivo) menos la supuesta lluvia de diseño.
AGUA EXTRA REQUERIDA = AREA CULTIVADA X (USO CONSUNTIVO - LLUVIA DE DISEÑO)
Por sustitución en la ecuación srcinal
AGUA CAPTADA = AGUA EXTRA REQUERIDA
Obtenemos:
AREA DE CAPTACION X LLUVIA DE DISEÑO X COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO X FACTOR DE EFICIENCIA = AREA CULTIVADA X (USO CONSUNTIVO - LLUVIA DE DISEÑO)
Si esta fórmula es reordenada se obtiene finalmente:
USO CONSUNTIVO- LLUVIA DE DISEÑO --------------------------------- ------------------------------------ --------------------------------- -------------------LLUVIA DE DISEÑO X COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO X FACTOR DE EFICIENCIA
AREA DE CAPTACION = -------------------------------AREA CULTIVADA
Requerimiento de Agua por los Cultivos (Uso Consuntivo) El uso consuntivo depende de la clase de cultivos y el clima del lugar donde están creciendo. Las estimaciones proporcionadas en el capítulo 2 deberán usarse cuando la información precisa no este disponible.
Lluvia de Diseño La lluvia de diseño se establece por cálculos o estimados (ver Capítulo 3). Esta es la cantidad de lluvia estacional en que, o arriba de la cual, el sistema está diseñado para proveer escurrimiento superficial suficiente para cubrir el requerimiento de agua de cultivos. Si la lluvia esta por debajo de la "lluvia de diseño", hay un riesgo de fracaso del cultivo debido a estrés por humedad. Cuando la lluvia está sobre la del "diseño", entonces el escurrimiento superficial está en excedente y puede sobrepasar los bordos. La lluvia de diseño es calculada a una cierta probabilidad de ocurrencia. Si, por ejemplo, se fuera a establecer con un 67% de probabilidad, será proporcionada o estará excedida (como promedio) en dos de cada tres años y la lluvia captada será suficiente para satisfacer el uso consuntivo, también en dos de cada tres años. Un diseño conservador estará basado en una probabilidad más alta (lo cual significa una lluvia de diseño baja), para hacer el sistema más "confiable" y así satisfacer el uso consuntivo de los cultivos. Sin embargo, el riesgo potencial sería una inundación más frecuente del sistema en años donde la lluvia ocurrida excede a la lluvia de diseño.
Coeficiente de Escurrimiento Esta es la proporción de lluvia que fluye a lo largo de la tierra como escurrimiento superficial. Depende entre otros factores del grado de pendiente, el tipo de suelo, la cubierta vegetal, antecedente de humedad del suelo, intensidad y duración de la lluvia. El coeficiente varía generalmente entre 0.1 y 0.5. Cuando no se dispone de información, el coeficiente puede ser estimado con base en la experiencia. Sin embargo, este método debe ser evitado siempre que sea posible (ver Capítulo 3), por los riegos que implica.
Factor de Ef iciencia Este factor tiene en cuenta la ineficiencia de la distribución desigual del agua dentro del campo, así como las pérdidas por evaporación y la percolación profunda. Donde el área de cultivo es nivelada y suavizada, la eficiencia es más alta. Los sistemas de microcaptación tienen eficiencias más altas cuando al agua es generalmente almacenada a menos profundidad. La selección del factor se deja a criterio del diseñador basándose en su experiencia y en la técnica seleccionada. Normalmente los rangos de factor son entre 0.5 y 0.75.
4.3
EJEMPLOS SOBRE COMO CALCULAR LA RELACION C:CA
A.
Ejemplo Uno Clima: Arido Sistema "RWH": Captación externa (ejemplo, bordos trapezoidales) Cultivo Mijo: Uso consuntivo del cultivo Mijo (ciclo vegetativo total) 475 mm (bajo, debido a madurez rápida) Lluvia de diseño (ciclo vegetativo) = 250 mm (a un nivel de probabilidad de P=67%) Coeficiente de escurrimiento (estacional) = 0.25 (bajo, debido a una área de captación relativamente larga y con baja pendiente) Factor de eficiencia = 0.5 (estimado general, técnica para largas pendientes) C 475 - 250 ----- = ---------------------= 7.2 CA 250 x 0.25 x 0.5
Es decir:área El área de captación de tener 7.2 veces más que el área de cultivo (en otras palabras, la relación de captación: áreadebe cultivada es 7.2:1) Comentario:
B.
La relación es alta, pero el sistema está diseñado para un área seca con el supuesto de un bajo coeficiente de escurrimiento superficial.
Ejemplo Dos: Clima: Semiárido Sistema "RWH": Captación externa (ejemplo: bordos trapezoidales) Cultivo: Sorgo de 110 días Uso consuntivo del cultivo = 525 mm Lluvia de diseño = 375 mm (P=67%) Coeficiente de escurrimiento = 0.5 Factor de eficiencia = 0.5 C 525 - 375 ------ = ---------------------- = 3.2 CA 375 x 0.25 x 0.5
Es decir: El área de captación debe ser 3.2 veces mayor que el área de cultivo. En otras palabras, la relación, área de captación: área de cultivo es 3.2:1. Comentario:
C.
Una razón de aproximadamente 3:1 es común y ampliamente aceptada.
Ejemplo Tres: Clima: Semiárido Sistema "RWH": Microcaptación (ejemplo, surcos al contorno o microcuencas) Cultivo: Sorgo de 110 días Uso consuntivo del cultivo = 525 mm Lluvia de diseño = 310 mm (establecida a un nivel de probabilidad de P = 75% para dar más confiabilidad) Coeficiente de escurrimiento = 0.5 (refleja la alta proporción de escurrimiento del área de captación) Factor de eficiencia = 0.75 (refleja la mayor eficiencia de área de captación con corta pendiente) C ------- = CA
524 - 310 --------------------= 1.85 310 x 0.75 x 0.5
Es decir: El área de captación tiene que ser aproximadamente el doble de grande en relación al área cultivada. Comentario:
4.4
Las relaciones son siempre más bajas para sistemas de microcaptación debido a una eficiencia más alta en el uso de agua y a un coeficiente de escurrimiento más alto. Si se considera una lluvia de diseño de 67% de probabilidad (es decir, un sistema menos confiable) se habría reducido la relación a 1:1.
SISTEMAS DE CAPTACION PARA ARBOLES
La relación entre área de captación y área cultivada es difícil de determinar para sistemas donde se pretende el cultivo de árboles. Como ya se discutió, solamente se dispone de estimaciones de los usos consuntivos para especies nativas y de especies de múltiple propósito comúnmente plantados bajo sistemas de captación de agua de lluvia. Aún más, los árboles crecen casi exclusivamente en sistemas de microcaptación donde es difícil determinar que proporción del área total está realmente explorada por la zona radical teniendo en mente las diferentes etapas de desarrollo radical a través de los años antes de que una plántula se convierta en un árbol maduro.
Figura 15. Sistema de microcaptación, Negarim para árboles
En vista lo de anterior, se considera suficiente el estimar solamente el tamaño microcaptación que es elde área captación y área cultivada (hoyo de infiltración) juntos, por lototal que,dela la siguiente fórmula (MC), puede ser utilizada:
MC
=
WR - DR RA X -----------------DR x K x EFF
= = = = = =
tamaño total de la microcaptación (m2) área explorada por el sistema radical (m2) uso consuntivo anual (mm) lluvia de diseño (anual) (mm) coeficiente de escurrimiento (anual) factor de eficiencia
Donde: MC RA WR DR K EFF
Como una regla general, se puede asumir el supuesto de que el área que será explorada por el sistema radical es igual al área del dosel del árbol. Ejemplo:
Area Semiárida, árbol de fruto cultivado en microcaptación tipo Negarim Uso consuntivo anual (WR) Lluvia de diseño anual (DR) Dosel del árbol maduro (RA) Coeficiente de escurrimiento (K) Factor de eficiencia (EFF)
= 1000 mm = 350 mm = 10 m2 = 0.5 = 0.5
Tamaño total MC = 10 x {(1000-350)/(350 x 0.5 x 0.5)} = 84 m2 El cuadro 15 muestra algunos ejemplos de tamaños de área de captación y de área cultivada para varias especies. Es notable el rango en dimensiones. Como una regla general, para árboles de múltiple propósito en regiones áridas/semiáridas, el tamaño de la microcaptación por árbol (área de captación y área cultivada juntas) debe variar entre 10 y 100 metros cuadrados, dependiendo de la aridez de la región y de las especies cultivadas. La flexibilidad se logra plantando más de un árbol dentro del sistema y retirar los sobrantes en una etapa posterior.
4.5
SISTEMAS PARA CULTIVOS FORRAJEROS Y AGOSTADEROS
En la mayoría de los casos no es necesario calcular la relación C:CA para sistemas implementados para la producción de forraje y/o rehabilitación de agostaderos. Como un lineamiento general, una relación de 2:1 a 3:1 para microcaptación (las cuales son normalmente utilizadas) es apropiado.
Cuadro 15.
Dimensiones de área de captación y área de cultivo en microcuencas para árboles
Especies
País
Area de Captación (m2)
Area Cultivada (m2)
Fuente
Ziziphus mauritiana
Rajastan, India
31.5-72
36
Sharman et. al., (1986)
Granada
Negev, Israel
160
16
Shanam & Tadmore (1979)
Almendro
Negev. Israel
250
20
Ben-Asher (1988)
Forraje/especies para leña
Baringo, Kenya
10-20*
Forrajes spp.
Turkana, Kenya
93.75**
Madera para leña multipropósito spp.
Guesselbodi Forest, Niger
64*
Madera para leña multipropósito spp.
Keita Valley, Niger
12
* **
Critchley & Reij (1989)
6.25**
Barrow (in Rocheleu et. at., (1988)
Critchley & Reij (1989)
1.8
Critchley & Reij (1989)
No se presenta división entre área de captación, área cultivada y hoyo para infiltración. En algunos casos se plantaron dos árboles en el mismo lugar.
5. TECNICAS DE CAPTACION DE AGUA DE LLUVIA 5.1
SELECCION DE SITIOS Y TECNICAS
5.1.1
Prioridades de los Usuarios
Antes de seleccionar una técnica específica, se deben considerar los aspectos sociales y culturales que prevalecen en el área de interés, debido que ellos son primordiales y afectará el éxito, la falla o el fracaso de la técnica implementada. Esto es particularmente importante en las regiones áridas y semiáridas de Africa y puede ayudar a explicar la falla o fracaso de tantos proyectos que no tuvieron en cuenta las prioridades de la comunidad. En áreas áridas y semiáridas de Africa, la mayoría de la población ha experimentado regímenes de subsistencia básicos que reflejan el resultado de varios siglos en cuanto a prioridades para su supervivencia. Mientras que todas las prioridades más altas no hayan sido satisfechas, no se considerarán las actividades de prioridad más baja, el objetivo es aumentar la eficiencia. En el Capítulo 7 de este Manual se discuten los aspectos socioeconómicos. Al revisar la secuencia de prioridades, el planificador tiene también que considerar las fuentes alternas de agua. Estas tienen que ser comparadas con la captación de agua de lluvia en costo y en el riesgo involucrado. La comparación tiene que tener en cuenta la calidad de agua requerida, consideraciones de mantenimiento y operacionales así como el costo inicial. Donde la fuente alternativa de agua es de mejor calidad, es más barata para el desarrollo, más fácil de obtener o involucra menos riesgo, por lo que debe dársele prioridad. Un ejemplo de esto es el desarrollo de manantiales ó pozos poco profundos para irrigación en pequeña escala, previamente a la captación de agua de lluvia.
5.1.2
Criterios Técnicos Básicos
Un sistema de captación de agua de lluvia será sostenible solamente si se adaptara en el contexto socioeconómico del área como se describe en el capítulo previo y también deberá cumplir con los criterios técnicos básicos. La figura 16 contiene un diagrama de flujo con los criterios de selección de técnicas básicas para las diferentes técnicas de captación de agua de lluvia. PENDIENTE: La pendiente es un factor clave que limita la captación de agua de lluvia. La captación de agua de lluvia no se recomienda para áreas donde la pendiente es mayor del 5% debido a una distribución desigual del escurrimiento y cantidades mayores de terraplenes requeridos que no resultan económicas. SUELOS:
Deben tener los principales atributos de suelos que son apropiados para el riego: deben ser profundos, no ser salinos o sódicos y tener una fertilidad inherente. Una limitación sería para la aplicación de captación de agua de lluvia son los suelos con una textura arenosa. Si la tasa de infiltración es más alta que la intensidad de lluvia, no puede existir escurrimiento superficial.
COSTOS:
Las cantidades de terraplén o movimiento de piedra involucradas en construcción afecta directamente el costo de un sistema o, si estuviera instrumentado en una base de esfuerzo propio, indicaría como podría ser el trabajo intensivo para su construcción.
Figura 16. Sistema de selección
El cuadro 16 puede ser utilizado como una referencia rápida para revisar la cantidad de terraplenes necesarios requeridos para diferentes sistemas. Una cuantificación es dada en las siguientes secciones, donde cada sistema se describe en detalle.
5.2
MICROCAPTACION TIPO "NEGARIM"
5.2.1
Antecedentes
La microcaptación tipo Negarim es en forma de diamante, cuya base está rodeada por bordos pequeños de tierra, con un hoyo de infiltración en la esquina más baja de cada uno. El escurrimiento superficial se colecta
desde el interior de la base y se almacena en el hoyo de infiltración. La microcaptación es utilizada principalmente para árboles o arbustos. Esta técnica es apropiada para plantaciones de árboles en pequeña escala en cualquier área que tenga deficiencias de humedad. Además la captación agua de lluvia para los árboles, conserva simultáneamente el suelo. La microcaptación tipo Negarim es precisa y relativamente fácil de construir.
Cuadro 16.
Movimiento de tierra/movimiento de piedra para diversos sistemas de captación de agua de lluvia.
Terraplén (m3/ha tratada) Nombre y Número del Sistema
Microcaptación Negarim (Arboles)
Surcos al Contorno (Arboles)
Bordos Semicirculares (Pastos)
Microcuencas (Cultivos)
Bordos Trapeziodales (Cultivos)
Bordos Esparcidores (Cultivos)
Bordos de Piedra al Contorno (Cultivos)
Diques Filtrantes de Piedra (Cultivos)
500 500 500 500 835
240 360 360 360 360
105 105 105 210 210
480 480 480 480 480
370 670 970 N/R* N/R*
305 455 N/R* N/R* N/R*
40 40 40 55 55
70 140 208 280 N/R*
Pendiente % 0.5 1.0 1.5 2.0 5.0
Movimiento de Piedra (m3/ha tratada)
* : No recomendable
Notas 1. 2 3. 4.
Las dimensiones típicas son supuestas para cada sistema: para mayor detalle ver los capítulos relevantes. Para sistemas de microcaptación (1, 2, 3 y 4), todo el área a cubrir (cultivado y dentro del área de captación de campo) está tomado como "tratado". Tasas de trabajo para terraplenes: las estructuras mayores (ejemplo, bordos trapezoidales) pueden tomar 50% más trabajo por volumen de unidad de terraplenes de estructuras más pequeñas (ejemplo, microcaptación de Negarim) debido al elevado movimiento de tierra requerido. Las tasas típicas por persona/día varían desde 1.0 a 3.0 m3. Tasas de labor para movimiento de piedra: Las tasas de trabajo típicas logradas tienen 0.5 m3 por persona/día para construcción. El transporte de piedra aumenta considerablemente esta cifra.
Fotografía 5. Microcuencas tipo Negarim Aunque los primeros informes de tal microcaptación son del sureste de Túnez (Pacey y Cullis, 1986), la técnica ha sido desarrollada en el desierto de Negev de Israel. La palabra "Negarim" se deriva de la palabra Hebrea para escurrimiento "Neger". La microcaptación tipo Negarim es la forma más conocida de todos los sistemas de captación de agua de lluvia. Israel tiene el sistema Negarim más extendido y mejor desarrollado, principalmente en granjas de investigación en el Desierto del Negev, donde la lluvia es solamente de 100 a 150 mm por año. Sin embargo, la técnica y las variaciones de ellas, son utilizadas ampliamente en otras zonas semiáridas, especialmente en el Norte y en la región Sub-Sahara de Africa, porque la técnica está garantizada, frecuentemente es una de las primeras en ser probadas en nuevos proyectos.
5.2.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
La microcaptación tipo Negarim es utilizada principalmente para el cultivo de árboles en zonas áridas y semiáridas. Lluvia: puede ser tan baja como 150 mm por año.
Suelos: Deberían tener al menos 1.5 m pero preferiblemente 2 m de profundidad para garantizar el desarrollo radical adecuado y para almacenar el agua captada. Pendiente: desde terrenos planos hasta 5.0% Topografía: no necesita ser uniforme, si no es uniforme deberá establecerse un bloque de microcaptaciones. ii. Configuración Global Cada microcaptación consiste de un área de captación y un hoyo de infiltración (área de cultivo). La forma de cada unidad es normalmente cuadrada, pero la apariencia de éstas, vista desde arriba es de una red en forma de diamante con hoyos de infiltración en las esquinas más bajas (Figura 17).
iii.
Limitaciones
Mientras la microcaptación Negarim es apropiada para la construcción manual, no es fácilmente mecanizable. Una vez que los árboles son plantados, no es posible operar y cultivar con máquinas entre las líneas de árboles.
iv.
Tamaño de Microcaptación
El área de cada unidad se determina con base en el cálculo del requerimiento de agua por la planta (árbol) (Ver Capítulo 4) o, más generalmente con un estimado.
Figura 17. Geometría de las microcuencas en el s istema Negarim
2 El tamaño de la microcaptación varía normalmente entre 10 m y 100 m2por unidad, dependiendo de la especie
del árbol, pero mayores tamaños son también posibles, particularmente cuando más de un árbol es plantado dentro de una unidad.
v.
Diseño de Bordos
La altura del bordo depende principalmente de la pendiente dominante y del tamaño seleccionado de la microcaptación. Es recomendable construir bordos con una altura de al menos 25 cm para evitar el riesgo de sobrellenado y daño subsecuente. Donde la pendiente de la tierra excede 2.0%, la altura del bordo cerca del hoyo de infiltración tiene que aumentarse. El cuadro 17, proporciona las cifras recomendadas para diferentes tamaños y pendientes de tierra.
Cuadro 17.
Altura de bordos (cm) enterrenos de mayor pendiente
Tamaño de la Unidad Microcaptación (m2) 3x3 4x4 5x5 6x6 8x8 10 x 12 12 x 12 15 x 15
Pendiente del Terreno 2%
3%
4%
5%
Bordo Plano con una Altura de 25 cm 30 30 35 35 45 35 45 35 30 45 55 35 50 no 45 recomendable
Nota: Estas alturas definen la altura máxima del bordo (debajo del hoyo). El volumen de bordo de excavación/total permanece constante para un tamaño dado de microcaptación.
Figura 18. Microcuencas Negarim: Detalle para bordos de 0.25 m (para dimensiones X y Y, ver cuadro 18)
La parte superior del bordo deberá tener al menos 25 cm de ancho y su lado inclinado debe estar al menos en el rango de 1:1, para reducir la erosión del suelo durante las tormentas. Siempre que sea posible, los bordos deberán estar provistos con una cubierta de pasto, ya que esta es la mejor protección contra la erosión.
vi.
Tamaño del hoyo de infiltración
En el cuadro 18 se indican los valores recomendados para las dimensiones del hoyo. Una profundidad máxima de 40 cm no deberá ser excedida para evitar pérdidas de agua a través de la percolación profunda y para reducir el movimiento de tierra al excavar. El suelo excavado del hoyo debería ser utilizado para la construcción de los bordos.
vii.
Cantidades de Terraplén
El cuadro 18 proporciona las cantidades requeridas de terraplenes por diferentes diseños. Las cantidades por unidad incluyen solamente el hoyo de infiltración y dos lados del área de captación, mientras los otros dos bordos están incluidos en la microcaptación vecina. Cuando una zanja de derivación se requiere, se necesitarán terraplenes adicionales de 62.5 m3 por 100 m de longitud para la zanja.
Cuadro 18.
Cantidades de terraplén para la microcaptacion tipo Negarim.
(1) Tamaño de la unidad Microcaptación (m2) Lado (x) Area
(2) Tamaño del Hoyo de Infiltración (m) Lados (y) Profundidad
3m x 3m = 9 m2 4m x 4m = 16m2 5m x 5m = 25 m2 6m x 6m = 36 m22 8m x 8m = 64 m 10 m x 10 m = 100 m2 12 m x 12 m = 144 m2 15 m x 15 m = 225 m2 * **
viii.
1.4 x 1.4 x 0.4 1.6 x 1.6 x 0.4 1.8 x 1.8 x 0.4 1.9 x 1.9 x 0.4 2.2 x 2.2 x 0.4 2.5 x 2.5 x 0.4 2.8 x 2.8 x 0.4 3.0 x 3.0 x 0.4
(3) Pendientes Adecuadas para un Bordo de 25 cm Altura* up to 5% up to 4% up to 3% up to 3% up to 2% up to 1% up to 1% up to 1%
(4) Volumen de Terraplén por Unidad** (m2)
(5) No. de Unidades por Hectárea
(6) Terraplén m3 /ha
0.75 1.00 1.25 1.50 2.00 2.50 3.25 3.50
1110 625 400 275 155 100 70 45
835 625 500 415 310 250 230 160
Estas pendientes permiten la construcción de un bordo de 25 cm de altura en toda su longitud. Arriba de esta pendiente, el bordo deberá construirse más alto que el fondo (abajo del hoyo de infiltración) y más abajo aguas arriba. El Cuadro 17 da la altura del bordo abajo del hoyo de infiltración para tamaños dados de microcuencas. El cálculo de terraplén por unidad incluye solamente dos lados del área de captación, los otros dos lados incluyen terraplenes requeridos para la zanja de derivación (la cual es de 62.5 m3 por cada 100 metros de longitud).
Variación de Diseño
Una variación común es construir una microcaptación simple, la estructura inicia y finaliza en forma de "v" o en forma semicircular (ver Figura 19). La ventaja es que, el agua captada puede fluir alrededor de los hoyos de infiltración de los bordos, sin embargo, la capacidad de almacenamiento es menor que el de un sistema cerrado. Estos tipos de bordos son particularmente útiles en terreno quebrado y para un número pequeño de árboles alrededor de las casas habitación.
Figura 19. Microcaptación en forma de "V".
5.2.3
Diseño y Construcción
Paso Uno El primer paso es encontrar una línea al contorno. Esta puede ser obtenida con un nivel de línea o un nivel de tubo de agua (ver apéndice). Puesto que los contornos naturales no son suaves, será necesario nivelar los contornos de modo que finalmente se obtenga una línea recta. La primera línea, en la parte superior del bloque se marca (ver Figura 20). Si la topografía es dispareja deberán considerarse pequeños bloques separados para las microcaptaciones.
Paso Dos Los extremos de los bordos se marcan con una cinta métrica a lo largo del "contorno alineado". La primera línea puede ser abierta/cerrada. La distancia entre los indicios (a-b), depende del tamaño del área de captación seleccionada. El cuadro 19 proporciona la distancia correspondiente entre a-b para diferentes áreas de captación.
Cuadro 19.
Distancia entre bordos en relación al tamaño del área de captación.
Dimensión de la Microcaptación (m)
Distancia a - b m)
3x3 4x4 5x5 6x6 8x8 10 x 10
4.2 5.7 7.1 8.5 11.3 14.1
Paso Tres Una pieza de cuerda tan larga como el lado más largo del área de captación (5 m para una microcaptación de 5 m x 5 m) se coloca en un extremo (a) y una segunda cuerda de la misma longitud en el otro extremo (b). Se encontrará exactamente en el ápice (c). El ápice se marca con una estaca y los lados de la captación (a-c) y (bc) se marcan con un azadón sobre el terreno a lo largo de las cuerdas. Este procedimiento se puede repetir hasta que todas las alineaciones del bordo en la primera hilera hayan sido determinadas.
Paso Cuatro La siguiente fila de microcaptación se estaca. Los ápices de los bordos de la fila superior serán los hoyos de infiltración de la segunda fila y el ápice correspondiente se encuentra de acuerdo con el Paso 3. Cuando la segunda fila de microcaptación ha sido marcada, se repite el mismo procedimiento para la tercera fila, etc. El resultado final será un bloque de microcaptaciones en forma de diamante, con una primera hilera que estará abierta al extremo superior de la pendiente.
Figura 20. Microcuencas tipo Negarim: técnica de diseño
Paso Cinco El tamaño del área de infiltración (la dimensión puede ser tomada del cuadro 18), se marca con estacas y el hoyo de infiltración se excava dejando un escalón pequeño hacia un extremo en el cual la plántula será transplantada (ver Figura 21).
Figura 21. Hoyo de infiltración en escalón para el transplante
Paso Seis Antes de la construcción del bordo, el área dentro de la microcaptación deberá estar libre de toda vegetación. Los bordos deberán construirse en dos capas. El material excavado de los hoyos de infiltración será utilizado para formar el bordo. El bordo deberá compactarse durante la construcción. Antes de la compactación, el suelo deberá mojarse tanto como sea posible. La compactación puede ser hecha a pie o con un barril lleno con arena o agua. Para garantizar una altura uniforme del bordo, se fija una cuerda en el inicio y al final de cada bordo alineado y se ajusta de acuerdo con la altura de bordo seleccionado.
Paso Siete Una zanja de derivación deberá establecerse sobre el bloque de microcaptaciones si existe un riesgo de daño por escurrimiento superficial aguas arriba del bloque. La zanja de derivación deberá alinearse en una pendiente de 0.25% y en la mayoría de los casos a una profundidad de 50 cm y un ancho de 1.0-1.5 m. El suelo es depositado aguas abajo. La zanja de derivación deberá construirse primero para evitar un daño en caso de que ocurriera una tormenta durante la construcción de la microcuencas.
Figura 22. Zanja de derivación
5.2.4
Mantenimiento
El mantenimiento se requerirá para la reparación de daños a los bordos, lo cual puede ocurrir si las tormentas fueran de consideración, inmediatamente después de la construcción cuando los bordos aun no están completamente consolidados. El sitio debe ser inspeccionado después de cada lluvia significativa debido a que las roturas pueden tener una reacción en "cadena" si se deja sin reparación.
5.2.5
Aspectos Agronómicos
Tres plántulas de árbol de al menos 30 cm de altura deberán plantarse inmediatamente después de la primera lluvia de la estación. Es recomendable que dos plántulas sean plantadas en cada microcaptación, una en la parte inferior del hoyo de infiltración (la cual puede sobrevivir aún en un año seco) y otra en un escalón antes del hoyo de infiltración. Si ambas plantas sobrevivieran, la más débil puede ser retirada después del comienzo de la segunda estación. Las semillas pueden ser plantadas directamente para algunas especies. Esto elimina el costo de un vivero. El estiércol o abono deberá aplicarse en el hoyo de infiltración de la plantación para mejorar la fertilidad y la capacidad de almacenamiento de agua. Si se permite el desarrollo de hierbas y pastos en el área de captación, el escurrimiento superficial se reducirá; sin embargo, el forraje obtenido da un rápido retorno para la inversión en la construcción. El deshierbe regular es necesario alrededor del hoyo de plantación.
Figura 23. Sitio de plantación para el establecimiento de plántulas
5.2.6
Consideraciones Socioeconómicas
La microcaptación tipo Negarim ha sido desarrollada en Israel para la producción de árboles de frutales, pero aún allí los retornos de la inversión no son siempre positivos. No es una técnica barata, teniendo en mente que una persona-día es requerida para construir (como promedio) dos unidades, y que los costos por unidad aumentan considerablemente en la medida en que el tamaño de la microcaptación se incrementa. Es esencial que se balanceen los costos contra los beneficios potenciales. En el caso de árboles de múltiple propósito en zonas áridas y semiáridas, el beneficio principal será el efecto de la conservación del suelo y la disponibilidad de pastos y forraje hasta que los árboles se vuelvan productivos. La microcaptación tipo Negarim es apropiada en reforestación de aldeas, o alrededor de hogares donde pocas microcuencas en forma de "v", proveen árboles de sombra o para fines recreativos.
PERFIL: La microcaptación de Negarim en Rajasthan, India Ziziphus mauritiana es el mejor árbol frutal apropiado para las zonas áridas de
India. Los frutos son deliciosos y una fuente rica de vitaminas El Instituto Central de Investigaciones de Zona áridas (CAZRI) en Jodhpur, Rajasthan, ha llevado a cabo experimentos para investigar el efecto de la microcaptación sobre la producción del fruto. Los hallazgos fueron alentadores. El crecimiento y la producción de fruto fue mejorado la técnicas de fueron microcaptación. de pendiente ysignificativamente 72 m2 del área de por captación por árbol suficientesUn para0.5% obtener excelentes producciones de fruto. En un 5% de pendiente el tamaño, puede ser reducido a 54 m2 debido a que el escurrimiento superficial aumenta. Los coeficientes de escurrimiento superficial aumentaron a través de los años debido al encostramiento del suelo sobre la superficie de encostramiento. Fuente: Sharma et. al., (1986).
5.3
BORDOS AL CONTORNO PARA ARBOLES
5.3.1
Antecedentes
Los bordos al contorno para árboles son una forma simplificada de microcaptaciones. La construcción puede ser mecanizada y la técnica es por lo tanto apropiada para la instrumentación en una mayor escala. Como su nombre indica, el bordo sigue el contorno, en espacios cerrados y con la formación de pequeñas represas de tierra, el sistema queda dividido en microcaptaciones individuales. Con o sin mecanización, este sistema es más económico que la microcaptación tipo Negarim, particularmente por la instrumentación a gran escala en tierra uniforme, puesto que se moverá menos tierra. Una segunda ventaja de bordos al contorno es su adaptabilidad para la producción de cultivos o de forraje entre los bordos. Al igual que con otras formas de captación de agua de lluvia, el rendimiento de escurrimiento superficial es alto, y cuando se diseña correctamente, no hay pérdida de escurrimiento superficial fuera del sistema.
Los bordos al contorno para la plantación de árboles no es tan común como la microcaptación tipo Negarim. Los ejemplos de su aplicación proviene del Distrito de Baringo, Kenya (Figura 24).
Figura 24. Bordos al contorno para árboles
5.3.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
Los bordos al contorno para plantación de árboles pueden utilizarse bajo las condiciones siguientes: Lluvia: 200-750 mm; para zonas áridas ó semiáridas. Suelos:Deben tener al menos 1.5 m y preferiblemente 2 m de profundidad, para garantizar el buen desarrollo radical y el almacenamiento de agua. Pendiente: desde plana hasta 5.0%. Topografía: debe ser uniforme, sin cárcavas o canalillos.
ii.
Limitaciones
Los bordos al contorno no son adecuados para terrenos irregulares y erosionados, ya que los bordos se pueden romper al presentarse lluvias de alta intensidad.
iii.
Configuración Global
La disposición global consiste de una serie de bordos de tierra paralelos, o casi paralelos, aproximadamente en el contorno espaciamiento 5 a 10 metros. Los bordos en se un forman con suelo de excavado de un surco paralelo adyacente en su lado aguas arriba. Pequeñas represas de tierra perpendiculares al bordo en el lado aguas arriba subdivide el sistema de microcaptaciones. Los hoyos de infiltración se excavan en la coyuntura entre represas y bordos. Una zanja de derivación podrá proteger al sistema cuando sea necesario.
Figura 25. Bordos al contorno para árboles: Diseño de campo
iv.
Tamaño de la Unidad de Microcaptación
El tamaño de la microcaptación para cada árbol se estima de la misma forma que para la microcaptación tipo Negarim. Sin embargo, el sistema es más flexible, debido a que el tamaño de la microcaptación puede ser alterado fácilmente añadiendo o retirando las represas transversales dentro del espaciamiento fijado. Los tamaños comunes de microcaptaciones son de alrededor de 10 a 50 m2 por árbol.
v.
Diseño del Hoyo de Infiltración y del Bordo
Las alturas del bordo varían, pero están en el orden de 20-40 cm, dependiendo de la pendiente prevaleciente. Como los bordos están frecuentemente hechos por maquinaria, la forma real del bordo depende del tipo de maquinaria; por ejemplo, si se utiliza un arado de discos o una escrepa. Es recomendable que el bordo no tenga menos de 25 cm de altura. El ancho de la base tiene que ser al menos de 75 cm. La configuración del surco aguas arriba del bordo depende del método de construcción.
Figura 26. La unidad de microcaptación
Los bordos deben estar espaciados entre ellos a una distancia de 5 m a 10 m. Las represas transversales deben tener al menos 2 metros de largo en un espaciamiento de 2 a 10 metros. Así se define el tamaño exacto de cada microcaptación. Se recomienda un espaciamiento de 10m entre los bordos en pendientes de hasta 0.5% y 5 m en pendientes más inclinadas. Un tamaño común de microcaptación para árboles de múltiple propósito es 25m2. Esto corresponde a 10 metros de espaciamiento entre bordo con represas a 2.5 m ó 5 metros de espaciamiento entre bordos con represas espaciadas a 5 m. El suelo excavado del hoyo de infiltración será utilizado para formar las represas. El hoyo de infiltración se excava en la coyuntura del bordo y la represa. Un tamaño de hoyo de infiltración de 80 cm x 80 cm y 40 cm de profundidad es generalmente suficiente.
Figura 27. Dimensiones de los bordos
Figura 28. Hoyo de infiltración y sitios de plantación
vi
Cantidades de Terraplén
El cuadro 20 da las cantidades de terraplén requeridas por diversos diseños de bordos al contorno. La altura del bordo supuesta es 25 cm con un ancho de base de 75 cm.
Cuadro 20.
Cantidades de terraplén.
Tamaño de la unidad Microcaptación
Volumen de Terraplén por unidad (m2)
Nº de unidades por hectárea
Terraplén m3/ha
Espaciamiento entre bordes
Espaciamiento entre represas
Area (m2)
5m 5m
2m 5m
10 25
0.5 0.9
1000 400
500 360
m 105 m 10 m
10 m m 2.5 5m
50 25 50
1.5 0.6 0.9
200 400 200
300 240 180
5.3.3
Diseño y Construcción
Paso Uno El contorno es determinado por medio de un instrumento simple, tal como un nivel de línea o un nivel de tubo de agua (ver apéndice). Cuando los bordos al contorno son construidos en tierra uniforme, los contornos necesitan ser estacados, aproximadamente cada 50 metros. El contorno real debería estar suavizado a una curva suave. Los bordos pueden llegar a ser ligeramente más amplios en una punta para dar cabida a cualquier cambio en el contorno.
Paso Dos La alineación de cada bordo debe ser marcada sobre el terreno antes de comenzar la construcción. Como se recomendó bajo "diseño de bordo", los bordos deberán establecerse en un espaciamiento de 10 m para pendientes de hasta 0.5% y de 5 m para pendientes más inclinadas. Cuando se usan los arados de disco es suficiente con uno para formar un bordo adecuado. Cuando esté disponible, el arado reversible deberá tener preferencia porque los surcos pueden ser barbechados o arados consecutivamente en ambas direcciones. La compactación del bordo es necesaria. Cuando la maquinaria no está disponible, ésta debería ser hecha a pie o con un barril lleno con arena.
Paso Tres El tamaño del área de captación requerido por cada plántula determina el espaciamiento entre las represas transversales. Por ejemplo, donde se requieren 25 m2 para el área de captación y los bordos tienen 10 metros de separación, las represas transversales tendrán 2.5 metros de separación. Las represas transversales, son hechas a mano. Un hoyo de infiltración de 80 cm x 80 cm y 40 cm de profundidad, se excava en el surco del lado de arriba del bordo. El agua colectada en el surco, puede drenar hacia el hoyo de infiltración y abastecer a la plántula adyacente. El material excavado es suficiente para formar un bordo transversal de 2 m de longitud, con una base ancha de 75 cm y 25 cm de altura. El bordo transversal se extiende aguas arriba del bordo principal en un ángulo de 90 al bordo principal; al menos 30 cm deberán dejarse entre el bordo transversal y el hoyo de infiltración para permitir espacio suficiente para la plantación. °
Paso Cuatro A cada lado del bloque, un bordo lateral de 25-30 cm de altura es construido para evitar pérdidas de escurrimiento superficial fuera del sistema. La tierra deberá excavarse dentro del sistema y los bordos al contorno tendrán que estar unidos con el bordo lateral.
Paso Cinco Una zanja de derivación deberá estar proveída sobre el esquema, si hay un riesgo de daño por escurrimiento superficial desde afuera del bloque. La zanja de derivación es alineada a 0.25% de pendiente y una dimensión común es 50 cm de profundidad y 1-1.5 m de ancho, con el suelo colocado aguas abajo. La zanja de derivación debe construirse antes de que los bordos al contorno estén construidos para evitar daños, si ocurrieran aguaceros durante la construcción.
5.3.4
Mantenimiento
Al igual que con la microcaptación tipo Negarim, el mantenimiento en muchos casos se limita a reparar daños a los bordos, principalmente en la primera estación. Es esencial que cualquier ruptura, que es poco probable a menos que el sistema sea cruzado por canalillos, sea reparada inmediatamente y que la sección afectada se compacte. El daño es provocado frecuentemente por animales que invaden las parcelas. Se debe permitir el desarrollo de hierba en los bordos, para que ayuden a su consolidación con las raíces.
5.3.5
Aspectos Agronómicos
La mayoría aspectosexisten agronómicos considerados en la microcaptación tipo Negarim también se aplican a este sistema:de sinlos embargo, ciertas diferencias. Cuando el árbol tiene menos de 30 cm de altura, debe plantarse inmediatamente después de que se haya captado el primer escurrimiento superficial. Las plántulas se colocan en el espacio entre el hoyo de infiltración y el bordo transversal. Es aconsejable colocar una plántula extra en la parte inferior del hoyo de infiltración por la eventualidad de un año muy seco. El estiércol o abono puede aplicarse en el hoyo de plantación para mejorar la fertilidad y la capacidad de almacenamiento de agua. Una ventaja importante de los bordos al contorno para el establecimiento del árbol es el cultivo mediante el uso de bueyes o maquinaria entre los bordos, por lo que se pueden producir cultivos o forraje antes de que los árboles sean productivos. Sin embargo, esto tiene la desventaja de reducir la cantidad de escurrimiento superficial que llega a los árboles.
5.3.6
Factores Socioeconómicos
Los bordos al contorno para árboles son construidos principalmente con maquinaria; los costos de construcción de los bordos pueden ser relativamente bajos y de rápida instrumentación, especialmente donde las parcelas son grandes y uniformes y la clase de mecanización bien adaptada. Sin embargo, al igual que con la mecanización en áreas con recursos limitados, existe una interrogante acerca de la futura sustentabilidad. La experiencia ha mostrado que muy a menudo la maquinaria para abruptamente cuando el proyecto mismo termina.
Otro aspecto que debe considerarse es el manejo después de que el sistema de captación ha sido establecido (que es generalmente hecho bajo los auspicios de un proyecto de desarrollo). Este es un aspecto que debe ser considerado seriamente durante la fase de planeación. El manejo de un bloque de reforestación por la comunidad local es en la mayoría de los casos un nuevo reto y la falla, fracaso o éxito dependerá de la aceptación de la técnica por la población rural.
PERFIL: Bordos al contorno para árboles en Baringo, Kenya Alrededor de los llanos del Lago Baringo, al norte de Kenya se tienen zonas áridas o semiáridas, son extensas pero desprovistas de árboles. Se observan dos problemas mayores: la erosión continua de la tierra potencialmente fértil por escurrimiento superficial y viento y la creciente carencia de leña y forraje. En Baringo, el "Proyecto de Combustible y Forraje" se puso en operación en 1982 y desarrolló la técnica de bordeo al contorno para la plantación de árboles utilizando motoconformadoras alquiladas para su construcción. Se establecieron 130 hectáreas hasta 1987, en bloques de alrededor de 10 ha utilizando cercas energizadas con celdas eléctricas solares. Las especies más comúnmente plantadas fueron Acacia spp., Prosopis spp., y Combretum aculeatum. Aunque el buen resultado nosido ha sido siempre consistente, el establecimiento y crecimiento de los árboles han aceptables. Un desarrollo interesante es la creciente importancia dada por la gente y las autoridades del proyecto para la producción de pasto dentro de las parcelas como un subproducto. Para evitar daño al bordo, es necesario controlar el pastoreo. El pasto también se usa como cobertura vegetal. El manejo de la parcela deberá realizarse por las comunidades de la aldea cuando los procedimientos y lineamientos generales hayan sido elaborados.
5.4
BORDOS SEMICIRCULARES
5.4.1
Antecedentes
Los bordos semicirculares son terraplenes de tierra en forma de un semicírculo con las represas de los bordos sobre el contorno. Los bordos semicirculares, de dimensiones variables, son utilizados principalmente para la rehabilitación de agostaderos o producción de forraje. Esta técnica es también útil para el cultivo de árboles y arbustos y en algunos casos han sido utilizados para la producción de cultivos. Dependiendo de la ubicación y de la relación área de captación: área cultivada elegida, puede ser una técnica de captación para pendientes cortas o largas. Los ejemplos descritos aquí son sistemas de captación para pendientes cortas. Los bordos semicirculares, (el término "demi-lune" es utilizado en Francophone, Africa), son recomendados como un método rápido y fácil para el mejoramiento de pastizales en zonas semiáridas. Los bordos semicirculares son más eficientes en función del área de almacenamiento al volumen de bordo que otras estructuras equivalentes tales como los bordos trapezoidales. Sorprendentemente, esta técnica nunca ha sido utilizada tradicionalmente.
Fotografía 6. Bordos semicirculares durante la construcción. 5.4.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
Los bordos semicirculares para mejorar los agostaderos y la producción de forraje pueden ser utilizados bajo las condiciones siguientes: Lluvia: 200-750 mm: en zonas áridas y semiáridas Suelos: Todos los suelos que no sean poco profundos o salinos. Pendiente: Por debajo de 2%, pero con diseño de bordo modificado hasta 5%. Topografía: Requiere de una topografía uniforme, especialmente para el diseño "a" (ver figura 29). La limitación principal de los bordos semicirculares es que la construcción no puede mecanizarse fácilmente. Aunque los bordos semicirculares pueden estar diseñados para una variedad de dimensiones, dos diseños específicos se explican en esta sección. El diseño "a" que comprende las estructuras pequeñas, estrechamente espaciadas. Es apropiado para zonas áridas o semiáridas relativamente "más húmedas", pero requiere bajas pendientes y terrenos uniformes. El diseño "b", con bordos más grandes y ampliamente espaciados, son más apropiados para zonas secas y no necesitan uniformidad en la topografía.
ii.
Configuración Global
Los dos diseños de bordos semicirculares considerados aquí, difieren en el tamaño de la estructura y en la disposición de campo. El diseño "a" tiene bordos con radios de 6 metros y el diseño "b" tiene bordos con radios de 20 metros. En ambos diseños los bordos semicirculares se construyen en líneas escalonadas con áreas de captación que producen escurrimiento superficial entre las estructuras. El diseño "a" es una técnica de captación para pendientes cortas y no está diseñado para utilizar escurrimiento superficial fuera del área tratada, ni para conducir el sobreflujo. El diseño "b" es también un sistema de captación para pendientes cortas, pero puede almacenar escurrimientos superficiales limitados provenientes de una fuente externa. El sobreflujo ocurre alrededor de las represas de los bordos que se establecen al contorno.
Figura 29. Bordos semicirculares: diseño en campo
iii.
Relación Area de Captación: Area Cultivada (C:CA)
Como ya se mencionó en el capítulo 4, la relación C:CA de hasta 3:1 es generalmente recomendada para sistemas de captación de agua de lluvia utilizados para mejorar agostaderos y para la producción de forraje. Un cálculo detallado no se requiere. Las razones para utilizar relaciones bajas, son que los agostaderos y las plantas forrajeras ya adaptadas en zonas áridas y semiáridas necesitan solamente de un pequeño aumento en humedad adicional para responder significativamente con altos rendimientos. Las mayores relaciones requieren de estructuras más grandes y caras, con un riesgo más alto de romperse. El diseño "a" como se ha descrito aquí tiene una relación C:CA de solamente 1.4:1, y no requiere provisión para sobreflujo. El diseño "b" tiene una relación C:CA de 3:1 y por lo tanto, una provisión para el sobreflujo alrededor de las represas de los bordos es recomendable, aunque las ocurrencias de sobreflujo son generalmente escasas. Una mayor relación C:CA para el diseño "b" es posible pero no debe exceder de 5:1.
iv.
Diseño de Bordo Diseño "a": Este diseño, es apropiado para pendientes de 1% o menos, consiste de una serie de pequeños bordos semicirculares con un radio de 6 metros. Cada bordo posee una sección transversal constante sobre toda la longitud de 19 m. La altura de bordo recomendada tiene 25 cm con pendiente lateral de 1:1, que resulta en una base ancha de 75 cm, con un ancho en la parte superior seleccionado de 25 cm. Las represas de cada bordo son construidas al contorno y la distancia entre las presas de bordos adyacentes en la misma fila tienen 3 metros. Los bordos en la fila debajo están escalonados, así permiten la colección del escurrimiento superficial del área entre los bordos de arriba. La distancia entre las dos filas, de la base de bordos de la primera línea a las represas de bordos en el segundo, tiene 3 metros. Con este espaciamiento se requieren de 70 a 75 bordos por hectárea.
Diseño "b": El radio de los semicírculos tiene 20 metros. La sección transversal de los bordos cambia sobre su longitud. En el lado extremo, el bordo es solamente 10 cm alto, pero la altura se incrementa en la parte media de la base hasta 50 cm con pendiente en los lados de 3:1 (horizontal: vertical) y un ancho de 10 cm en la parte alta. El ancho de las bases respectivas es de 70 cm y de 3.10 metros, respectivamente. Al igual que con el diseño "a", los bordos tienen que estar ordenados en una configuración escalonada. Debido a las mayores dimensiones de los bordos, se requieren solamente cuatro estructuras por hectárea. La distancia entre las represas de dos estructuras adyacentes en una fila es de 10 m, mientras que se recomiendan 30 metros entre la base de la estructura superior y las represas de la estructura inferior. Como se mencionó anteriormente, los radios y las distancias entre las estructuras pueden aumentarse o disminuirse de acuerdo con la relación C:CA seleccionada. El diseño "b" se recomienda para pendientes de hasta 2%. Para pendientes mayores, se requieren radios más pequeños. Por ejemplo, en una pendiente del 4%, el radio deberá reducirse a 10 metros y la distancia entre dos filas adyacentes de 30 metros, a 15 metros, mientras las represas de dos estructuras adyacentes deberían ser de 5 m en lugar de 10 m. Entonces, la cantidad de estructuras requeridas por hectárea aumenta a 16, lo cual mantiene la relación C:CA de 3:1.
Figura 30. Dimensiones de bordos semicirculares
v.
Cantidades de Movimientos de Tierra
En el cuadro 21 se registran las cantidades de terraplén requeridos por diferentes diseños. Debe notarse que donde se requiere una zanja de derivación (Diseño "a" solamente), 62.5 m3 por cada 100 metros de longitud tienen que ser adicionados a las cifras en la columna 6.
Cuadro 21. Cantidades de terraplén para bordos semicirculares
Pendiente del -Terreno
Radio (m)
Longitud del Bordo (m)
(1) 6
Diseño "b" hasta 2.0% 4.0%
Diseño "a" hasta 10%
vi
Terraplén por Bordo (m3)
Bordos por ha
Terraplén por ha (m3)
(2) 19
Area de Embalse por Bordo (m2) (3) 57
(4) 2.4
(5) 73
(6) 175
20
63
630
26.4
4
105
10
31
160
13.2
16
210
Variación de Diseño
Los bordos semicirculares pueden ser construidos en una variedad de tamaños, variando en radio y dimensiones de bordos. Los radios pequeños son comunes cuando los bordos semicirculares son utilizados para el desarrollo de árboles y producción de cultivos. Un radio recomendado para estas estructuras más pequeñas es de 2 a 3 metros, con bordos de casi 25 cm en altura.
5.4.3
Diseño y Construcción
El trazo de ambos diseños es similar, solamente difieren las dimensiones.
Paso Uno La primera línea al contorno, en la parte superior del sistema, se estaca usando un instrumento de levantamiento simple como el que se describe en el apéndice. Esta línea no tiene que ser suave.
Paso Dos Se usa una cinta métrica para marcar las represas del bordo semicircular al contorno. Para el diseño "a", las represas de una estructura tienen 12 metros de separación (2 veces el radio) y la distancia para la siguiente unidad tiene 3 m. Para el diseño "b", las represas tienen 40 metros de separación y la distancia para la siguiente estructura es de 10 m.
Paso Tres
Se marca el punto central entre las represas de cada unidad semicircular. Una pieza de cuerda tan larga como el radio seleccionado se fija en el punto central por medio de una estaca o pequeñas piedras. Con la cuerda apretada en el otro extremo, se define la alineación del semicírculo moviendo la punta de la cuerda de un extremo a otro. La alineación puede marcarse con estacas o piedras pequeñas (ver Figura 31).
Paso Cuatro El estacado y la construcción de bordos semicirculares en la segunda y todas las filas siguientes, podrán realizarse de la misma forma. Es importante que las estructuras en cada fila sean escalonadas con relación a las estructuras en la fila de arriba. Los puntos centrales del borde, por ejemplo, en la segunda fila deben coincidir con la parte media de las brechas entre bordos en la primera fila y así sucesivamente. Tiene que garantizarse que el espacio entre bordos de una fila a otra este de acuerdo con la distancia elegida, que es, 3 m para el diseño "a" y 30m para el diseño "b".
Figura 31 Técnicas de trazo en campo
Paso Cinco Después del trazo, la construcción del bordo se inicia con la excavación de un pequeño surco dentro del bordo. Posteriormente, la excavación deberá ser siempre dentro del bordo, tan uniforme como sea posible. Esto puede aumentar la capacidad de almacenamiento del bordo semicircular. El bordo debe ser construido en capas de 10-15 cm de ancho, cada capa será compactada y humedecida previamente si es posible.
Paso Seis Para el diseño "b", se recomienda que las represas de los bordos sean protegidas con una capa de piedras, como se muestra en Figura 32. Esto asegurará que las represas de los bordos sean más resistentes a la erosión cuando el exceso descargue ellos. zanja dela derivación sobre primera fila de estructuras puede de seragua necesaria por alrededor el diseñode"a", paraUna proteger primera fila de labordos contra el escurrimiento superficial que provenga del área de captación. Donde se construyen bordos semicirculares de diseño "a" en un bloque de varias hectáreas, es aconsejable proveer una o más zanjas de derivación dentro del bloque como un factor de seguridad. Las zanjas de derivación deberán tener 1 a 1.5 metros de ancho y 50 cm de profundidad, con un gradiente de 0.25%.
5.4.4
Mantenimiento
Al igual que todas las estructuras de tierra, el período más crítico para los bordos semicirculares es cuando las tormentas ocurren justamente durante la construcción, puesto que en este tiempo el bordo aún no esta consolidado completamente. Cualquier rotura tienen que ser reparada inmediatamente. Si el daño ocurre, es recomendable que una zanja de derivación sea proveída si esta no ha sido construida. Los bordos semicirculares que son utilizados para la producción de forraje normalmente, necesitan reparaciones solamente en las primeras rupturas. Esto es porque con el curso del tiempo, una cubierta densa de los pastos perennes protegerá el bordo contra la erosión y otros daños. La situación es diferente si los animales tuvieran acceso en el área bordeada y se les permitiera el pastoreo. En este caso, las inspecciones y el mantenimiento regular (reparación) de daños de bordos será necesario.
Figura 32 Protección de lomos de bordo
Fotografía 7. Desarrollo de pasto en bordos semicirculares 5.4.5
Aspectos Agronómicos
Puede ser deseable permitir la existencia de la vegetación desarrollada siempre que consista de especies o rizomas perennes. Sin ambargo, en la mayoría de los casos, será más apropiado la resiembra con semilla nueva. La colección local de semilla de pasto perenne de especies útiles puede ser también apropiada, siempre y cuando la semilla se tome de "tierra virgen". Junto con los pastos, los árboles y las plántulas de arbustos se colocan dentro de los bordos. 5.4.6 Factores Socioeconómicos La captación de agua de lluvia para mejorar los agostaderos y para producción de forraje se aplica principalmente en áreas donde la mayoría de los habitantes son agro-pastores, al menos en el contexto de la región Sub-Sahara de Africa. En estas áreas, el concepto de mejoramiento comunal del pastizal utilizado, generalmente no se toma en cuenta. Por lo tanto, puede resultar difícil motivar a la población para invertir voluntariamente con tiempo y esfuerzos requeridos para instrumentar y mantener un sistema de captación de agua de lluvia. Aún cuando esto es posible, es igualmente importante introducir un programa aceptable y apropiado de manejo del agostadero para evitar el sobrepastoreo y la degradación posterior del pastizal. El pastoreo controlado es también esencial para mantener el pastizal de buena calidad, y el área del bordo tiene que descansar periódicamente para que éste se regenere, de modo que la resiembra natural pueda tener lugar.
PERFIL: "Demi-lunes" en el Departamento de Tahoua, Niger Aunque los bordos semicirculares son utilizados principalmente para el cultivo de pastos, arbustos o árboles, esta técnica es también apropiada para la producción de cultivos. "Demi-lunes", literalmente "Media-luna", fue introducida como una técnica de cultivo de producción por una Organización de Gobierno en el Departamento de Tahoua de Niger a mediados de 1980. El concepto fue no solamente concentrar escurrimiento superficial para la producción de cultivos, sino para rehabilitar la tierra degradada en un área con una lluvia anual promedio de solamente 250-300 mm. Los bordos semicirculares en este proyecto son pequeños, cada uno con un radio de solamente 2 metros. El número total dentro de cada bloque es cercano a 300 por hectárea, resultando en una relación promedio de área de captación: área cultivada de 4:1. Las "Demi-lunes" fueron construidas a mano, distribuyendo raciones de alimento para que se trabajara durante el tiempo de construcción. El cultivo principal es mijo. En años recientes el Gobierno ha probado un sistema similar para la rehabilitación de agostaderos donde, dentro del bordo, se plantaron pastos y árboles.
5.5
BORDOS AL CONTORNO (MICROCUENCAS) PARA CULTIVOS
5.5.1
Antecedentes
Las represas al contorno, algunas veces llamadas surcos al contorno o microcuencas, son utilizados para la producción de cultivos. Esta es de nuevo una técnica de microcaptación. Los surcos siguen el contorno a un espaciamiento de 1 a 2 metros. El escurrimiento superficial es captado de la faja no cultivada entre bordos y almacenada en un surco justamente sobre el bordo. Los cultivos se colocan en ambos lados del surco. El sistema es simple y puede construirse a mano ó con maquinaria. Puede representar aún menos trabajo intensivo que la labranza convencional de una parcela. La producción de escurrimiento superficial de las longitudes de área de captación cortas son extremadamente eficientes y cuando se diseñan y construyen correctamente no existen pérdidas de escurrimiento superficial fuera del sistema. Otra ventaja es el crecimiento uniforme de cultivos debido a que cada planta tiene aproximadamente la mismo área de captación contribuyente. El surco al contorno para cultivos no es aún una técnica extendida. Existen áreas demostrativas para producción de cultivos en diversos lugares en Africa.
Fotografía 8. Sistema de surcos al contorno
5.5.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
El surco al contorno para producción de cultivos puede ser utilizado bajo las condiciones siguientes: Lluvia: 350 750 mm. Suelos: Todos los suelos que sean apropiados para agricultura. Los suelos arcillosos y compactados pueden ser una restricción para la construcción a mano de los bordos. Pendiente: Desde planos hasta 5.0%. Topografía: Debe ser uniforme, deben evitarse las áreas con cárcavas u ondulaciones.
ii.
Limitaciones
Los bordos al contorno se limitan a áreas con lluvia relativamente alta, debido a que la cantidad de escurrimiento captado es comparativamente pequeña debido al área reducida de captación.
iii.
Configuración Global
El diseño global consiste de represas de tierra paralelas, o casi paralelas, aproximadamente al contorno con un espaciamiento de entre 1 y 2 m. El suelo se excava y se coloca aguas abajo para formar un bordo y el surco excavado arriba del bordo colecta el escurrimiento superficial de la faja de captación entre surcos. Los pequeñas represas de tierra en el bordo son construidas cada pocos metros para garantizar un almacenamiento uniforme del escurrimiento superficial. Una zanja de derivación puede ser necesaria para proteger el sistema contra escurrimiento superficial proveniente desde afuera.
Figura 33. Bordos al contorno (Microcuencas): Trazo en campo.
iv.
Relación Area de Captación: Area Cultivada
El área cultivada no es fácil de definir. Es una práctica común suponer una faja de 50 cm en el centro del surco. Los cultivos son plantados dentro de esta zona y así se utiliza el escurrimiento concentrado en el surco. Así, para una distancia típica de 1.5 m entre surcos, la relación C:CA es 2:1; que es una faja de captación de un metro y una faja cultivada de 50 cm. Una disatnaica de 2 metros entre surcos daría una relación 3:1. La realción C:CA puede ser ajustada incrementando o disminuyendo la distancia entre surcos (microcuencas).
El cálculo de la relación área de captación:área cultivada sigue el modelo de diseño del capítulo 4. En la práctica un espaciamiento de 1.5-2.0 metros entre bordos (relación C:CA de 2:1 y 3:1, respectivamente) se recomienda generalmente para cultivos anuales en zonas semiáridas.
v.
Diseño del Bordo
El bordo debe ser alto como sea necesario para evitar el sobreflujo por el escurrimiento superficial. Como el escurrimiento superficial es captado solamente de una pequeña faja entre surcos, una altura de 15 a 20 cm es suficiente. Si los surcos estuvieran espaciados a más de 2 metros, la altura del bordo tendrá que aumentarse.
Figura 34. Dimensiones del bordo al contorno
vi.
Cantidades y Trabajo
Las cantidades de terraplén para diferentes espaciamientos del surco al contorno y la altura del bordo se presentan en el cuadro 22. Debe considerarse que la construcción del surco ya incluye la preparación de la tierra por lo que no se requiere de labores adicionales. donde una zanja de derivación sea necesaria, una zanja adicional de 62.5 m3 por cada 100 metros de longitud debe considerarse.
Cuadro 22.
vii.
Cantidades de terraplén para bordos al contorno
Espaciamiento entre bordos
Altuna (cm)
Terraplén_ha (m3)
1.5 1.5 2.0
15 20 20
270 480 360
Variaciones de Diseño
Las variaciones de diseño desarrolladas en Israel son las "fajas de escurrimiento" ("Shananim") y "fajas colectoras" como las describen Shanan y Tadmore (1979(. Se construye una serie de bordos, poco profundos y
anchos por medio de un escrepa de cuchilla. El aspecto entre bordos puede ser de varios metros (para fajas colectoras, el espacio es generalmente de 2-5 metros).
Figura 35. Variaciones en el Diseño
5.5.3
Diseño y Construcción
Paso uno La línea al contorno se levanta con un instrumento nivelador simple como un nivel de tubo de agua o nivel de línea (ver apéndice). El contorno real debe ser suavizado para obtener una mejor alineación para realizar las operaciones agrícolas.
Paso Dos Las lineas guía del contorno deben ser estacadas cada 10 ó 15 metros. La alineación para el bordo se marca entre líneas guía de acuerdo con la selección del espacio. En terreno poco uniforme, los contornos pueden ser más estrechos entre ellos en un sitio o anchos en otros puntos. Es necesario detener las líneas donde los contornos convergen o añadir líneas cortas extras en medio, donde los contornos divergen.
Paso Tres Los surcos se excavan generalmente por medio de un azadón o se barbechan paralelamente a las alineaciones marcadas para los bordos. El suelo excavado se coloca aguas abajo, despué del surco para formar el bordo.
Paso Cuatro Se construyen pequeñas represas transversales a intervalos de cerca de 5 metros, dividiendo cada surco en un número de segmentos o represas de 15 a 20 cm de alto y de 50 a 75 cm de largo.
Paso Cinco Una zanja de derivación debe construirse sobre el bloque de bordos al contorno, si es que existe un riesgo de daños causados por escurrimiento superficial desde afuera del sistema. La zanja de derivación deberá tener una profundidad de 50 cm y de 1 a 1.5 m de ancho, con una pendiente de 0.25%. El suelo excavado se coloca aguas abajo. La zanja debe construirse antes de que los bordos al contorno se construyan para evitar daño de lluvias tempranas.
Figura 36. Bordos al contorno: técnica de trazo
Fotografía 9. Construcción de Bordos al contorno
5.5.4
Mantenimiento
Si los bordos al contorno son diseñados y construidos correctamente, es poco probable que se presenten rupturas o excesos de agua. Sin embargo, si ocurrieran rupturas, los bordos o represas tienen que ser reparados inmediatamente. El área de captación no cultivada entre el bordo deberá mantenerse libre de vegetación para garantizar que la cantidad óptima de escurrimiento superficial fluya hacia los surcos. Al final de cada estación el canal necesita ser reconstruido a su altura srcinal. Después de dos o tres estaciones, dependiendo del estado de fertilidad de los suelos, puede ser necesario mover el surco aguas abajo por aproximadamente un metro o más, que resultará en un nuevo suministro de nutrimentos para las plantas.
5.5.5
Aspectos Agronómicos
El cultivo principal (generalmente un cereal) se siembra en el lado aguas arriba del canal, entre la parte superior del bordo y el surco. En este punto, las plantas tienen una mayor profundidad de suelo superficial. Un cultivo asociado, generalmente una leguminosa, puede ser sembrado frente al bordo. Es recomendable que la población de plantas del cultivo de cereal se reduzca a aproximadamente un 65% del estándar convencional para cultivos de agricultura de secano. A menor número de plantas se tendrá más humedad disponible en años de lluvia escasa. El deshierbe tiene que ser llevado a cabo regularmente alrededor de las plantas y dentro de la faja de captación.
Figura 37. Configuración de la Plantación
5.5.6
Factores Socioeconómicos
Puesto que la técnica de bordos al contorno (microcuencas) implica un nuevo método de labranza y plantación comparado con el cultivo convencional, los productores pueden ser renuentes al inicio, para aceptar esta técnica. La demostración y motivación son, por lo tanto, muy importantes. Por otra parte, es uno de los métodos más simples y baratos de captación de agua de lluvia. Esta puede ser implementada por el productor utilizando un azadón, con un mínimo costo. El apoyo externo se limita a un mínimo.
Alternativamente esta técnica puede ser mecanizada y pueden utilizarse una variedad de implementos. Cuando se usen por un productor en su propio terreno, el sistema no crea conflictos de intereses entre el que implementa y el beneficiario.
PERFIL: Bordos al contorno para cultivos en el Departamento de Zinder. Nigeria Los bordos pueden ser hechos manualmente, con tracción animal, o con maquinaria, esta es particularmente apropiada para la implementación a mayor escala. El Programa Integrado para la Rehabilitación de Damergou, Niger está probando formas de reincorporación de tierras degradadas a la producción, donde la lluvia anual es solamente de 300 mm. La técnica de surcos al contorno para la producción de cultivos se introdujo en 1988.
Fotografía 10. Bordeadora en acción Con este propósito, se diseñó un arado especial para formar los bordos, generalmente en líneas rectas (aunque aproximándose al contorno), a una separación de 2 metros. La maquinaria es reversible y el suelo abajo de los bordos es subsoleado para aumentar la tasa de infiltración. Las represas transversales se forman con la máquina automáticamente con un espaciamiento controlado. Se ha reportado que una hectárea puede trabajarse en una hora y hasta 1,000 ha en un período de cuatro meses con una sola máquina; sin embargo, la participación de los pobladores y las implicaciones sobre la tenencia de la tierra deberá tomarse en cuenta al desarrollarse el programa.
5.6
BORDOS TRAPEZOIDALES
5.6.1
Antecedentes
Los bordos trapezoidales son utilizados para confinar grandes áreas (hasta l ha) y para concentrar mayores cantidades de escurrimiento superficial, el cual es captado de una área de captación externa o "de pendiente larga". El nombre se deriva del diseño de la estructura que tiene la forma de un trapecio, un bordo base conectado a dos lados con bordos o a las paredes externas que se extienden aguas arriba en un ángulo generalmente de 135 . Los cultivos son colocados dentro del área confinada. El sobreflujo descarga alrededor de las represas de la pared extrema del bordo. °
El diseño general, consiste de un bordo base conectado a paredes laterales y es una técnica tradicional común en diferentes partes de Africa. El concepto es similar a la técnica de bordos semicirculares; en este caso, tres lados de una parcela son cerrados por bordos, mientras el cuarto lado aguas arriba se abre para permitir la entrada del escurrimiento superficial. Las ventajas principales de esta técnica son la simplicidad de diseño y construcción con el mínimo mantenimiento requerido. Esta sección se basa en el diseño y trazo de bordos trapezoidales instrumentados en el Distrito de Turkana en el Noreste de Kenya.
5.6.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
Los bordos trapezoidales pueden ser utilizados para cultivos, árboles y pastos. Su aplicación más común es para la producción de cultivos bajo las siguientes condiciones del sitio: Lluvia: 250 mm - 500 mm; en zonas áridas a semiáridas. Suelos: Los suelos agrícolas con buenas propiedades de construcción; es decir (que no se agrieten), con un alto contenido de arcilla. Pendiente: Desde 0.25% hasta 1.5%, pero lo más apropiado es por debajo de 0.5%. Topografía: El área dentro de los bordos debe ser uniforme.
ii.
Limitaciones
Esta técnica está limitada a terrenos de baja pendiente. La construcción de bordos trapezoidales sobre pendientes mayores a l.5% es técnicamente posible, pero involucra grandes cantidades de terraplén, lo cual la hace prohibitiva.
iii.
Configuración Global
Cada unidad de bordos trapezoidales consiste de un bordo base conectado a dos bordos laterales extendidos aguas arriba en un ángulo de 135 grados. El tamaño del área cerrada depende de la pendiente y puede variar desde 0.l a l ha. Los bordos trapezoidales pueden ser construidos en unidades individuales o en grupos. Cuando varios bordos trapezoidales son construidos en un grupo, ellos son ordenados en una configuración escalonada; las unidades en líneas más bajas interceptan el sobreflujo de los bordos de arriba. Una distancia común entre las represas de bordos adyacentes dentro de una fila tiene 20 m con 30 m de espaciamiento entre las represas de la fila más baja y los bordos base de la fila superior (ver Figura 38). El planificador tiene la libertad de seleccionar otros trazos de diseño, de acuerdo a las condiciones de sitio. La configuración escalonada como se muestra en la Figura 38, debe siempre ser continua. No es recomendable construir más de dos filas de bordos trapezoidales ya que aquellos en una tercera o cuarta fila recibirán significativamente
menos escurrimiento superficial. Las dimensiones recomendadas para una unidad de bordos trapezoidales se dan en el Cuadro 23.
Figura 38. Bordos Trapezoidales: Trazo en campo para pendientes del terreno de 1%.
iv.
Relación Area de Captación: Area Cultivada (C:CA)
La metodología básica para determinar la relación C:CA se da en el capítulo 4, para los casos donde es necesario determinar el tamaño del área de captación necesaria para un área cultivada. Esto es a veces más apropiado para enfocar el problema de otra manera; es decir, determinar el área y número de bordos que pueden ser cultivados con un área de captación ya existente. Ejemplo: El cálculo del número de bordos trapezoidales necesarios para utilizar el escurrimiento superficial de un área de captación de 20 ha bajo las condiciones siguientes: Pendiente: Requerimiento de agua por el cultivo: Lluvia de diseño: Coeficiente de Escurrimiento: Factor de Eficiencia:
1% 475 mm por estación 250 mm por estación 0.25 0.50
Del capítulo 4: C 475 - 250 225 ---- = --------------------- = -------- =7.2 CA 250 x 0.5 x 0.25 31.25 Pero
Así
C =20 ha
CA = ------- = 2.820ha 7.2
Del cuadro 23, el área disponible para cultivo dentro de un bordo trapezoidal a una pendiente del 1% es 3200 m2 = 0.32 ha. Por lo tanto, el número de bordos requerido: N = 2.8/0.32 = 8 De manera común con todas las técnicas de captación de agua de lluvia que dependen de captación externa, la relación C:CA se basa en la confiabilidad de la lluvia estacional en un año de lluvia relativamente escasa. En años lluviosos y particularmente con tormentas, existe el peligro de daños a cultivos y a los bordos mismos. Este es particularmente el caso para bordos en pendientes escarpadas y para aquellas con altas relaciones C:CA. Esto conlleva a la recomendación de una máxima relación C:CA de 10:1, aunque las relaciones de hasta 30:1, a veces son utilizadas. Donde el uso de un área de captación es indispensable, se aconseja construir una zanja de derivación temporal para evitar un escurrimiento superficial excesivo. Por otro lado, en situaciones donde el área de captación no es del tamaño adecuado, las zanjas de intercepción pueden ser excavadas para guiar el escurrimiento superficial de áreas de captación adyacentes hacia los bordos.
Figura 39. Dimensiones de bordos Trapezoidales
v.
Diseño del Bordo
Los criterios utilizados en el diseño de bordos en Turkana, Distrito de Kenya fueron los siguientes: Longitud del bordo base: Angulo entre el bordo base y bordos laterales: Altura máxima de bordo: Altura mínima de bordo (en las represas):
40 m 135 0.60m 0.20m
°
La configuración de bordos depende de la pendiente del terreno y se determina con la profundidad máxima de inundación diseñada con 40 cm en la base del bordo. Por consiguiente, cuando el gradiente se hace más escarpado, los extremos de los bordos se extienden menos hacia arriba como se ilustra en la figura 39. En pendientes mayores de 0.5%, la eficiencia del modelo se relaciona al incremento en el terraplén requerido por hectárea cultivada (ver cuadro 23). Las secciones transversales del bordo se muestran en la figura 40 y son de 1 metro de ancho de cresta y pendiente (horizontal:vertical) en los lados de 4:1.
Figura 40. Bordos Tropezoidales: Sección transversal estándar
vi.
Dimensiones y Cantidades de Terraplén
El cuadro 23 da detalles de cantidades de terraplén y dimensiones en el modelo Turkana para diferentes pendientes. Los terraplenes también se indican por hectárea de área cultivada.
vii.
Variaciones de Diseño
Las configuraciones y criterios de diseño indicados son anteriormente se aplican a bordos instalados enclimáticas, el Distrito de Turkana de Kenya. Variaciones considerables posibles dependiendo de las condiciones físicas y socioeconómicas. El diseño óptimo para un conjunto único de circunstancias puede solamente lograrse por un proceso de ensayo y error.
Fotografía 11. Sistema Tradicional en Somalia
Figura 41. Sistema "Teras", Sudán Oriental (Fuente: Critchley y Reij, 1989).
Cuadro 23.
Cantidades de terraplén para bordos trapezoidales.
Pendiente (%)
longitud del Bordo Base (m)
0.5 1.0 1.5
40 40 40
Longitud Distancia entre de las Paredes Represas (m) (m) 114 57 38
200 120 94
Terraplén por Bordo (m3) 355 220 175
Area Cultivada Terraplén/ha por Bordo Cultivada (m3) (m2) 9600 3200 1800
370 670 970
Nota: Donde se requieren zanjas derivadoras, se deben añadir 62.5 m3 por cada 100 m de longitud. Las formas tradicionales de captación de agua de lluvia, similares a los bordos trapezoidales, se han encontrado en los llanos arcillosos de Sudán Oriental y también en Somalia. En Sudán, la disposición de bordos es rectangular con bordos laterales extendiéndose aguas arriba en ángulos rectos al bordo base. En el Noroeste de Somalia un proyecto de desarrollo ha construido bordos en forma de banana con el tractor "bulldozer".
5.6.3
Diseño y Construcción
Paso Uno Cuando el sitio para eldebordo sidoseseleccionado, es medir la pendientepara del terreno, utilizando un nivel Abney o nivel línea ha como describe en lo el primero Apéndice. Las dimensiones bordos en diferentes pendientes se dan en el cuadro 23. Después de haber establecido la pendiente del terreno, los bordos laterales pueden ser determinados. Se comienza en la parte superior del campo, se coloca una estaca que será la punta de uno de los bordos laterales (punto 1). El segundo bordo lateral (punto 2) está en el mismo nivel del terreno en la distancia obtenida del cuadro 23. Este se agrupa usando el nivel de línea y una cinta como se describe en el Apéndice y se marca con una estaca.
Paso Dos Las dimensiones para el estacado de los cuatro puntos principales de los bordos, se muestran en la figura 42. El punto "a" puede establecerse midiendo la distancia "x" del punto 1 a lo largo de la línea de unión del punto 1 y 2. Los valores para "x" (por diferentes pendientes) pueden ser obtenidos de la figura 39. Igualmente, el punto "b" se obtiene midiendo la distancia "x" del punto 2 a lo largo de la línea de unión del punto 1 y 2. Los puntos 3 y 4, que son los puntos de intersección del bordo base y los bordos laterales, tienen una distancia x aguas abajo del punto "a" y "b" respectivamente, medidos en ángulos rectos a la línea de unión del punto 1 y del punto 2. El ángulo recto puede encontrarse fácilmente utilizando un patrón triangular de ángulo recto (lados: 100 cm, 60 cm y 80 cm). Con esto, se determinan los puntos 3 y 4.
Paso Tres
La precisión puede lograrse midiendo las distancias entre el punto 3 y 4, el punto 3 y 1, y Punto 2 y 4 que debe ser: punto 3 - punto 4 = 40m; punto 1 - punto 3 = punto 2 - punto 4
Figura 43. Bordos Trapezoidales: Detalle del vertedero
Si, al revisar, existe un error mayor que 0.5 m en cualquiera de estas tres dimensiones, deberá repetirse el procedimiento de establecimiento.
Paso Cuatro Una vez establecidos los puntos principales de los bordos, es necesario distribuir las estacas o piedras para marcar los límites de los terraplenes. A lo largo del bordo base se marcan líneas paralelas a una distancia de 2.9 m de la línea 3-4. Para los bordos laterales, la demarcación de los límites de terraplenes es ligeramente más
complicado. En el punto 1 (2) se marcan distancias perpendiculares de 1.30 m de cualquier lado de la línea central del bordo lateral. En el punto 3 (4) se marcan las distancias de 2.90 m en cualquier lado y perpendiculares a la linea central de los bordos laterales (línea 1-3, 2-4) . Con esto es posible definir los límites de terraplén en ambos lados de la linea central de los bordos laterales. Donde se requiere más de un bordo, el otro deberá delimitarse, de la misma forma.
Paso Cinco La construcción de un conjunto de bordos trapezoidales tiene que comenzar con la hilera más alejada aguas arriba. Antes de comenzar la construcción, el suelo dentro del área de construcción del bordo debe aflojarse para garantizar el buen manejo con el terraplén. El bordo se construye en dos capas, cada una posee un espesor máximo de 0.30 m. El espesor de la primera capa se va disminuyendo gradualmente hasta cero con el proceso de aguas arriba a lo largo de los bordos laterales. Igualmente, el espesor de la segunda capa disminuye en tamaño a 0.20 m en los extremos. Cada capa debe compactarse mecánicamente y debe ser regada previamente a la compactación, cuando esto sea posible. La excavación puede proporcionar el terraplén necesario que debe tomarse desde el interior del área bordeada; donde sea posible, ayudar al nivelado del área dentro del bordo para promover una distribución uniforme del agua. El material para terraplén no debe ser excavado del área adyacente a los bordos en su lado aguas abajo, debido a que esto promueve problemas de cárcavas y ruptura de bordos.
Paso Seis Las represas de los bordos son de solamente 20 cm de alto y el escurrimiento superficial excesivo desagua alrededor de ellos. Para evitar erosión de las represas estas deben ser formadas con una pequeña extensión o "cavidad", para guiar el agua fuera. Esta "cavidad" debe ser protegida con piedras para resistir a la erosión. Las dimensiones sugeridas se muestran en la Figura 43.
Paso Siete Donde el área de captación es larga en relación al área bordeada, es aconsejable construir una zanja de derivación para evitar afluencia excesiva al bordo. Esta zanja tiene generalmente una profundidad de 50 cm y de 1.0 a 1.5 metros de ancho y es generalmente ajustada a 0.25% de pendiente. El suelo excavado de la zanja se utiliza para construir un terraplén en el lado aguas abajo, que también ayuda a desviar el escurrimiento superficial de los bordos. Al iniciar la estación los orificios pueden ser hechos en este terraplén a intervalos aproximados de 10 metros y el material utilizado para conectar temporalmente la zanja, así se permite que el escurrimiento superficial entre al bordo trapezoidal. Como se muestra en la Figura 44, es necesario continuar la excavación de la zanja a alguna distancia aguas abajo, para permitir que su nivel alcance el nivel de la tierra. Sobre ésta longitud, el ancho de la base de la zanja debe aumentarse gradualmente hasta 3 metros.
Figura 44. Bordos trapezoidales: Zanja de derivación
Figura 45. Zanjas de intercepción
Paso Ocho En situaciones donde el área de captación no es del tamaño adecuado, las zanjas de intercepción pueden servir para guiar el escurrimiento superficial de desagües adyacentes a los bordos. Estas son opuestas al efecto de las zanjas de derivación, pero tienen tamaños y criterios de diseño similares. Un ejemplo se muestra en la Figura 45.
5.6.4
Mantenimiento
Si hay grietas en el bordo, estas tienen que ser reparadas inmediatamente y deberá compactarse el terreno totalmente. Las grietas son frecuentemente provocadas por una débil construcción, o debido a que el área de captación está produciendo cantidades perjudiciales de escurrimiento superficial o ambas. Es aconsejable construir una zanja de derivación para proteger al bordo reparado. Los túneles hechos por roedores pueden ser otra causa de rompimiento. Estos deben ser llenados en cuanto aparezcan. El permitir el crecimiento de la vegetación natural en los bordos conduce a mejorar su consolidación por las raíces de la planta. Frecuentemente se hace necesaria la reparación de las represas laterales cuando el sobreflujo ha ocurrido. Estas deben ser reconstruidas y acondicionarse con piedra extra si se requiere.
5.6.5
Aspectos Agronómicos
Los bordos trapezoidales son utilizados normalmente para la producción de cultivos anuales en áreas secas. Los cultivos más comunes son cereales y de estos el sorgo y el mijo perla son los más usuales. El sorgo es particularmente apropiado para tales sistemas porque es tolerante tanto a la sequía como a las inundaciones temporales. En los bordos trapezoidales, el agua tiende a distribuirse irregularmente debido a la pendiente y el almacenamiento ocurre frecuentemente cerca del bordo base. Así mismo, la parte superior puede ser relativamente seca. El sorgo puede tolerar ambas situaciones. La plantación se hace de modo normal después del cultivo ordinario del suelo dentro del bordo. Es usual arar en forma paralela al bordo base, de modo que se formen surcos pequeños para acumular el agua. La plantación en áreas más secas se retrasa a veces hasta que un escurrimiento superficial haya saturado el suelo dentro del bordo y la germinación y establecimiento estén garantizados. Es también posible hacer uso de lluvias fuera de la estación, plantando leguminosas de maduración rápida, como el chícharo o frijol "tepary" ( Phaseolus acutifolius). Otra técnica útil es plantar cucurbitaceas como calabazas o sandías en el fondo del bordo si el agua se encharca considerablemente.
5.6.6
Factores Socioeconómicos
Es difícil generalizar acerca de los factores socioeconómicos que conciernen a bordos trapezoidales, ya que diferentes variaciones se encuentran bajo diversas circunstancias. Como se ha mencionado previamente, existen ejemplos de estructuras similares que se utilizan tradicionalmente en Sudán donde son frecuentemente hechas a mano, sin ayuda de alguna agencia y evidentemente muy funcionales. Por otra parte, los bordos trapezoidales o similares han sido construidos en otros lugares bajo diversos proyectos proporcionando alimento para estimular el trabajo o proporcionando maquinaria pesada. Cuando ésto ha sido realizado sin ninguna obligación, los bordos han sido abandonados rápidamente. La cantidad de movimiento de tierra necesario para bordos trapezoidales significa que su construcción requiere generalmente de trabajo o maquinaria organizada y está fuera del alcance del productor individual. Sin embargo, donde la motivación adecuada existe, se logra un considerable alcance de la técnica la cual tiene una base tradicional y no requiere nuevas habilidades.
PERFIL: Bordos trapezoidales en el Distrito de Turkana, Kenya El bordo trapezoidal se diseñó para el Distrito de Turkana cuando una operación de auxilio sobre la distribución de alimentos se realizó en 1984. Una política de trabajo por alimento había seguido la distribución gratuita de alimentos en el comienzo de la crisis. Los primeros intentos de la captación de agua de lluvia, basados en bordos al contorno, no estuvieron bien diseñados o supervisados. El resultado fue el bordeo extensivo que no es útil y no es utilizado. El diseño para bordos trapezoidales fue basado en principios científicos y en la mejor información disponible sobre lluvia y escurrimiento superficial. Había una deliberada diseño",hacer de trabajo con recompensa alimento, que éste no era política limitado"sobre y se deseaba las estructuras sin costodehasta dondeyafuera posible. Para 1987, cerca de 150 bordos trapezoidales habían sido construidos para la producción de cultivos de maduración rápida, incluyendo sorgo y chícharo. El Proyecto de Captación de Agua en Turkana, una ONG en el noreste del Distrito, ha modificado el diseño básico para condiciones locales. Aunque el nivel de línea se utiliza para establecer los bordos, los tamaños del área de captación son estimados a ojo y con la experiencia de técnicos localmente entrenados.
5.7
BORDOS DE PIEDRA AL CONTORNO
5.7.1
Antecedentes
Los bordos de piedra al contorno son utilizados para reducir el escurrimiento superficial, favorecer la infiltración y capturar sedimentos. La captación de agua y sedimento, conlleva directamente a un mejor desarrollo del cultivo. Esta técnica es apropiada para la aplicación en pequeña escala en campos agrícolas, ya que con un abasto adecuado de piedras, puede ser instrumentado rápidamente y a bajo precio. La construcción de bordos o simplemente líneas de piedra es una práctica tradicional en lugares del Oeste del Sahel, Africa, notablemente en Burkina Faso. El mejoramiento de la construcción y alineación a lo largo del contorno hace la técnica considerablemente más efectiva. La gran ventaja de éstos sistemas, basados en piedra es que no hay necesidad de vertederos, donde se encuentran flujos potencialmente perjudiciales. El efecto filtrante de la barrera semipermeable a lo largo de ella, mejora la distribución del escurrimiento superficial en comparación a lo que los bordos de tierra son capaces de hacer. Aún más, los bordos de piedra requieren mucho menos mantenimiento. La técnica de bordos de piedra para la captación de agua de lluvia (en contraposición a bordos de piedra para terraceo de ladera, una técnica mucho más extendida), se ha desarrollado mejor en Yatenga en la provincia de Burkina Faso. Donde ha demostrado ser una técnica efectiva, que es popular y rápidamente asimilada por los aldeanos.
Fotografía 12. Bordos de piedra al contorno 5.7.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
Los bordos de piedra para la producción de cultivos pueden ser utilizados bajo las condiciones siguientes: Lluvia: 200 mm - 750 mm; para zonas áridas y semiáridas. Suelos: Suelos agrícolas. Pendiente: Preferible por debajo de 2%. Topografía: No necesita ser completamente uniforme. Disponibilidad de piedras: El abasto de piedras local deber ser adecuado.
ii.
Configuración Global
Los bordos de piedra siguen el contorno, o el contorno aproximado, a través de terrenos agrícolas y pastizales. El espaciamiento entre bordos varía normalmente entre 15 y 30 m dependiendo ampliamente en la cantidad de piedra y trabajo disponible. No hay necesidad de zanjas de derivación o instalación de vertederos.
Figura 46. Bordos de piedra al contorno: Trazo en campo. (Fuente: Critchley y Reij, 1989)
Cuadro 24.
Cantidades y requerimientos de trabajo para bordos de piedra al contorno. Tamaño del Bordo
Espaciamiento entre bordos = 15m
Espaciamiento entre Bordos=20m
Volumen de Piedra m3/ha
Personas día/ha
Volumen de Piedra m3/ha
Personas días/ha
Disponibilidad de Piedra en el Campo
Pequeño (seccióntransversal 0.05 m2) Medio (seccióntransversal 0.08 m2)
35
70
25
50
55
110
40
80
Piedra
Pequeño (sección-
35
105
25
75
Transportada Localmente
transversal 0.05 m ) Medio (Seccióntransversal 0.08 m2)
55
165
40
120
2
Nota: Los requerimientos de trabajo se relacionan con la disponibilidad de piedra. Las cifras de productividad citadas anteriormente, están basadas en experiencias donde las piedras de tamaños apropiadas estuvieron disponibles en campo (productividad 0.5 m3/persona-día) o en la localidad inmediata (productividad 0.33 m3/persona-día). Estas tasas de productividad pueden disminuir significativamente si la piedra tiene que ser transportada desde mayores distancias y/o si es demasiado grande en tamaño y tiene que ser quebrada.
iii.
Relación Area de Captación: Area Cultivada
Los bordos de piedra al contorno, representan una técnica para largas pendientes y considera una área de captación externa. El área de captación teórica; la relación área de captación: área cualtivada (C:CA) puede ser calculada utilizando la fórmula dada en el capítulo 4. Inicialmente es aconsejable ser conservador en la estimación de áreas que pueden ser cultivadas bajo cualquier área de captación. El área puede extenderse ya sea aguas abajo o aguas arriba en estaciones subsecuentes si así se desea.
iv.
Diseño de bordos
Aunque simples líneas de piedra pueden ser parcialmente efectivas, una altura mínima inicial del bordo de 25 cm es recomendado, con una base ancha de 35 a 40 cm. El bordo deberá construirse poco profundo, de 5 a 10 cm de profundidad, para evitar la socavación por escurrimiento superficial. Como se explicó en los detalles de construcción, es importante incorporar una mezcla de piedras grandes y pequeñas. Un error común es utilizar solamente piedras grandes, lo que permite que el escurrimiento superficial fluya libremente a través de los espacios entre ellas. El bordo debería estar construido de acuerdo con el principio "filtro de reversa" con las piedras más pequeñas situadas aguas arriba de las mayores y así facilitar una rápida sedimentación. El espaciamiento del bordo que se recomienda es de 20 metros para una pendiente menor de 1% y de 15 metros para pendientes de 1 a 2%.
Figura 47. Bordos de piedra al Contorno: Dimensiones
v.
Cantidades y Trabajo
El cuadro 24 da a detalle las cantidades de piedra involucradas en bordeo y en el trabajo requerido.
vi.
Variación de Diseño
Donde no hay material suficiente para las líneas de piedra, estas pueden ser utilizadas para formar la estructura del sistema. Los pastos, u otro material vegetativo, se plantan inmediatamente detrás de las líneas y formas, poco después de un período de tiempo, se establece por si misma una "barrera viva", la cual tiene un efecto similar al de un bordo de piedra. Alternativamente, los bordos al contorno de tierra pueden ser construidos, en forma de vertederos (Figura 48).
Figura 48. Variación en el diseño: Bordos de tierra al contorno con vertedores de piedra
Fotografía 13. Bordo de Piedra en Construcción 5.7.3 Diseño y Construcción Paso Uno La pendiente promedio del terreno se determina con un nivel de agua o un nivel de línea (ver Apéndice) para decidir sobre el espaciamiento de los bordos. Posteriormente, cada línea de contorno se distribuye y delimita en forma individual. Un espaciamiento horizontal de aproximadamente 20 metros se recomienda para pendientes mayores de 1%, y de 15 metros para pendientes de 1 a 2%. Debido a variaciones en las pendientes, las líneas pueden estar más cerca y/o más juntas, en algunos puntos. Los espaciamientos horizontales recomendados son las distancias promedio de separación. Si el trabajo fuera un factor limitante, los productores pueden comenzar con un bordo único en la parte inferior de sus campos e ir progresivamente aguas arriba en las estaciones siguientes.
Paso Dos Después de que el contorno exacto fue diseñado, la línea debería ser suavizada con estacados individuales aguas arriba o aguas abajo. Como un lineamiento general, para pendientes de hasta 1.0%, las estacas pueden ser movidas metrossuave aguas arriba es pendiente o aguas abajo,separa una curva más la suave. No de solamente una2 curva apacible más fácilarriba de seguir mientras está crear arando, sino también cantidad piedra utilizada para construcción puede reducirse.
Paso Tres
Una trinchera poco profunda se forma a lo largo del contorno suavizado. La trinchera se hace con herramientas de mano o barbechando con bueyes y después el excavado a mano. La trinchera necesita solamente de 5 a 10 cm de profundidad e igual para la base ancha del bordo (35 a 40 cm). El suelo excavado se coloca aguas arriba.
Paso Cuatro La construcción comienza con piedras grandes colocadas abajo de la base y al lado aguas abajo de la trinchera, después las piedras más pequeñas se colocan delante y en la parte superior de esta "ancla" alineada. Las piedras pequeñas deberán ser utilizadas para conectar espacios porosos mayores. Donde sea posible, una línea de piedras pequeñas o de grava debería correr en dirección aguas arriba del bordo para crear un filtro fino. La clave para un exitoso bordo de piedra, consiste en eliminar espacios porosos considerables entre las piedras. En algunas áreas deberán quebrarse las piedras grandes para producir los tamaños correctos de material.
Figura 49. Construcción de bordos de piedra
5.7.4
Mantenimiento
Durante fuertes escurrimientos superficiales, los bordos de piedra pueden romperse y algunas piedras ser movidas de su lugar. Estas deberán ser reemplazadas. Un requisito más común se refiere al sellado de galerías con piedras pequeñas o grava, donde el escurrimiento superficial forma túneles. Con el tiempo, los bordos se sedimentan y su eficiencia en la captación de agua de lluvia se pierde. Normalmente se requieren de tres o más estaciones para que ocurra y ésto sucede más rápidamente donde los bordos están más espaciados o con pendientes más fuertes. Los bordos deberán formarse, bajo estas circunstancias, con piedras menos empaquetadas para reducir la sedimentación y reduciendo el efecto del escurrimiento superficial. Otra alternativa consiste en plantar los pastos a lo largo del bordo. Andropogon guyanus es el mejor pasto, para este propósito, en el Oeste de Africa. Puede ser sembrado y el pasto maduro será utilizado en forma mateada. El pasto complementa la estabilidad del bordo de piedra y además aumenta su altura.
5.7.5
Aspectos Agronómicos
Los bordos de piedra en el Oeste de Africa son a menudo utilizados para la rehabilitación de la tierra estéril y degradada. En este contexto se recomienda que el bordo se refuerce con una técnica complementaria que se refiere a hoyos de plantación ó "zai" los que están generalmente a una separación de 0.9 m y de 0.15 m de profundidad y 0.30 m en diámetro. El estiércol se coloca en los hoyos para mejorar el crecimiento de la planta. Los hoyos concentran el escurrimiento superficial resultando especialmente útil en la fase de germinación y establecimiento de las plantas.
Fotografía 14. Sistema "Zai"
Como en el caso de todos los sistemas de cultivo bajo captación de agua de lluvia, un estándar mejorado de agronomía general es importante para hacer un uso eficiente del agua extra captada para los cultivos. La aplicación de estiércol (como se describe anteriormente) es muy importante en el incremento de la fertilidad del suelo. También es esencial la eliminación de malezas en áreas donde los bordos de piedra son comúnmente utilizados, el combate tardío representa frecuentemente una restricción para la producción. 5.7.6 Factores Socioeconómicos Los bordos de piedra para la producción de cultivos son aceptados rápidamente y adoptados por los productores. Las técnicas involucradas que incluyen investigación simple, pueden ser aprendidas fácilmente. La cantidad de trabajo requerido es razonable, sobre todo donde los grupos están organizados para trabajar en turnos ya que las granjas y parcelas pueden ser transformadas rápidamente. Los beneficios de los bordos de piedra se generan frecuentemente en la primer estación, esto ayuda a que el sistema se popularice. No obstante, algunos problemas se tienen que enfrentar. Los productores relativamente ricos pueden trabajar más rápidamente sus campos y los productores más pobres se pueden retrasar. Las disponibilidades diferentes de piedra pueden inducir desigualdades entre áreas vecinas, no todos se pueden beneficiar de la misma forma. Esto conlleva al dilema, hasta que punto se justifica el costo del transporte de piedra?.
PERFIL: El Proyecto de Agroforestería, Yatenga, Burkina Faso. El Proyecto de Agroforestería situado en la Provincia de Yatenga en el norte de Burkina Faso, ha estado promoviendo el bordeo de piedra al contorno desde 1980. La escasa lluvia en las zonas del Sahel en las dos últimas décadas ha provocado abandono de gran parte de la tierra en esta área, así como el encostramiento y la formación de capas duras. Lo anterior se ha combinado con la presión de la creciente población, la gente tuvo que enfrentarse con una dura decisión: mejorar la tierra o emigrar. Bajo el Proyecto de Agroforestería, la técnica para tradicional de bordeo fue mejorado y los productores se capacitaron construir bordosdealpiedra contorno utilizando el nivel de agua, es decir en forma más científica. Los resultados han sido visibles e impresionantes, los productores que han mejorado su tierra de esta forma han obtenido rendimientos de cereal hasta dos veces más que los de sus vecinos. La superficie de tierra tratada ha aumentado desde 150 ha en 1982, hasta aproximadamente 5000 ha en 1987.
5.8
PRESAS PERMEABLES DE PIEDRA
5.8.1
Antecedentes
Las presas permeables de piedra son una técnica de cultivo de inundación donde las aguas de escurrimientos superficiales son esparcidas en los fondos de valles para mejorar la producción de cultivos. Al mismo tiempo se controla el desarrollo de las cárcavas. Las estructuras son típicamente largas, con paredes de baja altura a través de los valles. Las presas permeables de roca pueden ser consideradas como una forma de "terraza wadi", aunque esta última se utiliza normalmente para estructuras dentro de corrientes de agua en zonas más áridas.
Fotografía 15. Bordo esparcidor
Fotografía 16. Vertedero El interés de las presas permeables de piedra esta en el centro del Oeste de Africa, Burkina Faso en particular y ha crecido sustancialmente en la última parte de la década de 1980. Esta técnica denominada "dique filtrante" en Francés, es particularmente popular donde los aldeanos han experimentado problemas de cárcavas en los fondos de los valles previamente productivos, teniendo como resultado que la inundación ya no se presenta en forma natural. La gran cantidad de trabajo involucrado significa que la técnica es de trabajo intensivo y necesita un enfoque de grupo, así como ayuda adicional externa, con transporte de piedra. 5.8.2 Detalles técnicos
i.
Adaptabilidad
Las presas permeables de piedra para producción de cultivos pueden ser utilizadas bajo las condiciones siguientes: Lluvia: 200 - 750 mm; de áreas áridas a semiáridas. Suelos: Todos los suelos agrícolas; los más pobres se mejorarán con el tratamiento. Pendiente: Lo ideal es por debajo de 2% para lograr una mejor distribución del agua de lluvia. Topografía: Amplia con pisos de valle poco profundos. La limitación principal de las presas permeables de piedra es que son para sitios específicos y requieren de considerables cantidades de piedra así como la provisión de transporte.
ii.
Configuración Global
Una presa permeable de piedra es una estructura baja, larga, hecha de piedra suelta (ocasionalmente se pueden utilizar los gabiones) a través de un piso de valle. La parte central de la presa es perpendicular al cauce, mientras que las extensiones del muro van perpendiculares al lado bajo, hacia los valles, siguiendo aproximadamente el contorno. La idea es que el escurrimiento superficial que se concentra en el centro del valle, creando una cárcava, sea esparcido a través de todo el piso del valle, así se crean condiciones más favorables para el crecimiento de las plantas. El exceso de agua se filtra a través de la presa y a través del vertedor durante los eventos pico. La presa se sedimenta gradualmente con depósitos fértiles. Generalmente una serie de presas se construyen a lo largo del piso de valle, dando una estabilidad al sistema valle como un todo.
III.
Relación Area de Captación: Area Cultivada (C:CA)
El cálculo de la relación C:CA no es tan necesario como el área de captación y la extensión de la tierra cultivada. Sin embargo, las características del área de captación influirá sobre el tamaño de la estructura para determinar si el vertedor será necesario.
Figura 50. Presas permeables de piedra: Trazo en campo. (Fuente: Critchley y Reij 1989)
Figura 51. Dimensiones de la presa
Cuadro 25. Cantidades para presas permeables de piedra
*
iv.
Pendiente del Terreno (%)
Espaciamiento entre Presas* (m)
Volumen de Piedra por ha Cultivada (m3)
0.5
140
70
1.0 1.5 2.0
70 47 35
140 208 280
Intervalo vertical entre presas adyacentes = 0.7 m
Diseño de la Presa
Las especificaciones de diseño se dan posteriormente y se han derivado a partir de un grupo de presas permeables de piedra, diseñadas para el oeste de Africa. Cada proyecto varía en detalle, pero la mayoría se hace conforme al patrón básico aquí descrito. La parte principal de la pared de la presa es generalmente de 70 cm de alto aunque algunas pueden ser de 50 cm. Sin embargo, la porción central de la presa, incluyendo el vertedero (si se requiere) puede alcanzar una altura máxima de 2 m sobre el cárcava. La pared de la presa ó derramadero se puede extender hasta 1000 metros a través del lecho del valle, pero las longitudes normalmente son de un rango de 50 a 300 metros. La cantidad de piedra utilizada en las estructuras más grandes pueden llegar hasta 2000 toneladas. La pared de la presa se hace con piedra suelta, cuidadosamente acomodada, con los cantos rodados de mayor tamaño se forma la "estructura" y las piedras más pequeñas se empaquetan en medio como si fuera un "emparedado". Los taludes tienen generalmente una relación de 3:1 ó 2:1 (horizontal:vertical) en el cauce aguas abajo, y de 1:1 ó 1:2 en el cauce aguas arriba. Con pendientes más suaves en los taludes, la estructura es más estable, pero más cara.
Para todos los tipos de suelos se recomienda establecer la pared de la presa en una excavación de la trinchera a una profundidad de 10 cm para evitar la socavación por escurrimientos superficiales. En suelos erosionados, es aconsejable colocar una capa de grava, o colocar las piedras más pequeñas, en las trincheras. v. Cantidad de Material y Trabajo La cantidad de piedra, y el trabajo requerido para colección, transportación y construcción depende de varios factores y varían ampliamente. El cuadro 25 da la cantidad de piedra requerida por hectárea cultivada para una serie de presas permeables de roca típicas, bajo diferentes pendientes del terreno. Las cifras fueron calculadas para una presa de piedra con una sección transversal promedio de 0.98 m 2 (70 cm alto, base ancha de 280 cm) y una longitud de 100 metros. El intervalo vertical entre presas se asume tenga 0.7 m, lo que define el espaciamiento necesario entre presas adyacentes (ver Figura 54). El transporte de piedras por remolques del sitio de colección a los campos en el valle es el método normal. Un considerable trabajo puede ser requerido para reunir y romper a veces, la piedra. Requerimientos de trabajo, basados en estimaciones de campo, están en el rango de 0.5 metros cúbicos de piedra por persona/día, excluyendo el transporte.
vi.
Variaciones de Diseño
Las presas permeables de piedra se construyen en valles extensos y relativamente planos, en contraste al diseño usual donde el bordo esparcidor arquea desde el centro para seguir el contorno. Con las presas en linea recta, la altura de la pared disminuye del centro hacia los lados del valle para mantener una cresta a nivel. Las presas permeables de piedra son similares en muchos aspectos a las "terrazas wadi" tradicionalmente utilizadas en el Norte de Africa y en el Medio Oriente. Sin embargo, los sistemas wadi, se utilizan en regiones más áridas, a lo largo de corrientes de agua claramente definidas (Gilbertson, 1986; Reij, 1988). Los muros transversales "wadi" de piedra retienen escurrimiento superficial a profundidades de hasta 50 cm, con el exceso derramándose sobre las terrazas aguas abajo. Los cultivos y árboles frutales utilizan la humedad residual. El sistema "Liman", reportado de Israel, es utilizado en llanos de inundación o en amplias terrazas "wadi". Los bordos, frecuentemente de tierra, almacenan agua a profundidades de 40 cm y los excesos se conducen a través de un vertedor previamente excavado. "Limanim" (plural de Liman) puede construirse en serie a lo largo de las terrazas "wadi". Esta técnica se encuentra donde la lluvia es de 100 mm por año y es utilizada para cultivos, árboles o para producción forestal.
Figura 52. Presas permeables de piedra: Trazo en campo. (Fuente: Critchley y Reij, 1989)
5.8.3
Diseño y Construcción
Paso Uno La selección del sitio depende tanto de los beneficiarios como de los técnicos. Teóricamente es mejor comenzar en la parte superior del valle, aunque ésta puede no ser siempre la prioridad del pueblo. Después de la identificación del sitio, es necesario determinar si la estructura necesita un vertedor de demasías. Como una regla general no es necesario el vertedor si la cárcava es menor que un metro de profundidad. Para mayores profundidades, se recomienda el vertedor. Las cárcavas mayores de dos metros de profundidad presentan problemas especiales y deberán ser consideradas con cautela. Es importante no construir una presa permeable de roca inmediatamente antes de la cabeza de la cárcava, ya que existe el riesgo que la presa se derrumbe en la cárcava si continuara la erosión causada aguas arriba.
Paso Dos Donde se requiere de un vertedor, este debería ser construido primero. Los gabiones son lo mejor para vertedores, ya que las piedras pequeñas sueltas son fácilmente desestabilizadas por fuertes inundaciones. Deberá considerarse lo siguiente:. A.
Será requerida una estructura de piedras pequeñas, situada en la trinchera.
B.
Será necesaria una barrera de rocas grandes para romper la fuerza erosiva del sobreflujo.
C.
Los bancos aguas abajo deberán estar protegidos con rellenos de piedra para evitar el crecimiento de la cárcava.
Figura 53. Vertedor de Gabiones
Paso Tres La alineación de las principales paredes de la presa puede hacerse comenzado en el centro del valle (donde puede o no puede haber un vertedor). Esta alineación debe seguir el contorno, o lo más cerca al contorno como sea posible. Así, quedan los brazos de extensión en forma de arco al contorno de un valle en un mapa. Los brazos terminan cuando siguen de forma paralela a la corriente de agua. El contorno puede estar diseñado utilizando simplemente un tubo de agua o nivel de línea (ver Apéndice). Paso Cuatro Una sección transversal típica (toma de diseño del Proyecto PATECORE en Burkina Faso, ver en la figura 54) se recomienda para uso general. Este tiene una base ancha de 280 cm, altura de 70 cm y taludes de 1:1 aguas arriba y 3:1 aguas abajo. Secciones transversales más grandes pueden ser requeridas dependiendo de las características del área de captación. La primera acción después de alinear la extensión de los brazos de la presa es para excavar un surco de al menos 10 cm de profundidad y 280 cm de ancho (de acuerdo con la cobertura de la base del bordo). La tierra debe ser depositada pendiente arriba y el surco llenado con grava o piedras pequeñas.
Paso Cinco
La habilidad de construcción está en el uso de piedras grandes (preferiblemente de 30 cm ó más de diámetro) para la cubierta de la pared. Esta debería formarse siguiendo gradualmente el talud requerido, y el centro empaquetado con piedras más pequeñas. Toda la longitud del bordo debe ser construido simultáneamente, en capas. Este enfoque en capas reduce el riesgo de daño por inundaciones durante la construcción. La tierra no debe ser mezclada con la piedra porque ésta puede ser lavada y así destabilizar la estructura. Es particularmente importante empaquetar bien las piedras pequeñas en los niveles inferiores para aumentar la tasa de sedimentación. La estructura es terminada con una capa de piedras grandes. Debe ser posible caminar sobre la estructura sin que caiga ninguna piedra. La pared de la presa debe ser nivelada a través de su longitud y puede ser revisada con el uso de un tubo de agua o nivel de línea.
Paso Seis Si una serie de presas de roca permeables se va a construir, un intervalo vertical apropiado (VI) debe ser seleccionado. Técnicamente es correcto lo siguiente: A.
Comenzar en la parte superior del valle y trabajar hacia abajo;
B.
Usar un intervalo vertical igual a la altura de la estructura, de modo que la parte superior de una estructura esté al mismo nivel de la base lado arriba, (ver Figura 54).
Por lo tanto para presas con altura de 70 cm, el intervalo vertical debería tener teóricamente 70 cm. Sin embargo, en la práctica esto puede no ser practicable debido a la cantidad de piedra y trabajo involucrados. Como un compromiso, un "V.I." de 100 cm podría ser más realista. Hasta el espaciamiento más amplio puede ser adoptado, y las estructuras "faltantes" después "llenadas". El intervalo vertical puede ser determinado muy fácilmente por el uso de un nivel de línea. El espaciamiento horizontal entre presas adyacentes puede estar determinado del "VI" seleccionado y la pendiente dominante de acuerdo con la fórmula: HI = (VI x 100)/% pendiente Donde: HI = Intervalo horizontal (m) VI = Intervalo vertical (m) % pendiente= gradiente de tierra expresado como un porcentaje. Por ejemplo, para un VI de 0.7 m y 1% de pendiente de la tierra, HI (0.7 x 100)/1 = 70 metros Para un VI de 0.7 m y un 2% de pendiente de la tierra, HI (0.7. x 100)/2 = 35 metros
Figura 54. Espaciamiento de presas de piedra (Fuente: Berton, 1989).
5.8.4
Mantenimiento
El diseño anterior, bajas pendientes laterales y base ancha no deberían requerir mucho mantenimiento siempre y cuando el método de construcción descrito se haya seguido cuidadosamente. Tolerará algún sobreflujo en inundaciones pesadas. No obstante, puede ser que algunas piedras se muevan y será necesario reemplazarlas o túneles de agua debajo del bordo que necesitará taponar con piedras pequeñas. Ninguna estructura de cualquier sistema de captación de agua de lluvia es totalmente libre de mantenimiento y todo daño, deberá ser reparado cuanto antes para evitar rápido deterioro.
5.8.5
Aspectos Agronómicos
Las presas permeables de piedra mejoran las condiciones para el crecimiento de la planta esparciendo agua, donde la disponibilidad de humedad es un factor limitante. Además, el sedimento que se deposita detrás del bordo es rico en nutrimentos y esto mejorará además el crecimiento de los cultivos. Esta técnica es utilizada exclusivamente para cultivos anuales. En suelos más arenosos, que no retienen la humedad por mucho tiempo, los cultivos más comunes son mijo y cacahuate. Cuando los suelos son más pesados, el cultivo cambia a sorgo y maíz. Donde los suelos son pesados e impermeables, la inundación puede afectar a la mayoría de los cultivos y por lo tanto el arroz es preferido en estas zonas. Dentro de una serie de presas permeables de piedra, varias especies de cultivos pueden cultivarse, considerando las variaciones en las condiciones de suelo y de drenaje.
5.8.6
Factores Socioeconómicos
La instrumentación de presas permeables de piedra significa impactos socioeconómicos importantes. Muchos de estos son más bien específicos para esta técnica. Esto es porque las presas permeables de piedra se caracterizan por lo siguiente: A. B. C. D.
Necesitan grandes cantidades de piedra; Se necesita ayuda frecuente para transporte de piedra; Son limitados los números de beneficiarios directos; El establecimiento es a menudo determinado por la gente más que por los técnicos.
Como las estructuras no pueden ser hechas por los granjeros en forma individual, es necesaria la cooperación para la construcción. Es ideal si un comité de aldea puede formarse para coordinar los esfuerzos y discutir la situación de sitios prioritarios y beneficiarios. Es difícil esperar la instrumentación de tal programa sin ayuda externa para el transporte de piedras, que deberían ser proveídos gratis a los beneficiarios. La sustentabilidad en periodos largos y la repetición de la forma de desarrollo, sería mejor si los beneficiarios pudieran establecer fondos revolventes para el alquiler ó compra de transporte.
PERFIL: Presas permeables de piedra en la Mesa Central de Burkina Faso. Tradicionalmente, los valles con pendientes suaves de la Mesa Central en Burkina Faso han sido los más productivos, debido a la inundación natural durante las lluvias. Sin embargo, gran parte de la tierra en los alrededores se ha degradado y el escurrimiento superficial ha provocado cárcavas en los fondos de valles. El agua no se esparce muy ampliamente y la tierra se está degradando y erosionando. A mediados de 1980, varios proyectos se comenzaron a probar con presas permeables de piedra en estos valles, con resultados impresionantes. Los aldeanos han sido entusiastas y hay una gran demanda de ayuda. Un proyecto recientemente establecido, PATECORE en Kongoussi se especializa en presas permeables de piedra o "esparcidores de corriente de agua filtrada" como el proyecto los llama. Las presas son construidas de acuerdo con las especificaciones dadas en la sección de trazo y construcción de este capítulo y se pone mucho énfasis en la cuidadosa construcción. Todo el trabajo es suministrado por la comunidad local, la cual esta completamente involucrada en la selección del sitio y en la planeación del uso del suelo en la aldea. Los aldeanos son entrenados para establecer y supervisar la construcción. El proyecto suministra gratis el transporte de piedra.
5.9
BORDOS DERIVADORES DE ESCORRENTIA
5.9.1
Antecedentes
Los bordos esparcidores de agua son frecuentemente aplicados en situaciones donde los bordos trapezoidales no son apropiados, generalmente donde las descargas de escurrimiento superficial son altos y dañarían a los bordos trapezoidales ó donde los cultivos que serían cultivados son susceptibles a la falta de drenaje temporal, que es una característica de los bordos trapezoidales. La característica mayor de bordos esparcidores de agua como su nombre implica, esparcir agua y no para encerrarla. Generalmente, son utilizados para esparcir el agua una vez que ya se ha desviado la corriente de agua sobre el terreno plano. Los bordos hechos generalmente de tierra, reducen la velocidad del flujo y esparcen sobre la tierra que va a cultivarse.
Figura 55 Sistema de derivación de torrentes con bordos dispersores, en Pakistán (Fuente: Nas, 1980)
5.9.2
Detalles Técnicos
i.
Adaptabilidad
Los bordos derivadores de agua pueden ser utilizados bajo las siguientes condiciones: Lluvia: 100 mm - 350 mm; normalmente sólo en zonas áridas/hiperáridas. Suelos: abanicos aluviales ó terrenos planos con suelos fértiles profundos. Pendiente: más apropiado para pendientes de 1% o menores. Topografía: uniforme. La técnica de cultivo de inundación utilizada con los bordos esparcidores de agua es muy específica. La tierra tiene que ubicarse cerca de un "wadi" u otra corriente de agua, generalmente en un terreno plano con suelos aluviales y baja pendiente. Esta técnica es más apropiada para zonas áridas donde la inundación es la única opción realista para la producción de cultivos ó de forraje.
ii.
Configuración Global
Se presentan dos ejemplos de diseño. El primero es para pendientes menores de 0.5%, donde las estructuras son abiertas al final del bordo conformado transversalmente a la pendiente el cual esparce lentamente el flujo. El segundo, para pendientes mayores de 0.5%, consiste en una serie de bordos escalonados, cada uno con una ala corta simple aguas arriba, que esparce el flujo gradualmente aguas abajo. En cada caso, los cultivos o forrajes son plantados entre los bordos. iii. Relación Area de Captación: Area Cultivada El cálculo preciso de una relación área de captación: área cultivada, no es practicable o necesario en el diseño de la mayoría de los bordos esparcidores de agua. Las razones son que la inundación es esparcida y no almacenada y continúa a través del sistema, y por lo tanto frecuentemente sólo parte del "wadi" o flujo se desvia aldeárea Así, la cantidad de agua realmente utilizada no puede predecirse fácilmente del tamaño área productiva. de captación.
iv.
Diseño del Bordo
A.
Pendientes Menores de 0.5% Donde el declive es menor que 0.5%, los bordos directos son utilizados para esparcir el agua. Ambos extremos se dejan abiertos para permitir que la inundación pase alrededor de los bordos, que son establecidos a 50 metros de distancia. Los bordos deberían superponerse de modo que el sobreflujo alrededor de uno sea interceptado por otro debajo de éste. La sección transversal uniforme de los bordos recomendada es de 60 cm de alto, 4.1 metros de base ancha, y unos 50 cm de ancho en la parte alta. Este lado establece un declive de 3:1. Se recomienda una longitud de bordos máxima de 100 metros.
B.
Pendientes de 0.5% a 1.0% En este rango de declive, los bordos nivelados gradualmente pueden utilizarse (Figura 59). Los bordos de sección transversal constante, son nivelados gradualmente a lo largo de una pendiente de la tierra de 0.25%. Cada bordo sucesivo pendiente abajo de la serie es nivelado gradualmente en los diferentes extremos. Un bordo pequeño en forma de ala se construye a 135 al fin superior de cada bordo para permitir la intercepción del flujo alrededor del bordo anterior. Este tiene el efecto de un control adicional del flujo. El espaciamiento entre bordos depende del declive de la tierra. Los ejemplos para diferente declive se dan en las figuras 58 y 59. La sección transversal del bordo es la misma que se °
recomendó para bordos al contorno con bajo declive. La longitud máxima de la base del bordo recomendada es de 100 metros.
Figura 56. Dimensión de bordos
v.
Cantidades y Trabajo
El cuadro 26 da detalles de las cantidades y trabajo involucrado en la construcción de bordos para esparcir agua bajo diferentes declives. Se supone una sección transversal de bordo de 1.38 metros cuadrados. El requerimiento de trabajo es alto debido al suelo requerido por estructuras de tamaño grande.
Cuadro 26.
Cantidades de terraplén para bordos esparcidores de agua.
Clase de Pendiente/técnicas Bordos a Nivel - Pendiente <0.5% Bordos con Gradiente - 0.5% - 1.0%
vi.
Número de bordos por ha
Longitud Total del Bordo (m)
Terraplén (m3/ha)
2
200
275
3
220 330
305 455
Variaciones de Diseño
Existen muchos diseñosde diferentes esparcidores de agua, en estey manual se dadeunsuelos ejemplo. depende de la cantidad agua quepara serábordos esparcida, del declive de la tierra de los tipos y la Mucho fuerza de trabajo disponible. Antes del diseño de nuevos sistemas, deben considerarse los ya existentes.
Figura 57. Sistema piloto IMPALA sobre dispersores de agua en Turkana, Kenya (Fuente. Fallon, 1963)
Figura 58. Establecimiento del bordo a nivel. pendiente < O.5%
5.9.3 Diseño v Construcción Paso Uno El primer paso es medir el declive de la tierra, para seleccionar el sistema de bordeo apropiado. Esto puede hacerse con un nivel Abney, o con un nivel de línea, como se describe en el apéndice.
Paso Dos Los bordos directos se utilizan para el decline de la tierra de menos de 0.5% y están espaciados a intervalos de 50 m. Los bordos deberían, sin embargo, estar escalonados como se muestra en la Figura 58, que también ilustra el procedimiento establecido. Al haber seleccionado el punto de inicio al final de pendiente arriba del sistema de bordos, el punto A se marca con una estaca. Se utiliza un nivel de línea o agua y si es necesario una cinta, el punto B se delimita a 100 m de distancia del contorno A. La línea AB es entonces, el centro de la línea del primer bordo y debe marcarse con estacas o piedras. El punto C está 50 m pendiente abajo del punto B y puede establecerse marcando un ángulo perpendicular a AB, utilizando un marco triangular con un ángulo recto (lados: 100 cm, 60 cm, 80 cm) y una cinta. El punto D se establece con nivel y cinta al mismo nivel que C, a una distancia de 25 m de C, para permitir la superposición con AB. E1 punto D se delimita. El punto E está también en el mismo nivel que el punto C, pero a 75 m de distancia en la dirección contraria para el punto D. La línea DE es el centro de la linea del segundo bordo, debe marcarse con estacas o piedras. El punto F es de 50 m pendiente abajo del punto E y se establece
de una manera similar como el punto C. El punto G entonces se establece en el mismo nivel que el punto F pero a 25 m de distancia para permitir la superposición con DE. El punto H igualmente está al mismo nivel que el punto F pero a 75 m de distancia, en dirección contraría al punto G. Este proceso puede repetirse aguas abajo, siguiendo el diseño establecido. Paso Tres Para el declive mayor de 0.5%, se alinean los bordos con una pendiente de 0.25%, se les llama "bordos de nivel graduado". Una vez seleccionado el punto de partida (A) al final de la pendiente arriba del sistema de bordos, se marca con una estaca. Utilizando una línea, o nivel de agua, y una cinta, la línea AB se traza con una pendiente de 0.25%. Como la distancia AB es de l00 m, el nivel en B tiene 25 cm debajo que en A. El punto B se marca con una estaca y la línea AB, la formación del centro de la línea del primer bordo, se marca con estacas o piedras. El punto C es el centro de la línea del segundo bordo, tiene una distancia de 25 m inmediatamente aguas abajo del punto B. Se encuentra fácilmente usando un nivel de línea o agua para establecer el gradiente máximo de campo entre B y C y midiendo B a través del punto a una distancia de 25 m. Al haber establecido C, el 0.25% de declive de la línea se establece y el punto D se localiza a lo largo de 25 m de la línea C. Obsérvese que el punto D estará en un nivel ligeramente más alto que el punto C y debería proveer una superposición con la línea AB, como se muestra en la Figura 59. La otra terminal del centro de la línea del bordo, punto E, tiene 75 m en el lado opuesto de C a lo largo de la línea de declive de 0.25%. Los puntos D y E deberían ser delimitados, cercados y marcados en el centro de la línea del segundo bordo. El ala del bordo comienza siempre al final del bordo, en este caso del punto D. El ala del bordo tiene 25 m de largo y en un ángulo de 135 para la base del bordo. Se encuentra fácilmente extendiendo la línea ED a una distancia de 17.7 m de D para dar al punto X. El punto Y tiene entonces una distancia de 17.7 m aguas arriba del punto X y un ángulo recto para la línea XDE. Puede localizarse utilizando una cinta y un patrón de ángulo recto como se describió anteriormente. °
El primer el siguiente el punto localiza de una manera El similar punto E y elW, centro de la línea de la punto curva en HFG puede ser bordo, distribuida comoF,sesedescribió anteriormente. fin dealala del bordo puede localizarse de una manera similar a Y. El proceso se continua aguas abajo.
Figura 59. Establecimiento del bordo escalonado: para pendientes > O.5%
Paso Cuatro Una vez marcado el centro de la línea de los bordos, los límites de terraplén pueden marcarse con estacas o piedras situadas a una distancia de 2.05 m en cualquier lado del centro de la línea.
Paso Cinco La construcción comienza en la parte superior del campo como en todo el sistema de captación de agua de lluvia. La tierra debe excavarse de ambos lados para formar los bordos y en zanjas poco profundas debe construirse represas en intervalos frecuentes para evitar el escurrimiento. La tierra debajo del bordo debe ser aflojada para garantizar una uniformidad en el bordo. Los bordos se construyen en dos capas de 30 cm cada uno y la compactación a pie se recomienda en la primera etapa y de nuevo cuando el bordo esta completo.
Paso Seis En los extremos de los bordos al contorno y en la punta del bordo en forma de ala del bordo de nivel graduado, se hacen excavaciones y se coloca piedra para reducir el potencial dañino del escurrimiento alrededor de los bordos.
5.9.4
Mantenimiento
Como en el caso de todos los sistemas de captación de agua de lluvia basado en bordos de la tierra, las rupturas son posibles en los inicios de las etapas de la primera estación, antes de que la consolidación halla tenido lugar. Así que se tiene que estar preparado para el trabajo de reparación después de todos los eventos de escurrimiento superficial. En estaciones posteriores el riesgo de ruptura se disminuye, cuando el bordo se ha consolidado y ha permitido el desarrollo de la vegetación que ayuda a reducir el daño de la lluvia a las estructuras. No obstante con sistemas que dependen de inundación, el daño ocurrirá inevitablemente de vez en cuando, y las reparaciones pueden ser necesarias en cualquier etapa.
5.9.5 Aspectos Agronómicos Los bordos esparcidores de agua se utilizan tradicionalmente para cultivos anuales, particularmente cereales. El sorgo y mijo son los más comunes. Una característica particular de este sistema, es cuando se usa en zonas áridas con lluvia errática donde la siembra de cultivos debe llevarse a cabo en respuesta a la inundación. La contribución directa de la lluvia al crecimiento es frecuentemente muy reducida. Las semillas deben diseminarse en la humedad residual después de una inundación, lo que da seguridad de germinación y establecimiento temprano. Además, las inundaciones ayudan a los cultivos a llegar a la madurez. Sin embargo, si los cultivos fallan por carencia de inundación posterior o si estuviera enterrado por arcilla o arena (como ocurre a veces), el productor debe estar preparado para resembrar. Se requiere tener una actitud oportunista. Debido a que el agua esparcida tiene lugar generalmente en suelos aluviales, la fertilidad del suelo es raramente una restricción para la producción de cultivos. Sin embargo el crecimiento de malezas tiende a ser más vigoroso debido a las condiciones favorables, por lo que el deshierbe temprano es particularmente importante.
5.9.6
Factores Socioeconómicos
Como la instrumentación de sistemas esparcidores de agua es un trabajo relativamente en gran escala, se debe dar especial atención a la organización de la comunidad. Un problema particular es que el sitio de la actividad puede estar distante de los hogares de los beneficiarios. En áreas donde la producción de cultivos es una novedad puede ser riesgoso proveer incentivos tales como raciones alimenticias a los beneficiarios en la construcción de un sistema de producción de cultivos. Frecuentemente esa gente considera la ración como una oportunidad de trabajo y pierde el interés en el esquema o sistema una vez que el proyecto (y los incentivos) han terminado.
Fotografía 17. Terrazas en "Wadi" (Colinas del Mar Rojo)
PERFIL. Esparcidor de Agua en Sudán Oriental En la Provincia del Mar Rojo del oriente de Sudán, los esquemas esparcidores de agua tradicionales están siendo rehabilitados y mejorados bajo la guía técnica de la Administración de Conservación del Suelo. En esta región del semidesierto, la inundación natural "wadi" es el sitio tradicional para cultivos de sorgo por poblaciones seminomadas. Las mejoras introducidas son las grandes presas derivadoras, los canales principales o subsidiarios y la serie de bordos o "terrazas" esparcidores. Estos bordos son generalmente establecidos aproximadamente al contorno y esparcen el flujo derivado. El espaciamiento entre bordos, en el paisaje típicamente plano puede ir hasta 200 metros. Los bordos generalmente tienen 150 metros de largo y un mínimo de 75 cm en altura. tambiénSeseutiliza utiliza.algo de maquinaria, pero el trabajo manual sostenido por incentivos
6. ASPECTOS AGRONOMICOS 6.1
INTRODUCCION
Los aspectos de producción de los sistemas de captación de agua de lluvia para cultivos y árboles se esbozan en las secciones siguientes. Una breve nota también se incluye acerca de tierras de pasto y praderas. La captación de agua de lluvia mejora el crecimiento por el incremento de la disponibilidad de agua a plantas en áreas secas. Sin embargo, existe poca inversión en estructuras para la captación de agua de lluvia a menos que la atención sea también dada a otros aspectos agrícolas. Las plantas que estén bien alimentadas, libres de malezas y protegidas de pestes y enfermedades responderán mejor al agua extra captada.
6.2
CULTIVOS
6.2.1
Generalidades
La captación de agua de lluvia ayuda a los cultivos proporcionando humedad extra en diferentes etapas del crecimiento aunque el tiempo no puede estar controlado. Los períodos cuando la humedad extra puede hacer una diferencia significativa son: -
Sembrando cuando la germinación y el establecimiento puede mejorarse;
-
A mediados de la estación seca cuando el cultivo puede sostenerse hasta las siguientes lluvias;
-
Mientras los cultivos están en las etapas vitales de floración y llenado del grano.
6.2.2
Selección de Cultivos
Los cereales cultivados más comúnmente bajo captación de agua de lluvia son: -
Sorgo (Sorghum bicolor) es el cultivo de grano más común bajo sistemas de captación de agua de lluvia. Es un cultivo de las áreas secas y además por su adaptación para sequía, también tolera la falta de drenaje temporal que es común en algunos sistemas bajo captación de agua de lluvia.
-
Mijo perla (Pennisetum typhoides) es cultivado en las zonas más secas del Oeste de Africa e India y aparte de ser tolerante a la sequía, madura rápidamente.
-
Maíz (Zea mays) es cultivado ocasionalmente bajo captación de agua de lluvia pero no está adaptado ni a la sequía ni a la falta de drenaje pero en partes del Este y Sureste de Africa es el grano preferido y los granjeros son frecuentemente renuentes para plantar mijo o sorgo en lugar de éste.
Las leguminosas son normalmente menos cultivadas bajo captación de agua de lluvia, pero deberían inducirse debido a su capacidad para fijar nitrógeno y mejorar el desempeño de otros cultivos. Las leguminosas apropiadas son: Vigna unguiculata, Yigna radiana, Lablab purpureus y cacahuate Arachis hypogea. Todas son relativamente tolerantes a sequía y maduran rápidamente.
Fotografía 18. Sorghum
Fotografía 19. Acacia albida
6.2.3
Fertilidad
La fertilidad de suelos en áreas secas es generalmente el segundo factor más limitante de la producción después del estres de humedad. La mejora en el suministro de agua disponible con captación de agua de lluvia puede conducir al agotamiento de nutrimentos de suelo. Por lo tanto, es muy importante mantener el nivel de materia orgánica añadiendo estiércol ó abono animal al suelo. Los fertilizantes inorgánicos son rara vez económicos para la subsistencia de cultivos bajo captación de agua de lluvia. La rotación de cultivos ayuda a mantener el estado de fertilidad. Las leguminosas deberían ser alternadas con cereales tan a menudo como sea posible. Los cultivos asociados de cereales con leguminosas; por ejemplo, sorgo con frijol, también pueden conducir a rendimientos globales más altos, así como al mantenimiento de la fertilidad del suelo. Algúnos sistemas de captación de agua de lluvia realmente captan materia orgánica del área de captación y por lo tanto incrementan la fertilidad. Estas pueden muy claramente ser vistas con técnicas de bordos de piedra que filtran suelo y otras partículas orgánicas y de ese modo se aumentan los depósitos fértiles.
6.2.4
Otros Factores Agronómicos
-
La maleza es un problema donde la captación de agua de lluvia se utiliza, debido a las condiciones de crecimiento favorable donde el agua se concentra. Las malezas son especialmente un problema en el comienzo de la estación y por lo tanto, el deshierbe temprano es extremadamente importante.
-
La plantación temprana hace el mejor uso de la escasa lluvia. En algunas áreas puede ser mejor plantar semillas antes de que las lluvias lleguen. Esta técnica es conocida como "plantación en seco".
-
Plantar un cultivo oportunamente como una leguminosa de rápido crecimiento para hacer uso de la última lluvia de la estación o fuera de estación.
-
Bajas densidades de población pueden mejorar los rendimientos en zonas de escasa lluvia y por lo tanto, el espaciamiento de cultivos es otra consideración importante.
6.3
ARBOLES
6.3.1
Generalidades
La captación de agua de lluvia es utilizada para ayudar a que se establezca la plántula de árbol en zonas secas. La técnica de microcaptación concentra el agua alrededor de plántulas y hacen una diferencia considerable en las condiciones de crecimiento en ésta etapa temprana. En áreas áridas y semiáridas, las plántulas de árbol en el estado natural germinan y crecen generalmente sólo en años arriba del promedio de lluvia, la captación de agua de lluvia imita estas condiciones.
6.3.2
Selección de Especies
El cuadro 27 muestra las características más importantes de los árboles más comúnmente plantados en zonas áridas y semiáridas de Africa e India.
Cuadro 27.
Características de especies de árboles comúnmente plantados.
Especies
Características
Acacia albida
Arbol agroforestal de Africa Occidental. De múltiple propósito. Leguminosa forrajera. Requiere de nivel freático. Lenta al principio.
Acacia nilotica
De amplia distribución en India y Africa. Requiere de suelos profundos y nivel freático. De rápido crecimiento
Acacia saligna
Especie introducida de Australia. Para fijación de dunas, produce forraje y se utiliza como cultivo rompe-vientos. Resistente y de rápido crecimiento.
Acacia senegal
Goma arábiga con fines comerciales. Se utiliza también como forraje y como combustible. Es posible su siembra directa. Lenta en su crecimiento.
Acacia seyal
Se adapta bien en tierras bajas, arsillosas e inundables. Buen forraje y se usa para leña. De rápido crecimiento.
Acacia tortilis
Forma de Paraguas. Buena para leña y carbón. Las ramas se usan para cercas. Las vainas se usan como forraje. De rápido crecimiento una vez establecida.
Albizia lebek
De India. Arbol de poca altura para sombra en el Sahel. Requiere de nivel freático. El follaje se usa como cobertura. De rápido crecimiento.
Azadirachta indica
Arbol de la India/Burma, para sombra, leña y forraje. De rápido crecimiento.
Balanites aegyptiaca
Dátil del desierto de amplia distribución y adaptación ecológica, forraje y fruto comestible. Es posible su siembra directa. De lento crecimiento.
Cassia siamen
Buena para sombra y uso recreativo. Se usa para leña y para postes. De buen desarrollo con lluvia abundante. Es posible su siembra directa. De rápido crecimiento.
Casuarina equisetifolia
Desarrollo bien en suelos arenosos profundos (también en las costas). Se usa para estabilización de dunas y para leña. De rápido crecimiento.
Colophosperum mopane
Originario de Africa del Sur. Se obtienen postes para construcción, las hojas se usan como forraje. Bueno para leña. La madera es dura.
Eucalyptus camaldulencis
De australia. Es el mejor eucalipto para zonas áridas. Se usa como cortina rompevientos y para leña. De rápido crecimiento.
Prosopis chilensis
Es similar y a veces se confunde con Prosopis juliflora
Prosopis cineraria
Originaria del Noroeste de India, se usa en agroforestería. Forraje/leña/material para construcción. De lento crecimiento.
Prosopis juliflora
Muy resistente a la sequía, se establece en forma natural. Buen combustible. Las vainas se usan como forraje. De rápido crecimiento.
Ziziphus mauritiana
Produce frutos comestibles, se puede injertar. Arbol de talla pequeña. Las ramas se usan para cercas. De lento crecimiento.
6.3.3
Aspectos Agronómicos
La plantación de más de una plántula en una estación de plantación es generalmente una buena opción. La razón es que el costo adicional es pequeño, comparado con el costo de las estructuras de captación de agua de lluvia y existe seguridad de que al menos una plántula se establezca. Es recomendable plantar una plántula en la parte inferior del hoyo/surco y uno por otro lado. El primero se puede establecer mejor en un año seco y el segundo bajo condiciones más húmedas. La siembra directa es una técnica que salva todos los costos del vivero de producción de plántulas. Sin embargo, significa que el crecimiento de los árboles será más lento en los inicios. Las especies de árboles que pueden exitosamente ser directamente sembradas son Balanites aegyptiaca y Prosopis juliflora.
El deshierbe es solamente necesario cerca de la plántula. En el área entre las filas de árboles puede cultivarse pasto (o aún plantar un cultivo anual) de modo que algún beneficio económico pueda ganarse en los primero años, antes de que maduren los árboles.
6.4
PASTIZALES Y FORRAJES
Aunque el uso de captación de agua de lluvia para pastos y forrajes es relativamente escaso es necesario recalcar algunos aspectos agronómicos. Frecuentemente, los factores más importantes son cercado y protección inicial, seguidos por manejo del pastizal a largo plazo. La revegetación natural frecuentemente da resultados satisfactorios sin resiembra. Sin embargo, donde la resiembra es utilizada, generalmente es mejor colectar semillas de especies locales conocidas. Una ventaja de los sistemas de pasto/pradera es que las raíces de estas especies perennes tienden a proteger las estructuras y por lo tanto, el requerimiento de mantenimiento se reduce.
7. FACTORES SOCIOECONOMICOS Y MANEJO DEL PROYECTO 7.1
INTRODUCCION
Este manual se concentra principalmente en los aspectos técnicos de sistemas de captación de agua de lluvia para cultivos, pero se ha enfatizado que se requiere más de ingeniería y agronomía para hacer un proyecto éxitoso. Los factores socioeconómicos son particularmente importantes. Obviamente, si el productor de pequeña escala es el "cliente" o beneficiario entonces el tiene que entender y estar satisfecho con un sistema que sea apropiado y que el es capaz de manejar y mantener. Esta sección visualiza aspectos sobre algunos factores socioeconómicos y las consecuencias que puede tener el manejo del proyecto.
7.2
FACTORES SOCIOECONOMICOS
7.2.1
Prioridades de la Comunidad
Si el objetivo de los proyectos de captación de agua de lluvia es para ayudar a productores con escasos recursos, para mejorar sus sistemas de producción, es importante que las prioridades del granjero/agropastoril estén bien definidos, de otra manera, el éxito es poco probable. Si las prioridades locales es el abastecimiento de agua para beber, por ejemplo, la respuesta a sistemas de captación de agua de lluvia para la producción de cultivos será pobre. 7.2.2 Participación Se está haciendo más ampliamente aceptado que a menos que la gente esté involucrada activamente en el proyecto de desarrollo que está para ayudarla, los proyectos están condenados a fallar ó al fracaso. Es importante que los beneficiarios participen en cada etapa del proyecto. Cuando el proyecto está siendo planificado, la gente debe ser consultada y evaluar sus prioridades y sus necesidades. Durante la fase de construcción, la gente debe involucrarse en el trabajo y suministrar ayuda con disposiciones de campo después de un entrenamiento con instrumentos simples de levantamiento. A través del curso de la estación es de gran ayuda involucrar a la gente para monitorear lluvia y escurrimiento superficial y registrar la mortalidad de árboles. Una participación posterior, es el papel que tiene en el mantenimiento, el cual no debe ser apoyado por incentivos. Después de la primera estación, los productores mismos tendrán mejores ideas acerca de laa modificaciones que pueden hacerse para los sistemas, de este modo quedan involucrados en la evaluación y en la evolución del sistema de captación de agua de lluvia.
7.2.3
Adopción de Sistemas
La adopción extendida de técnicas de captación de agua de lluvia por la población local es para áreas significativas de tierra que puede ser tratado a un costo razonable en una base sostenible. Es por lo tanto importante que los sistemas propuestos sean simples para que la gente los implemente y los mantenga. Para alentar la adopción, aparte de incentivos en forma de herramientas por ejemplo, hay necesidad de campañas de motivación, demostraciones, entrenamiento y trabajo de extensión.
7.2.4 Diferenciación de Areas Es lógico suponer que un sistema que funciona en un área también lo hará en otra en una zona similar; sin embargo, pueden existir similaridades técnicas como disponibilidad de piedra o intensidad de lluvia y también las distintas diferencias socioeconómicas. Por ejemplo, un sistema que se adapta mejor a la construcción manual puede no ser atractivo para la gente que normalmente trabaja con animales. Si un sistema depende de
un cultivo bien aceptado en un área, por ejemplo sorgo, este puede ser no aceptado donde el maíz es el grano de alimento preferido.
7.2.5
Solidaridad Social y Equidad
Si la captación de agua de lluvia pretendiera el mejoramiento de un grupo de granjeros en áreas más secas, más pobres, es importante considerar los posibles efectos sobre la igualdad y equidad. En otras palabras, la introducción de sistemas de captación de agua de lluvia es particularmente ventajosa para un grupo de gente pero podría excluir a otros. Quizás la captación de agua de lluvia inducirá ayuda a gente de un solo sexo, o para el terrateniente relativamente más rico en algunas situaciones. Estos son consideraciones que un proyecto debería tener presente durante la etapa de diseño. Existen otros aspectos cuando se induce ayuda diferente y que solamente beneficia a grupos más estables.
7.2.6
Tenencia de la Tierra
El tema de la tenencia de la tierra puede tener una variedad de impactos sobre los proyectos de la captación de agua de lluvia. Por una parte, puede ser la carencia de tierra, lo que significa que la gente sea renuente para invertir en estructuras de captación de agua de lluvia en tierras que no poseen formalmente. Donde, las propiedades y los derechos de uso son complejos puede ser difícil de persuadir al productor para mejorar la tierra que alguien más podría utilizar posteriormente. Por otra parte, existen ejemplos de situaciones donde es el caso contrario, donde algunos granjeros de áreas aceptan la construcción de bordos porque implica un derecho más definido de propiedad. La situación más difícil se presenta en la propiedad común, particularmente donde no existe tradición de administración bien definida. Los aldeanos son consistentemente renuentes para tratar áreas que son pastoreadas comúnmente, un punto que se estudia en la siguiente sección.
7.2.7
Uso y Manejo de la Tierra en la Aldea
La cuestión de manejo de la tierra por las comunidades ha recibido recientemente una atención importante. La tierra degradada en y alrededor de las aldeas pueden ser recuperadas si el manejo se enfrenta por las comunidades en forma integral. Una de las técnicas que puedan ayudar en la rehabilitación de la tierra degradada es la captación de agua de lluvia, pero es solamente una herramienta entre varias y no puede ser efectiva en forma aislada. A menos que, por ejemplo, se controle el sobrepastoreo además, existe poco interés por gastar dinero en estructuras de captación de agua de lluvia para resiembra en agostaderos.
7.3
MANEJO DEL PROYECTO
7.3.1
El Proyecto y la Gente
La experiencia sobre proyectos relacionados con la captación de agua de lluvia y la conservación del suelo ha mostrado que no hay sustituto para el permanente diálogo entre los granjeros/aldeanos. Los proyectos deberían apuntar siempre para aprender de la gente del área en estudio, en particular acerca de la tecnología tradicional local. Es esencial que las autoridades del proyecto recuerden la importancia de prioridades y la participación del pueblo. Es importante que los beneficios de los nuevos sistemas deban ser de impacto al granjero tan pronto como sea posible. Para las nuevas técnicas existe frecuentemente una necesidad de demostración antes de que la gente entienda y perciba su efectividad. La motivación y concientización entre la gente con respecto a los objetivos del proyecto y como lograrlo, son temas importantes. Es triste pero es verdad que muy frecuentemente la gente simplemente no entiende el objetivo y logro del proyecto, o aún más hasta cual es el significado de las diversas estructuras.
7.3.2
Enfoque del Proyecto
Básicamente hay dos diferentes enfoques con respecto a la captación de agua de lluvia. -
Demostración, entrenamiento y enfoque de extensión:
La tecnología introducida por el proyecto es relativamente simple, y los costos por hectárea son bajos. La intención es promover sistemas que puedan ser tomados e implementados por la gente misma, con un mínimo de apoyo. La filosofía detrás de este enfoque es que la gente misma tenga que ser el promotor principal para el desarrollo de sus propios campos y entornos locales. -
Enfoque de implementación:
En este enfoque, la tecnología puede ser simple o compleja, pero se instrumenta por el proyecto mismo. La maquinaria es frecuentemente utilizada, pero algunos proyectos emplean trabajo pagado (o de otra manera, recompensado). Los costos son frecuentemente relativamente altos. La intención es que el proyecto rehabilite rápidamente y eficientemente la tierra para la gente. La filosofía es que la gente es simplemente incapaz para emprender el trabajo requerido utilizando sus propios recursos y por lo tanto, requieren apoyo considerable o completo para instrumentar el proyecto. La experiencia muestra que es el primer enfoque que ofrece la mayor esperanza para la sustentabilidad una vez que el proyecto ha terminado. Sin embargo, hay situaciones donde la introducción de maquinaria o apoyo apropiado de algún trabajo puede estar justificado.
7.3.3
Maquinaria o Mano de Obra
El tema ha sido tratado ya, pero es un tema extremadamente importante. La introducción de maquinaria pesada inadecuada para estructuras de conservación ha sido un error repetido ampliamente en Africa. Por el contrario, la mecanización las especializada como tracción laanimal ha sido un componente que ha acelerado inmesurablemente tasas de trabajo y ha laaumentado eficiencia. La ventaja de trabajar con mano de obra, es que la gente considera las técnicas dentro de su capacidad. En tanto que parte del trabajo sea voluntario, estarán más dispuestos a llevar a cabo el mantenimiento. No obstante, el trabajo de mano de obra es lento y el trabajo escaso puede ser una restricción seria en algunas áreas.
7.3.4
Flexibilidad en el Enfoque
Los proyectos de captación de agua de lluvia y conservación nunca deben fijar planes de trabajo a objetivos rígidos, al menos no en los inicios de las etapas de instrumentación. La razón es muy simple, es que es irreal planear todos los imprevistos y es arrogante suponer que las técnicas y enfoques planificados desde el inicio no pueden ser mejorados. Aprendiendo de la experiencia y de la interacción con la gente, se logra un enfoque mejor. La flexibilidad debe ser considerada en cada proyecto.
7.3.5
Subsidios e Incentivos
Muchos proyectos de captación de agua de lluvia proveen subsidios o incentivos para construcción. Varios puntos necesitan considerarse:
-
La ayuda y asistencia deben ser consideradas solamente como estímulo al programa; un subsidio demasiado grande al inicio puede truncar la expansión futura y detener la participación.
-
Es importante que en todos los casos, los beneficiarios tengan que hacer al menos alguna contribución voluntaria para la construcción. El nivel de contribución se debe elevar cuando los incentivos sean proveídos.
-
El alimento para trabajadores es común en proyectos en zonas propensas a la sequía. No es fácil distribuir alimento y a la vez manejar el desarrollo del proyecto. Generalmente se prefieren otros incentivos, como herramientas para trabajo.
-
Los incentivos/subsidios no deberían ser utilizados para el mantenimiento: esto debe ser la responsabilidad de los beneficiarios.
7.3.6
Monitoreo, Evaluación y Reporte
El monitoreo, evaluación y reporte son frecuentemente puntos débiles en los proyectos sobre captación de agua de lluvia. Demasiados proyectos fallan para reunir información en el nivel más básico. Por ejemplo, el rendimiento de cultivos y la altura de árboles se estiman frecuentemente. Es también muy raro encontrar cualquier información respecto a la frecuencia o a la cantidad del agua captada. Sin un sistema de supervisión básico, los proyectos se hacen más débiles para su evaluación. Sin informes claramente escritos, ampliamente circulados, los proyectos no proveen a otros con información básica. Un formato de monitoreo sugerido se presenta en el cuadro 28.
Cuadro 28. 1.
DATOS HIDROLOGICOS -
2.
4.
Uso de mano de obra y de maquinaria en (b) (c)
(a) construcción mantenimiento operaciones agrícolas rutinarias
COSTOS Uso de mano de obra y de maquinaria en (b) (c)
(a) construcción mantenimiento operaciones agrícolas rutinarias
PRODUCTOS -
5.
Cantidad y costos
CAPACITACION -
8.
Area (ha) cubiertas en cada estación Números de productos/Aldeanos involucrados/ beneficios
APOYO PARA INCENTIVOS -
7.
Cultivos: rendimientos de parcelas tratadas comparadas contra el testigo Arboles: sobrevivencia y velocidad de crecimiento Pasto/Forraje: materia seca de parcelas tratadas comparada con el testigo
LOGROS -
6.
Lluvia (pluviometros standard en sitios representativos) Escurrimiento Superficial (al menos registros usuales de ocurrencia)
INSUMOS -
3.
Formato de monitoreo sugerido para proyectos sobre captación de agua de lluvia.
Número de sesiones de capacitación Asistencia/Número de personal capacitado
EXTENSION -
Número de productores visitados Número de días de asistencia técnica
Nota: Las hojas sumarias de información son muy útiles. Estos pueden incluir: - Trabajo/ha - Costo/ha
- Aumentos en el promedio de rendimiento sobre los testigos - Total de tierra tratada y gente beneficiada
APENDICE TECNICAS PARA LEVANTAMIENTOS SIMPLES A.1
USO DEL NIVEL DE LINEA PARA LEVANTAMIENTO
Introducción
1.
El nivel dey línea es unyinstrumento levantamiento que puede ser utilizado contornos gradientes también parapara medir la pendientesimple del terreno. Es simple de operarpara y estrazar más fácil de transportar que otras herramientas de levantamiento similar como el marco-A. Este es especialmente rápido y muy exacto cuando se usa adecuadamente. Sin embargo, un nivel de línea requiere tres personas para operarlo.
2.
Un línea de nivel consiste de dos postes (estadales), entre la cual una longitud de cuerda queda suspendida. Un nivel de burbuja se cuelga en la cuerda. El nivel es el tipo utilizado por constructores, pero tiene pequeños ganchos en cualquiera de los extremos.
3.
Los postes deben estar a una altura uniforme (cerca de 1.5 m) y la cuerda (cerca de 2 mm en diámetro) y precisamente de 8 metros de largo. Una muesca se hace en cada polo exactamente a la misma altura (1.4 m del nivel del suelo) y los extremos de la cuerda se atan alrededor de estas muescas.
4.
El centro de la cuerda (4 m a cada extremo) se marca y el nivel queda suspendido allí.
Trazo de un Contorno 5.
Los postes se sostienen por los estadaleros con el nivel de la cuerda extendida, colocado exactamente en la parte media de la cuerda. Cuando la burbuja en el nivel está entre las dos marcas esto significan que los postes están colocados en puntos al mismo nivel del suelo, en otras palabras en el contorno. Los postes tienen que mantenerse verticalmente.
6.
Para trazar un contorno transversal a un declive, el grupo comienza en el borde del campo. El estadalero sostiene el polo en el borde de campo (operador A) permanece inmóvil mientras que el otro operador sostiene el otro polo (operador B), quien se mueve hacia arriba y hacia abajo del declive hasta que el tercer operador indique que la burbuja de nivel esta centrada. Los puntos A y B son entonces marcados (con piedras o estacas). El operador A entonces se mueve al B y el operador B se mueve hacia arriba y el proceso se repite. Esto continúa hasta que la línea al contorno alcanza el extremo más alejado del campo.
7.
Se deben evitar obstáculos pequeños, como puntos elevados menores, o canalillos. Esto evita considerables irregularidades en el contorno.
8.
Cuando con el contorno ha sido generales trazado, las curvas serpiedra suavizadas acuerdo los lineamientos dados parapueden bordos de o tierra.a "ojo de buen cubero" de
Figura A.1. Uso del nivel de línea
Trazo de un Contorno Gradual 9.
Un contorno gradual se desvía ligeramente del contorno verdadero y es utilizado normalmente para alinear un canal, como una zanja de derivación o para estacar un bordo graduado de la tierra.
10.
Para trazar un contorno gradual, se requieren muescas posteriores en uno de los postes. Estas muescas se colocan debajo de la muesca srcinal a intervalos de 2 cm.
11.
El gradiente usual para una estructura como una zanja de derivación tiene 0.25%. La cuerda cerca del lado del operador (A) debe fijarse a la segunda muesca abajo de su polo (2 cm debajo de el srcinal) y el operador lejano (B) retiene su cuerda en la muesca srcinal. Cuando la burbuja en el nivel está entre los dos marcas, esto ahora implica que A tiene 2 cm arriba de B, que es equivalente a un declive de 0.25% sobre la distancia de 8 metros. Para un declive de 0.5% el operador A fija su cuerda a la tercera muesca abajo su polo (4 cm debajo de la muesca principal) y cuando el operador B encuentra una posición donde el nivel lee centro muerto, está en unos 4 cm de desnivel debajo del operador A. Sobre una distancia de 8 metros el declive tiene entonces 0.5%.
12.
La operación ahora procede como antes, el operador A se mueve hacia adelante del lugar ocupado por B, y B se mueve ligeramente pendiente abajo. Nuevamente deberán evitarse las posible
13.
irregularidades del terreno. Si una zanja de derivación tiene que seguir una línea precisa esta puede excavarse de modo que la parte inferior de la zanja dé un gradiente apropiado. Por lo tanto el levantamiento tendrá lugar durante la excavación.
Medición de la Pendiente del Terreno 14.
Es simple utilizar el nivel de línea para medir la pendiente del suelo. El operador A puesto exactamente pendiente arriba del operador B ajusta la cuerda a la muesca que da a una lectura plana. Por ejemplo, si ésta muesca fuera la tercera (es decir, 4 cm debajo de la muesca principal) el gradiente tiene 0.5%, si la muesca es la onceava (e.g. 20 cm debajo de la muesca principal) el gradiente tiene 2.5% y así, sucesivamente.
Figura A.2. Medición de la pendiente del terreno con un nivel de línea
15.
Hasta 21 muescas deberían existir en el polo A, el siguiente cuadro indica el porcentaje para cada una.
Puntos Importantes a Recordar: 16.
Revise siempre el nivel colocándolo en una superficie horizontal y notando la posición de la burbuja que debería estar entre los dos marcas.
17.
Revise el punto del centro de la cuerda cada día y también su longitud.
18.
Recuerde que el trazo de un gradiente es aguas arriba (Operador A).
19.
Asegúrese de que los postes se mantengan verticalmente.
20.
Evite colocar los postes en depresiones o encima de puntos que distorsionen el trabajo de campo.
A.2 USO DEL NIVEL DE TUBO DE AGUA PARA LEVANTAMIENTO
Introducción 1.
El nivel de tubo de agua se usa directamente, los granjeros pueden capacitarse rápidamente para el trazo de contornos. El concepto mismo de coincidencia sobre niveles de agua es especialmente fácil de entender. Las ventajas del nivel de tubo de agua es que puede ser operado por solamente dos personas y más sensible que el nivel de línea en pendientes muy bajas. Sin embargo, es ligeramente menos transportable que el nivel de línea, y no es tan simple de utilizar para determinar declives o trazos de contornos graduados.
2.
Los componentes del nivel de tubo de agua son como siguen:
-
Una tira de plástico transparente de 6 a 10 mm de diámetro interior y 14 metros de largo.
-
Los postes o tiras de material de 2 metros de largo.
-
Cuatro franjas de hule (hechos de un tubo interior de bicicleta) para colocarlas en los postes.
-
De uno a dos litros de agua. Agua turbia es preferible debido a que es más fácilmente visible en el tubo. El tubo de plástico se coloca firmemente a los postes utilizando las fajas de hule, u otros dispositivos aseguradores. Los extremos del tubo deben ser de 10 cm de la parte superior de cada equipo técnico y el punto de fijación de abajo cerca de 20 cm de la parte inferior de cada equipo técnico.
3.
4.
El tubo se llena con agua turbia hasta que el nivel del agua está cerca de la parte media del equipo técnico. Es esencial que ninguna burbuja de aire quede atrapada en el tubo y si es necesario, pueden ser eliminadas taponando con el dedo. Dondequiera que se coloquen las dos tiras de material, las superficies de agua libres en cada tubo estarán en el mismo nivel.
Figura A.3.Establecimiento de una línea de contorno
Trazo de un Contorno 5.
Las dos tiras de material se sitúan espalda con espalda en el punto de partida, marcado con una estaca (A). Después de que se hayan eliminado las burbujas de aire y el agua haya llegado al resto, se hace una marca para indicar el nivel de agua.
6.
El hombre guía conduce el equipo técnico y coloca el tubo en lo que parecería ser la dirección de la línea de contorno. Cuando el tubo está en línea recta, el hombre se mueve lentamente hacia arriba y hacia abajo del declive hasta que su equipo técnico está en una posición donde el nivel del agua del tubo coincide con la marca. El equipo técnico está entonces en una posición donde el nivel del suelo es el mismo que en la estaca A. Una segunda estaca (B) se situa en este punto. El hombre de atras ahora mueve la estaca A al otro lado de la estaca B donde el primer hombre permanece estacionario. Ahora el hombre vuelve la espalda para encontrar el lugar correcto que es marcado por la estaca C. Este procedimiento continúa hasta el final de la parcela.
Fotografía 20. Uso del nivel de agua en India
7.
Los operadores entonces miden, a pasos, la distancia horizontal requerida entre los contornos y comienzan a trazar el segundo contorno.
8.
El contorno puede ser suavizado a ojo, de acuerdo con las especificaciones del diseño.
Aspectos Importantes a Considerar: 9.
El trabajo deberá ejecutarse durante la parte más fría del día porque el calor calienta el tubo de plástico y se alarga y esto afecta los niveles de agua, los que tienen que ser remarcados.
10.
Es importante evitar que se derrame el agua, o de otra forma los niveles de agua necesitarán remarcarse. El agua generalmente se derrama durante el movimiento de los postes ó de tiras de
material y esto puede ser evitado cerrando los extremos del tubo con astillas, durante el movimiento. Sin embargo, es esencial retirar las astillas mientras se hacen mediciones. 11.
Los postes o tiras de material siempre deben mantenerse verticalmente.
12.
Deben evitarse las pequeñas depresiones o puntos elevados en el campo.
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