community rainfed water supply systems for multiple purposes

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XI IRCSA CONFERENCE -- PROCEEDINGS
COMMUNITY RAINFED WATER SUPPLY SYSTEMS
FOR MULTIPLE PURPOSES
E-mail: [email protected] o [email protected].
Mario Héctor Basán Nickisch
Ingeniero en Recursos Hídricos, Master en Ingeniería de Regadíos
Calle Bélgica 1907 – Barrio Los Inmigrantes
(4200) Santiago del Estero, Argentina
TE / FAX: 0054-385-4224430/4730/4596 interno 33 (INTA)
TE: 0054-385-4224925 ó 0054-0385-156097162 (particulares)
Summary:
This paper describes water supply systems that handle rainfall along with other sources of
water in arid and semiarid environments. The objective of these systems is to definitely solve
the dryland farmers problem of insufficient quality and quantity of water for human and
livestock consumption and for irrigation of vegetable gardens and forage crops.
Historically, towns and settlements in arid and semiarid regions of northwestern Argentina
have relied on wells and/or taken advantage of rainfall to supply water into community
reservoirs. However, it has been demonstrated that in this type of systems water quality
and quantity is not enough for fulfilling year-round demands because their little holding
capacity. They soon dry out, specially during the months of higher demands. When this
happens, people have to supply water manually from the wells, 3 to 8 hours per day.
Sometimes, water of doubtful quality has to be bought at very high prices. Scarcity of
water also cause reduction of the herd size or weight loss in animals.
In order to solve this problem, the Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, a federal
agency, developed water supply systems whose primary aim was to improve the traditional
systems described above. Due to the precarious infrastructure, systems have simple designs,
are cost effective, time enduring and easily adopted by the farmers. They also build the
supply systems themselves.
The improved water supply systems are composed by:
-
a rainfall catching area;
an input area, consisting of a sediment decanter and an energy dissipater;
one or several water reservoirs;
one or several wells, located near the reservoirs;
water mills and/or pumps, that use some source of renewable energy;
water towers;
slow speed filters;
chlorine dosifiers;
water troughs for livestock;
drip irrigation facilities;
fencing.
Introducción:
Las poblaciones rurales de secano en regiones semiáridas y áridas del noroeste argentino
históricamente se han abastecido de represas o balsas alimentadas por agua de lluvia y de
pozos calzados o perforaciones para explotar el agua subterránea, dependiendo de los
períodos hidrológicos y de la época del año.
Salvo honrosas excepciones, este tipo de sistemas ha demostrado falencias, ya sea en
cantidad y/o calidad del agua disponible para suplir las demandas durante todo el año, ya
que por lo general las represas tienen escasa capacidad y sistemáticamente quedan sin
agua durante los meses de mayor demanda (junio-noviembre), mientras que la calidad
hidroquímica de los pozos no permite o dificulta la utilización para determinados usos.
Cuando las represas quedan sin agua los pobladores deben “baldear” manualmente 3 a 8
horas promedio diarias de los pozos anteriormente mencionados para cubrir la demanda de
sus animales y del consumo propio, o en su defecto, comprar el agua de camiones cisterna.
Según encuestas realizadas por el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (I.N.T.A.)
en el Sector, el problema del agua es prioritario, y para suplir esta falencia necesariamente
deben comprar agua a precios elevados con dudosas garantías de calidad, o disminuir el
número de animales, o soportar pérdidas de peso en las majadas y rodeos.
Otro problema no menos grave que se detectó fue la falta de infraestructura necesaria de las
represas para preservar la calidad del agua: alambrados perimetrales, y obras hidráulicas
complementarias a la misma para mantener el volumen útil de almacenamiento.
Objetivos:
Ante este panorama, el I.N.T.A., a través de la Unidad de Minifundio, implementó Módulos o
Sistemas de Experimentación Adaptativa (junto con los Productores), cuyo objetivo primario
fue estudiar y optimizar los sistemas tradicionales comunitarios mediante propuestas de
metodologías que permitan contrarrestar las limitaciones de cantidad y calidad de agua para
usos multipropósito.
Primó el respeto por los sistemas existentes, donde las innovaciones consistieron en
mecanismos y construcciones de manejo del agua simples, eficientes, apropiables, de baja
inversión relativa y perdurables en el tiempo, capaces de ser instalados, manejados y
preservados por los propios usuarios.
El objetivo final fue lograr alternativas de solución de manera definitiva al problema de
carencia de agua en cantidad y calidad en zonas rurales durante todo el año, para consumo
humano, abrevado animal y riego de cultivos con sistemas de alta eficiencia en este tipo de
ambientes.
Metodología de trabajo:
Se implementaron a nivel regional Módulos o Sistemas de Agua en las provincias de
Santiago del Estero, La Rioja y Catamarca, según las prioridades y estrategias de cada
provincia.
En Santiago del Estero se optó por equipar a 2 sistemas de aprovechamiento de agua de
lluvia tradicionales: Las Juntas (Dpto. Guasayán) y San José (Dpto. Avellaneda) con los
elementos necesarios para su funcionamiento y de instrumental para recabar datos básicos
necesarios para el ajuste de las variables hidrológicas intervinientes.
Mapa 1.- Módulos de Experimentación Adaptativa en Santiago
del Estero - Argentina.
Las estaciones meteorológicas automáticas instaladas recabaron datos de intensidad de
lluvia promedio, velocidad y dirección de viento, temperaturas medias, máximas y mínimas.
También se instalaron tanques de evaporación Tipo A, caudalímetros para los mecanismos
de bombeo y se hicieron mediciones diarias de niveles de agua en las represas.
Periódicamente se extrajeron muestras de agua de los pozos para hacer un seguimiento en
la evolución de cada uno de los parámetros hidroquímicos.
Se obtuvieron datos esenciales e inéditos que permitieron conocer y ajustar cada una de las
partes de estos Sistemas de utilización de agua.
Estos Sistemas básicamente constan de:
Figura 1.- Vista en Planta de un Sistema de manejo de agua de lluvia y subterránea con
propósitos múltiples.
a) Un área de captación, cuya magnitud depende del régimen de lluvias imperante en el
lugar, de la demanda a cubrir, de su pendiente, cobertura vegetal y tipo de suelo. Aquí es
donde se “cosecha” el agua de lluvia
y se debe tener especial cuidado en que esta
superficie debe estar protegida fundamentalmente de contaminaciones orgánicas y
agroquímicos.
Dentro del área de captación se deben construir canales encauzadores o regueras hacia el
cuenco receptor, de tal manera de minimizar el tiempo de permanencia en ese lugar y, por lo
tanto, minimizar la infiltración que se produzca, pero siempre previendo velocidades no
erosivas en ese sector para contrarrestar la formación de cárcavas.
b) Un cuenco de almacenamiento (represa o balsa) que acumule el agua obtenida en el área
de captación, cuya función es la de abastecer al Sistema durante todo el año.
El volumen del cuenco es directamente proporcional a la demanda planificada, estudiando
los ciclos hidrológicos de las variables hidrológicas que intervienen, donde se debe evaluar y
prever con precisión la evaporación e infiltración de la superficie de contacto con el agua de
la represa.
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 el cuenco receptor. Esto se activa cuando la curva de remanso llega a un nivel máximo
de almacenamiento a partir del cual los canales encauzadores vierten a zonas más bajas.
Es aconsejable que el cuenco receptor 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.
Se analiza en cada caso si es necesario la impermeabilización de esta superficie, ya que
muchas veces las características hidrogeológicas del lugar permiten la recarga del acuífero
libre y su posterior recuperación.
Figura 2.- Perfil de un Sistema de manejo de agua de lluvia y subterránea
con propósitos múltiples.
Recarga inducida al acuífero a través del piso de la represa.
Este es un caso concreto en el Sistema San José, en San Pablo-Dpto. Avellaneda-Pcia. de
Santiago del Estero - Argentina, donde se profundizó la represa y no se compactó el piso,
para que se recargase el primer acuífero.
Haciendo análisis hidroquímicos periódicos del pozo de extracción se pudo comprobar que
después de los períodos de lluvias mejoraron sustancialmente los parámetros químicos
excedidos (Sulfatos y Sodio) que antes inhibían el uso para consumo humano, tornándola
apta para cualquier uso durante todo el año.
Cuando el tenor salino es demasiado elevado en el agua subterránea, o las características
hidrogeológicas no permiten la formación de una lente de agua dulce, se puede optar por
impermeabilizar el piso y los taludes de la represa.
Si las características del terreno natural no son las adecuadas para una simple
compactación
(terrenos
impermeabilización
con
arenosos)
materiales
geomembranas, bentonita, etc.
se
debe
ajenos
aplicar
al
por
lugar:
alguna
metodología
suelo-cemento,
de
suelo-cal,
c) Los mecanismos hidráulicos de entrada de agua a la represa: Un decantador de
sedimentos, una rápida de ingreso de agua y un disipador de energía.
Estas obras permiten el arribo del agua lograda en el área de captación al cuenco de
almacenamiento con la menor cantidad de sedimentos posible y a régimen necesario para
que no erosione las paredes y el piso de la represa.
Figura 3.- Vista en Planta y de Perfil del Decantador de Sedimentos, la Rápida de Ingreso y
el Disipador de Energía.
d) Pozo/s o cercano/s a la represa que permita/n extraer el agua subterránea y recaptar el
agua infiltrada a través del piso y taludes de la misma.
Figura 4.- Recarga inducida al acuífero a través del piso de la represa.
Esto último siempre es recomendable porque con esa metodología se mineraliza el agua de
lluvia y se desconcentra el agua subterránea, ya que por lo general en estas regiones
alguno/s de sus parámetros químicos inhiben la utilización directa para distintos propósitos.
Otra ventaja importante es que con ello se maximiza el volumen disponible de
aprovechamiento del sistema.
Como beneficios adicionales de la inducción a recargar el acuífero libre se tiene el filtrado
natural, una disminución de la evaporación en el cuenco y una menor temperatura del agua.
En numerosas zonas de Santiago del Estero-Argentina generalmente se utiliza el acuífero
libre, debido a que a mayor profundidad la concentración de sales se incrementa
sustancialmente.
Es frecuente encontrar pozos calzados con madera de quebracho de antigua data que
funcionan normalmente, donde es mayor el número de éstos que el de perforaciones. La
respuesta a la preponderancia de pozos respecto a perforaciones obedece esencialmente a
2 cosas:
- Conocimiento, materia prima y herramientas necesarias para su construcción
tradicionales.
- La baja permeabilidad del acuífero libre, que facilita el ingreso en una superficie
mayor, mientras que hace dificultosa la entrada de agua a través de perforaciones
convencionales.
Dentro de las indicaciones técnicas propuestas de calzados de pozos actuales se
recomiendan:
- Anillos de hormigón armado premoldeados.
- Anillos de hormigón “in-situ”.
- Calzado circular con mampostería, con refuerzos de hormigón armado.
Siempre debe prevalecer la construcción circular, para lograr una distribución uniforme de
presiones internas y externas.
e) Mecanismos de extracción que utilizan energías renovables: eólica o solar, en función de
los ambientes de trabajo, optando en estos Módulos por los molinos, debido a la simplicidad
de su colocación, manejo y mantenimiento, a una inversión inicial sustancialmente menor,
costos de mantenimiento insignificantes y a sus innovaciones tecnológicas que les permiten
un muy bajo umbral de arranque y funcionamiento.
En estos sistemas los mecanismos instalados poseen una máquina que funciona sin
engranajes y tiene un resorte compensador que anula el peso de la varilla. Esto hace que
sus innovaciones tecnológicas son económicamente más eficientes
que los equipos
convencionales utilizados hasta el momento. Funcionan con mínima velocidad de viento, con
un umbral de arranque de 2 a 3 Km/hora.
Poseen un regulador de marcha, de manera tal que ante vientos excesivos automáticamente
se cierran, preservando su integridad.
La bomba del molino posee una pieza adicional: un pulmón regulador de presión de bombeo,
que hace que el chorro de agua sea continuo, sin golpes, lo cual contribuye también a
aumentar la vida útil de la bomba y de la varilla.
Estos mecanismos de extracción de agua son esenciales para que los animales no tengan
que abrevar directamente de la represa, algo muy generalizado en la región, con todos los
trastornos que eso ocasiona: contaminación del agua almacenada y deterioro de la
infraestructura.
Otras ventajas de estos mecanismos de bombeo son que permiten la extracción del agua de
fuentes distintas: represa y pozos cercanos, lo cual facilita la dosificación de agua para lograr
el vital elemento con las concentraciones de sales óptimas para cada uso, y permiten extraer
el agua de los pozos o perforaciones con mínimos riesgos de sobreexplotación.
f) Cuando las condiciones lo permitan, deben instalarse en antepozos:
Figura 5.- Disposición de los elementos del molino en el antepozo.
El antepozo presenta varias ventajas:
-
Preserva una mayor estanqueidad de la fuente de agua del acuífero.
-
Permite hacer las limpiezas periódicas del pozo de explotación sin ningún
impedimento físico.
-
Permite el fácil acceso a las llaves de manejo de flujo (esféricas) para cambiar la
fuente de aprovechamiento (acuífero o represa) sin ningún riesgo para el operario.
-
Se minimizan los riesgos de accidentes para el operario que efectúa el
mantenimiento periódico de la bomba del molino.
g) Un sistema que permita la extracción de agua de la represa por el molino:
Figura 6.- Prefiltro y cámara de extracción de agua de la represa.
El prefiltro realiza un primer filtrado del agua de la represa. para que la bomba del
molino no sufra obstrucciones, compuesto por gravas de pequeño tamaño.
La cámara de extracción puede construirse de mampostería o anillos premoldeados,
y este es el lugar desde donde el molino extrae el agua de la represa.
h) El sistema de potabilización de agua para el consumo humano consta de un mecanismo
de filtración de agua y de un dosificador de cloro automático para caudal discontinuo,
terminando en un depósito estanco sobreelevado.
Como primera medida se elimina la turbiedad del agua mediante un filtro lento, con
las siguientes características:
Figura 7.- Filtro lento de arena. Vista en Planta y Perfil
Transversal.
Su superficie es directamente proporcional a la demanda del consumo humano de la
Comunidad, previendo que el espesor del manto filtrante (arena) sea igual o superior a 0,60
m, con una velocidad de pasaje de 0,10 a 0,15 m3/m2.hora, el cual tiene un manto de sostén
(grava o ripio), cuyo espesor mínimo es de 0,30 m.
El diseño de circulación del agua hace que permanezca inalterada la película biológica que
se forma en la superficie de filtración, contribuyendo a la eliminación de agentes patógenos
antes de producirse el filtrado.
Es necesario primero clarificar el agua para que el cloro actúe de una manera eficiente.
El dosificador de cloro o clorinador automático debe funcionar bajo dos premisas:
- con caudal variable, debido a que el molino extrae agua en función de la velocidad
del viento, que no es constante.
- sin electricidad, ya que normalmente en las zonas que se lo implementa se carece
de tendido eléctrico convencional.
Actualmente se encuentran en funcionamiento 2 tipos de dosificadores en estos sistemas:
-
con pastillas de cloro, que aplican el principio de Venturi para la dosificación,
más elementales y menos costosos:
Figura 8.- Dosificador de cloro con pastillas.
- con cloro líquido, más elaborados, con mayor precisión, y más costosos.
Figura 9.- Dosificador de cloro líquido sin electricidad.
Los dos sistemas han demostrados prestancia en su funcionamiento, destacando que suele
resultar dificultoso conseguir las pastillas de cloro en determinadas épocas del año.
Se aconseja un depósito sobreelevado estanco para almacenar el agua tratada, cuyas
dimensiones deben estar acorde a la demanda prevista y a los días sin viento consecutivos.
El hecho de estar sobreelevados permite la distribución de agua por gravedad.
i) Un sistema de abrevado para los animales, compuesto por un tanque australiano y
bebederos.
El volumen del tanque australiano deberá calcularse de acuerdo a la cantidad y tipo de
animales a abastecer, teniendo en cuenta los días sin viento consecutivos en la zona.
Normalmente, se los construye con placas premoldeadas de hormigón armado donde el piso
puede hacerse con membrana impermeabilizante, suelo cemento, ladrillos y lechada de
cemento, hormigón armado o cualquier otro material que garantice la estanqueidad. Esto
último es muy importante porque de producirse pérdidas puede colapsar el terraplén soporte
sobre el cual normalmente se los construye, y con ello la destrucción de esta infraestructura.
Figura 10.- Detalle de las placas premoldeadas y del piso de
hormigón armado.
El tanque australiano se lo instala sobreelevado a una altura tal que permita el llenado de los
bebederos por gravedad, de acuerdo a la topografía del terreno y a la distancia que se
encuentren.
El número de cuerpos, la cantidad y ubicación de los bebederos va a depender de la
planificación del campo que se pretenda abastecer y del número y tipo de animales.
Para un funcionamiento automático se los dota a cada cuerpo de bebederos con un flotante
y cubre flotante.
Es conveniente el cercado perimetral de cada cuerpo de bebederos para efectuar el manejo
de la hacienda (curaciones, vacunas, etc.) así como cada una de las partes del Sistema.
j) Para el riego de forrajes o de huertas familiares se instalan sistemas de alta eficiencia,
como por ejemplo el riego por goteo, con mecanismos simples de filtrado y con extensiones
limitadas de longitud de cintas para mantener el coeficiente de uniformidad en los límites
permitidos.
k) Sistemas de distribución de agua tratada y no tratada a cada familia mediante 2 grifos por
casa.
Como las casas se encuentran alejadas unas de otras en estos Parajes la inversión puede
ser significativa, por ello se recomienda cañerías de PVC con el menor diámetro posible,
teniendo en cuenta las pérdidas de carga.
Todo lo expuesto anteriormente se encuentra implementado en 7 Comunidades mediante
Sistemas Integrales de Abastecimiento de Agua en el Proyecto Garza / Robles de la Unidad
de Minifundio del I.N.T.A. en la Pcia. de Santiago del Estero, Argentina, los cuales funcionan
a la demanda. Un ejemplo de ello:
Figura 11.- Sistema de aprovechamiento de agua de lluvia complementada
con agua subterránea del Paraje Paaj Rodeo,
Pcia. de Santiago del Estero, Argentina.
Conclusiones:
Se ha evaluado técnica y socialmente que estos Sistemas constituyen una alternativa válida
para solucionar las demandas de agua en Comunidades Rurales con diversos fines
mediante metodologías simples, eficientes, perdurables en el tiempo y respetuosas del
medio ambiente, que necesitan una relativa baja inversión inicial y muy bajos costos de
mantenimiento.
Se han respetado los sistemas tradicionales de usos y costumbres de utilización de agua en
sistemas comunitarios de estas regiones, ajustando aquellas variables que permitiesen
garantizar la cantidad y calidad demandada.
Se han implementado mecanismos cuya instalación, manejo y mantenimiento puedan ser
realizados por los propios beneficiarios.
Se capacitó a los Grupos beneficiados en Organización Comunitaria, en temas técnicos que
hacen a la obra, en enfermedades hídricas y modos de prevención, como una premisa para
garantizar la concientización e intervención de los integrantes de estos Sistemas.
Referencias:
Bavera (2.001) “Manual de Aguas y Aguadas para el Ganado” 2da. Edición.
Basán Nickisch (2.000) “Aprovechamiento de Agua de Lluvia en Zonas Semiáridas y Áridas
con Propósitos Múltiples”, trabajo presentado en el XVIII Congreso Nacional del Agua, en
Santiago del Estero, Argentina.
Basán Nickisch (1.997), “Proyecto Agua Meteórica – Informe Final de Experimentación
Adaptativa”, Biblioteca INTA-EEA Santiago del Estero, Argentina.
Rodrigo López, Hernández Abreu, Pérez Regalado y González Hernández (1.997)
“Riego Localizado I y II” 2da. Edición en Mundi-Prensa
Seminario Taller INTA-INCUPO (1.996) “Aplicación de Energías Renovables para el
Desarrollo Rural” Editado por la Unidad de Minifundio del INTA.
Anaya Garduño (1.994) “Captación in-situ del agua de lluvia para la agricultura de temporal”
del Instituto de Recursos Naturales del Colegio de Postgraduados de Montecillo, México.
Schulz y Okun (1.990) “Tratamiento de Aguas Superficiales para Países en Desarrollo”.
Noriega Editores
IRYDA (1.985) “Manual Técnico Nº 2: Diseño y construcción de pequeños embalses” del
Ministerio de Agricultura, pesca y Alimentación de España.

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