Cosecha de agua

Introducción

Desde siempre el limitante más importante para la producción en nuestra provincia, y en todas aquellas zonas con problemas de aridez, ha sido la disponibilidad del recurso agua; es por eso que es de vital importancia aprovechar de la mejor manera posible las escasas precipitaciones que se suceden en el año.

Ante la escases, se ha recurrido por ejemplo a perforaciones para extraer aguas subterráneas, pero cada vez se debe llegar más profundo para encontrar el agua y para muchos productores los costos elevados de estas obras son inaccesibles, por lo que es necesario encontrar un solución que permita disponer del recurso, y que a la vez el balance de costos sea favorable.

Para lograr esto, el hombre ha empleado estrategias que le permitan hacer un uso eficiente de la precipitación, para satisfacer en la medida de lo posible los requerimientos de los diferentes cultivos, entre estas estrategias, una de las más importantes es la cosecha de agua.

Objetivos

• Describir y explicar los pasos a seguir para planificar un sistema de cosecha de agua, su mantenimiento y uso eficiente.

• Comprender la importancia de la captación y aprovechamiento del agua de lluvia en las zonas áridas.

• Establecer ventajas y desventajas del sistema.

• Ejemplificar una situación practica referida a nuestra provincia.

Desarrollo

Cosecha de agua:

Se puede definir como la recolección del agua precipitada y de la escorrentía superficial, en un tanque de almacenamiento o embalse, para su posterior utilización en la producción agropecuaria o forestal.

Necesidad de la construcción del sistema

Encarar la construcción de un sistema de cosecha de agua, significa el uso de mano de obra, maquinarias, compra de materiales, es decir genera un costo determinado, por lo que es importante establecer si realmente es necesaria esta obra.

La manera de determinar esto es mediante el análisis de la precipitación efectiva y el uso consuntivo del cultivo que se produzca, definiendo a los mismos como:

Precipitación efectiva: es el agua de precipitación almacenada en la zona de enraizamiento y que está disponible para el uso de la planta, en otras palabras es el agua que no se ha perdido por evaporación, percolación profunda o escorrentía.

Para áreas con pendiente menor al 4-5% , se puede calcular de la siguiente manera:

Pe = 0.8 x PP – 25 si PP > 75 mm/mes

Pe = 0.6 x PP – 10 si PP < 75 mm/mes

Uso consuntivo: Es el requerimiento de agua del cultivo y se lo obtiene:

UC = Kc x ETo = [mm/dia, mm/mes; mm/ciclo]

Kc: factor del cultivo

ETo: Evapotranspiración del cultivo de referencia en unidad de tiempo (dia, mes, ciclo)

En función de estos dos valores, se debe determinar si existe o no un déficit hídrico, es decir determinar si el uso consuntivo del cultivo es mayor que la precipitación efectiva.

NA = UC – Pe

Na: necesidad de agua

UC: uso consuntivo del cultivo

Pe: precipitación efectiva

En que básicamente existen tres situaciones:

UC = Pe NA = 0 El agua de lluvia es suficiente

UC > Pe NA >0 Se necesita contribución del riego.

UC < Pe NA = 0 Hay exceso agua de lluvia, drenaje es necesario.

Es entonces en la segunda situación, donde la cosecha de agua es necesaria para suplir este déficit.

Otro concepto importante es el de la lluvia de diseño, la cual es la cantidad de lluvia estacional en la cual, o arriba de la cual, el sistema está diseñado para proveer escorrentía superficial suficiente para cubrir el requerimiento de agua de los cultivos. Si la lluvia es inferior a esta lluvia de diseño, hay un riesgo de fracaso del cultivo debido a estrés por humedad. Cuando la lluvia es superior, entonces la escorrentía superficial está en excedente y podría superar la capacidad de almacenamiento de tanques o embalses y dañar las estructuras.

También es importante definir la escorrentía, puesto que en este sistema se favorece a la misma para captar el agua, entonces se define como la proporción de lluvia que fluye superficialmente sobre el terreno como escorrentía.

Depende entre otros factores, de la pendiente, del tipo de suelo, de la cubierta vegetal, de la humedad del suelo previa a la lluvia, así como de la intensidad y duración de la lluvia. Cabe destacar que es de vital importancia que la intensidad y la duración sean suficientes para producir la escorrentía.

Planificación del sistema

Consta básicamente de tres partes, Área de captación (Ac), Tanque de almacenamiento o embalse(Ta) y Área de siembra (As), las cuales dependen de la superficie con que se cuenta, situación socio- económica del productor y características edafoclimaticas de la zona.

Área de captación

Como el grafico anterior lo muestra, esta área es la que se ubica en la parte más elevada del terreno.

El área de captación debe ser recorrida completamente, observando las líneas naturales del escurrimiento y en donde se encuentra la mayor concentración de caudales

Es necesario un levantamiento topográfico para determinar depresiones donde pueda estancarse el agua, lo que significa una disminución en la cantidad del agua captada, y además este levantamiento sirve para determinar si el área posee la pendiente necesaria para que la escorrentía se vea favorecida, la cual no debe ser nunca menor al 2%.

La superficie destinada a la captación depende de las precipitaciones anuales, de la cantidad de agua que se necesita, de la pendiente, de la cobertura vegetal y del tipo de suelo y se debe tener especial cuidado en que esta superficie debe estar protegida fundamentalmente de contaminaciones orgánicas y agroquímicos.

Esta área puede estar en una relación de 2:1 hasta 10:1 con el área de siembra.

Tanque de almacenamiento o embalse

Es el área donde se acumula el agua obtenida en el área de captación, cuya función es la de abastecer al sistema durante todo el año, y se selecciona en base a la concentración de caudales en el área de captación.

El volumen del lugar de almacenamiento, depende de la demanda de agua, en función de las precipitaciones, vientos, exposición solar y características del suelo, para poder tener una idea de las perdidas por infiltración y evaporación.

   Su ubicación debe ser tal que esté posicionada en zonas de menor nivel que el área de captación de agua de lluvia, previendo que los excedentes se deriven lateralmente, sin pasar por la cuenca receptora, o bien si el presupuesto lo permite, construir aliviaderos para desalojar el agua en exceso.

Como lo muestra la imagen, el dique cuenta también con un caño que desaloja el agua y la dirige a los canales, para ser llevada al área de siembra.

Es aconsejable que el área de almacenamiento tenga una forma rectangular, con la menor longitud en la dirección de los vientos preponderantes. Esto minimiza la acción evaporante de la superficie libre de agua y el efecto erosivo en los taludes por el efecto del oleaje.

  Otro efecto positivo para contrarrestar las pérdidas por evaporación es que sea lo más profunda posible, con la menor superficie expuesta posible. También en caso de que sea posible, que los márgenes del área estén vegetados.          

  No se recomiendan para la construcción del embalse, aquellas áreas donde hayan

Afloramientos de roca, suelos salinos o materiales que permitan infiltraciones excesivas como la arena y/o formaciones semejantes, generalmente muy porosas. Lo más apropiado es una capa natural de tierra de textura fina, donde la velocidad de infiltración básica en la profundidad máxima de la excavación con tractor de oruga, no sea mayor de 2 mm por día.

Algunas veces se puede optar por no compactar el área, y de esta manera permitir la recarga del acuífero.

En caso de que se desee impermeabilizar, una práctica usada es cubrir el fondo del embalse con plásticos o membranas, los cuales estén superpuestos en función de la pendiente.

Canales de conducción del agua

Es una infraestructura que permite la conducción y distribución del agua captada desde una fuente de almacenamiento. No se reviste con ningún material, por tanto es solo un corte en el suelo a tajo abierto. Esto permite el humedecimiento de la cobertura vegetal por acción de la filtración en el suelo. Se construyen transversalmente a la pendiente dominante del terreno.

La pendiente que se debe utilizar en su construcción no debe ocasionar erosión en el suelo. Si estamos sobre terreno muy pedregoso la pendiente debe ser un poco mayor para evitar la pérdida de agua por infiltración en el fondo del canal.

Canal principal

Son canales que conducen el agua a las parcelas bajo riego desde la captación o fuente de agua (por ejemplo una microrepresa) hasta la primera ramificación. Por lo general es el canal que domina toda el área que se riega. Se recomienda construirla con una pendiente de entre 0,5% y 1%, para que el agua se traslade a velocidades no erosivas.

Canal secundario

Son los canales que permiten la distribución del agua en las parcelas que serán regadas. Estos canales se derivan de los canales de conducción

Canales de tercer orden

Son los canales que se utilizan para aplicar directamente el riego y distribuir el agua en la parcela.

Área de siembra

El área de siembra debe estar próxima al embalse para que los costos de distribución del agua se reduzcan y en un nivel más bajo, para aprovechar la pendiente natural; también, debe ser uniforme para facilitar el establecimiento de los surcos y camellones.

Preferentemente, la pendiente del terreno debe ser menor al 5% y los suelos deberán ser de textura entre franco arenosa y franco arcillosa y con una profundidad mínima de 50 cm, evitando áreas pedregosas, con problemas de salinidad y propensas a inundarse.

Obras complementarias

Estas son obras que muchas veces son necesarias y pueden estar destinadas al mantenimiento o mejoramiento del sistema.

Decantador de sedimentos, una rápida de ingreso de agua y un disipador de energía:

Estas obras permiten el arribo del agua captada  al cuenco de almacenamiento con la menor cantidad de sedimentos posible y a una velocidad tal que no erosione las paredes y el piso de la represa.

Pozo/s o perforación/iones contiguo/s a la represa que permita/n extraer el agua subterránea y recaptar el agua infiltrada a través del piso de la misma.

Estas construcciones permitirán extraer el agua de los acuíferos para su aprovechamiento.

Preferentemente se debe usar energías renovables para la extracción del agua, a fin de aminorar costos y disminuir la contaminación. Un ejemplo es el uso del molino, los cuales funcionan con mínima velocidad de viento, con un umbral de arranque de 3 km./hora.

Este sistema puede ser de importancia cuando en la finca existen animales, para que no tengan que beber directamente de la represa, con todos los trastornos que eso ocasiona: contaminación del agua y riesgo de romper los bordes de la represa.

Sistemas de potabilización: cuando el agua que se almacena también es destinada para el consumo humano.

Adaptación a sistemas de riego: el agua almacenada puede ser usada en sistemas de riego por goteo y por aspersión.

Mantenimiento

• Rehacer surcos y camellones todos los años, en el final del periodo de cosecha

• Mantener libre de malezas el área de captación

• Eliminación de obstáculos que impidan la escorrentía

• Es importante que durante el primer año, la microrepresa sea llenada solamente hasta el 50%

• de su capacidad.

• Es necesario realizar 2 limpiezas de los canales al año; una antes del inicio de las lluvias y otra después de las mismas, eliminando todos los sedimentos y malezas que colmatan el canal y dificultan el libre desplazamiento del agua.

• Se recomienda sembrar gramíneas a los bordes del canal para estabilizarlo y protegerlo

Ventajas

• Alta calidad físico química del agua de lluvia,

• Sistema independiente y por lo tanto ideal para comunidades dispersas y alejadas,

• Empleo de mano de obra y/o materiales locales,

• No requiere energía para la operación del sistema,

• Fácil de mantener

• Aprovechamiento de áreas perdidas productivamente, como sectores con cárcavas.

• El sistema es sostenible puesto que conserva el suelo, el agua, no contamina el medio ambiente y tiene una producción rentable.

Desventajas

• Alto costo inicial que puede impedir su implementación por parte de las familias de bajos recursos

• Económicos

• La cantidad de agua captada depende de la precipitación del lugar y del área de captación.

• Se debe disponer como mínimo de 10 Ha

Diseño de un sistema de cosecha de agua

Para hacer mas practico el cálculo, se tomara una situación hipotética de un cultivo de maíz, en el departamento Capayan, localidad Capayan, donde el productor posee un campo de 100 ha., el terreno no se encuentra bajo riego y desea destinar 5 ha. Para el cultivo, donde el área destinada a la captación tiene una pendiente del 4%, suelo con textura franco limosa y cobertura menor al 10%

En primer lugar se sabe que la precipitación media anual es de 400 mm, y que el maíz tiene un uso consuntivo de aproximadamente 500 mm en todo su ciclo vegetativo, por lo tanto se tiene un déficit hídrico de 100 mm, y se determina que es necesario realizar un sistema de cosecha de agua para suplirlo.

El primer paso consiste en el cálculo del volumen bruto (Vb) de agua a almacenar en el cual se incluyen las pérdidas totales de agua (PTA) en embalses durante el período de utilización del agua almacenada.

Los datos utilizados en la fórmula, deben transformarse a metros, de la manera siguiente:

El tamaño del estanque o embalse debe hacerse en función del volumen bruto que desea almacenarse, por ejemplo para este caso, para facilitar el cálculo, podría hacerse un estanque rectangular de 100 metros de largo, 20 metros de ancho y 7 metros de profundidad; la profundidad se excede dos metros del calculo teórico para dejar un volumen libre en caso de precipitaciones mayores a las esperadas o bien para evitar el efecto del viento.

Cosecha de agua para pequeños productores: captación en techo

La inversión inicial para un sistema como el anterior puede ser muy elevada, y estar fuera del alcance de pequeños productores que no cuenten con grandes extensiones, o bien cuya producción este destinada al consumo propio, por lo que se puede plantear un sistema de cosecha que requiere una inversión menor y puede ser usado por cualquier productor.

El sistema de captación de agua de lluvia en techos está compuesto de los siguientes elementos:

a)captación; b) recolección y conducción; c) interceptor; y d) almacenamiento

Captación: La captación está conformado por el techo de la edificación, el mismo que debe tener la superficie y pendiente adecuadas para que facilite el escurrimiento del agua de lluvia hacia el sistema de recolección. En el cálculo se debe considerar solamente la proyección horizontal del techo.

Los materiales empleados en la construcción de techos para la captación de agua de lluvia son la plancha metálica ondulada, tejas de arcilla, paja, etc.

La plancha metálica es liviana, fácil de instalar y necesita pocos cuidados, pero puede resultar costosa y difícil de encontrar en algunos lugares donde se intente proyectar este sistema.

Recolección y Conducción: Este componente es una parte esencial ya que conducirá el agua recolectada por el techo directamente hasta el tanque de almacenamiento. Está

conformado por las canaletas que van adosadas en los bordes más bajos del techo, en donde el agua tiende a acumularse antes de caer al suelo.

El material de las canaletas debe ser liviano, resistente al agua y fácil de unir entre sí, a fin de reducir las fugas de agua. Al efecto se puede emplear materiales, como el bambú, madera, metal o PVC.

Las canaletas de metal son las que más duran y menos mantenimiento necesitan, sin embargo son costosas. Las canaletas confeccionadas a base de bambú y madera son fáciles de construir pero se deterioran rápidamente. Las canaletas de PVC son más fáciles de obtener, durables y no son muy costosas.

Las canaletas se fijan al techo con a) alambre; b) madera; y c) clavos.

Por otra parte, es muy importante que el material utilizado en la unión de los tramos de la canaleta no contamine el agua con compuestos orgánicos o inorgánicos. En el caso de que la canaleta llegue a captar materiales indeseables, tales como hojas, excremento de aves, etc. el sistema debe tener mallas que retengan estos objetos para evitar que obturen la tubería montante o el dispositivo de descarga de las primeras aguas.

Interceptor : Conocido también como dispositivo de descarga de las primeras aguas

provenientes del lavado del techo y que contiene todos los materiales que en él se encuentren en el momento del inicio de la lluvia. Este dispositivo impide que el material indeseable ingrese al tanque de almacenamiento y de este modo minimizar la contaminación del agua almacenada y de la que vaya a almacenarse posteriormente.

En el diseño del dispositivo se debe tener en cuenta el volumen de agua requerido para lavar el techo y que se estima en 1 litro por m2 de techo.

El volumen de agua resultante del lavado del techo debe ser recolectado en un tanque de

plástico. Este tanque debe diseñarse en función del área del techo para lo cual se podrán emplear recipientes de 40, 60, 80 ó 120 litros, y para áreas mayores de techo se utilizarían combinaciones de estos tanques para captar dicho volumen.

Almacenamiento: Es la obra destinada a almacenar el volumen de agua de lluvia necesaria para el consumo diario de las personas beneficiadas con este sistema, en especial durante el períodode sequía

La unidad de almacenamiento debe ser duradera y al efecto debe cumplir con las

especificaciones siguientes:

• Impermeable para evitar la pérdida de agua por goteo o transpiración,

• De no más de 2 metros de altura para minimizar las sobre presiones,

• Dotado de tapa para impedir el ingreso de polvo, insectos y de la luz solar,

• Disponer de una escotilla con tapa sanitaria lo suficientemente grande como para que

• permita el ingreso de una persona para la limpieza y reparaciones necesarias,

• La entrada y el rebose deben contar con mallas para evitar el ingreso de insectos y animales.

Dotado de dispositivos para el retiro de agua y el drenaje. Esto último para los casos de

limpieza o reparación del tanque de almacenamiento. En el caso de tanques enterrados,

deberán ser dotados de bombas de mano.

El siguiente cuadro muestra una estimación del volumen del tanque de almacenamiento en función de la superficie del techo, para una precipitación media de 400 mm anuales.

Otras formas de captación del agua de lluvia

Microcaptación

Involucra conservación de suelo, aumento de la disponibilidad de agua para los cultivos, mitiga los efectos de la sequía y mejorar el entorno ecológico. La microcaptación se caracteriza porque se realiza en cultivos forrajeros, industriales, vegetación nativa, árboles, arbustos y frutales.

El área de escorrentía está formada por microcaptaciones que aportan cantidades adicionales de agua a cortas distancia, y se almacena in situ, es decir en el mismo lugar donde se encuentra el área de siembra.

De esta manera se basa en limitar la escorrentía solo al área de microcaptación y disminuirla en el área de siembra,

Sus objetivos son aumentar la capacidad de retención de humedad del suelo aprovechable en la zona de la raíz y reducir la perdida de agua aprovechable almacenada en el suelo que es por evaporación y transpiración de plantas indeseables.

Para un correcto sistema de microcaptacion se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Selección de Cultivos:

Hay que tener en cuenta su aptitud al ecosistema de la zona y la importancia económica y social de estos cultivos en el área de trabajo, una vez seleccionados los cultivos se determina las necesidades mínimas de agua para su desarrollo definiéndose si es necesaria la microcaptación o si la cantidad de agua que llueve es suficiente para el cultivo.

Labores culturales:

Entre las labores para aumentar la escorrentía superficial se incluye despejar la vegetación o aplicar materiales impermeabilizantes artificiales, como empedrados, concreto, etc.

Labranza:

Esta tiene como objetivo fundamental preparar la cama de siembra, controlar las malezas, favorecer la infiltración y controlar la erosión.

La forma de proteger el suelo de la erosión es manteniendo una cubierta vegetal densa en forma permanente.

En una labranza de conservación se aplica mulch residual y/o se incrementa la rugosidad de la superficie por medio de labranza en fajas, sistema de labranza en surcos etc.

Barbecho:

Es tierra que no se siembra durante uno o más años, es empleada para aumentar la cantidad de agua en el suelo antes de sembrar, tiene un cierto riesgo de desarrollo de maleza y de erosión.

Incorporación de materia orgánica:

Es importante para una mayor infiltración y almacenamiento de agua en el suelo así como para el aumento de la fertilidad. Después de la humedad, el segundo condicionante del cultivo es la disponibilidad de materia orgánica en el suelo (fertilidad) que se puede solucionar añadiendo estiércol o abono animal.

Algunos sistemas de captación de agua de lluvia también extraen con el agua materia orgánica del área de captación incrementado la fertilidad del área de cultivo (almacenamiento).

Control de Malezas:

La maleza es un problema debido a las condiciones de crecimiento favorable de donde se concentra el agua. Se presentan al comienzo de la estación por lo tanto el deshierbe temprano es adecuado porque éstas compiten con el cultivo

Captación del agua de niebla

Este sistema de captación cobra singular importancia en terrenos de gran altitud, donde los problemas de aridez son extremos, y la única fuente de agua son las minúsculas gotas suspendidas en la niebla, y gracias a esto se pueden desarrollar pastizales de altura que son pastoreados por el ganado

Se basa en oponer una resistencia al avance de la misma, para que condense y se pueda recolectar el agua.

Entre las características importantes del sistema, cabe destacar que la niebla se presenta durante todo el año en estas zonas y que además es la única fuente de agua disponible puesto que las napas subterráneas suelen estar salinizadas.

Gracias al agua aportada por la neblina se pueden desarrollar pastizales de altura que son pastoreados por el ganado

La tecnología se basa en dos instrumentos, uno de ellos es el neblinometro, el cual sirve para medir la potencialidad de un lugar y el otro es el captador, el cual como su nombre lo dice permite captar el agua en suspensión.

Características de los sistemas de cosecha de agua de niebla.

??Estabilidad. Se presenta la mayor parte año

??Única fuente alternativa para regiones de gran altitud.

??Altitud. El hecho de contar con este recurso en la cima de los cordones montañosos no

requiere de energía para su extracción ni conducción, pudiendo dirigir el agua hacia los

sectores deseados sin mayores dificultades.

??Bajos riesgos de contaminación, en comparación a otras fuentes de agua.

??Permite un mejor manejo de los recursos naturales de altura, en el entorno inmediato

donde se presentan las neblinas.

Conclusión

La cosecha de agua es una alternativa importante para las zonas con déficit hídrico, a pesar de que puede requerir una elevada inversión inicial, es una estructura perdurable, fácil de mantener, que no requiere energía y es flexible para las diferentes regiones.

Este sistema es una fiel aplicación del CACU, puesto que realiza la captación en un área especifica donde se favorece la escorrentía, el almacenamiento en microrepresas, tanque, diques, etc., la conservación se realiza impidiendo la infiltración profunda en el dique y la evaporación, y el uso eficiente se hace mediante canales u otro sistema de riego.

Es un sistema fácil de planificar, realizando un levantamiento prolijo del terreno y mediante cálculos simples se pueden ajustar las diferentes áreas de acuerdo a la necesidad de cada zona, de cada cultivo y de cada productor.

Bibliografía

• Manual de captación y aprovechamiento del agua de lluvia, experiencias en América Latina; FAO, Año 2000.

• Cosecha de agua, una práctica ancestral Manejo sostenible de las praderas naturales, Yordy Santa Cruz Cárdenas, 2008.

• Guía de diseño para captación del agua de lluvia, Unidad de Apoyo Técnico en Saneamiento Básico Rural, Perú, 2001.

• www.Inta.gob.ar

Autor:

Arévalo, Ana

Guzmán, Constanza Anabel

Monasterio, Diego

Oyola, Luis

Profesores:

Ing.Agr. Carlos Gómez Bello

Ing.Agr. Horacio Andrada

Ayudante diplomado:

Ing. Agr. Sixto Viale

Universidad Nacional de Catamarca

Facultad de Ciencias Agrarias

Cátedra de Uso y Manejo de suelos

Fecha: 4/06/2013