El aire y el agua son sin duda, los elementos naturales más indispensables para el hombre. El aire lo es de manera inmediata e inaplazable. El agua, también de forma imprescindible, pero aplazable dentro de ciertos límites. El aire se obtiene sin esfuerzo, en todas partes y sin restricción. El agua tan solo existe en ciertos sitios y en cantidad variable de unos momentos a otros. Por ello se comprende que todas las civilizaciones, hayan dependido siempre de los lugares donde había agua, y con tanta mayor sujeción a ella cuanto más desarrolladas.

El ingenio humano ha permitido que los hombres puedan vivir lejos de los cauces naturales llevando el agua desde ellos a los centros de consumo. Esta independencia creciente del lugar de consumo respecto a la fuente, conseguida gracias al avance técnico de las obras de transporte del agua, es la que ha permitido la extensión geográfica y el desarrollo de la humanidad.

Para el hombre de hoy el agua es todavía más indispensable porque a sus necesidades naturales ha añadido un sin número de exigencias artificiales para su comodidad, placer y trabajo, por lo que la civilización actual sería inconcebible sin las obras hidráulicas.

Lo que sí ha ocurrido, ocurre y ocurrirá es que las obras hidráulicas van transformándose según las exigencias de la civilización, pues si el agua ha sido siempre elemento fundamental para el hombre, la forma de su uso ha variado con el género de vida, pero siempre permanecerá y se acrecentará su uso como tal elemento vital en sí mismo.

Bajo esta denominación se incluyen todas las construcciones que tienen por objeto fundamental modificar de alguna forma el curso natural del agua para hacerla útil al hombre, sea proporcionándosela o protegiéndole contra sus peligros.

De aquí se colige la gran variedad de este tipo de obras, que podemos agrupar según su objetivo funcional en:

• Abastecimientos a poblaciones e industrias.

• Regadíos.

• Mantenimiento de la capa freática.

El agua utilizada puede ser superficial o subterránea.

• Saltos de agua, en todas sus variedades (uso energético)

• Obras para navegación.

• Embalses amortiguadores de crecidas.

• Corrección y protección de cauces naturales.

• Saneamiento y depuración de aguas.

• Embalses y cauces para pesca, recreo o paisaje.

Para lograr cualquiera de las finalidades citadas no suele bastar una sola obra, siendo necesario un conjunto de ellas diferenciadas por la misión que han de cumplir y que son las siguientes:

• Una presa o dique que sirve para elevar el nivel natural del agua en el río al objeto de poder desviarla hacia un cauce artificial. Esta presa suele servir también para crear un embalse que retiene las aportaciones sobrantes en ciertas épocas, guardándolas para las de escasez.

• Una serie de conducciones que sirven para transportarla por estos cauces artificiales hasta el lugar de su utilización.

• Una instalación para su uso: red de abastecimiento, central hidroeléctrica, red de riego, etc.; parte de esta instalación consistirá en obras y otra en maquinaria específica para ese uso (bombas, turbinas, aparatos para riegos, depuración, etc.)

Las presas y conducciones pueden ser a su vez de distintos tipos según el terreno y otras circunstancias. Pero son obras que se usan indistintamente para uno u otro uso e, incluso, pueden tener un objetivo múltiple. La diferenciación debida al uso concreto a que se destine el agua suele estar sólo en la instalación; esta difiere, incluso considerablemente, de unos usos a otros. Por ejemplo, una red de abastecimiento a una población no se parece nada a una central hidroeléctrica; en cambio las presas pueden ser muy parecidas, e incluso servir la misma presa para alimentar una central hidroeléctrica después a una población.

De seguir el ritmo de aumento actual de población, y exigencias del modo de vida, con el consiguiente aumento de exigencia de agua, puede llegarse en un plazo relativamente próximo al límite de las disponibilidades.

De aquí que haya que extremar el buen orden en el uso del agua, tratando de evitar su desperdicio y que su empleo sea el más conveniente. Ello lleva a dos conceptos:

• Tratar que las obras nos sirvan para varios usos, cuando esto sea posible.

• Analizar qué usos han de ser preferidos..

El agua resulta ya escasa para las necesidades previsibles, pero también ocurre que la técnica permite hacer obras de gran envergadura, siendo posible sacar recursos que antes eran inasequibles por su dificultad. Esas obras de envergadura son ya posibles, pero costosas, y hay que obtener de ellas el máximo fruto para hacerlas viables económicamente; de ahí la conveniencia de que se destinen a varios usos.

No todos ellos son siempre posibles simultáneamente. En relación con este punto de vista los usos pueden ser:

• Compatibles (p.e., al crear un embalse para riegos o energía puede crearse en él una riqueza piscícola).

• Complementarios (p.e., un embalse puede alimentar una central hidroeléctrica y a la salida de ésta desviarse por un canal para riego).

• Alternativos o incompatibles (p.e., de una presa se puede derivar agua para regar o abastecer una población; si no hay bastante para ambos usos, lo que se dé para uno irá en mengua del otro).

Cuando hay oposición de usos, la decisión se toma por razones económicas o sociales, según los casos. La legislación prevé una preferencia según la repercusión social: primero abastecimientos a poblaciones, segundo riegos, tercero energía y usos industriales.

Este objetivo de optimización de las obras da lugar a una ciencia que es el Estudio de Sistemas, y que no sólo es aplicable a las obras hidráulicas, sino a otros ámbitos.

El agua se puede usar para muchos fines. Después de usada, no todos ellos la devuelven íntegra ni con las condiciones originales. Según ello, los usos se clasifican como consuntivos y no consuntivos.

El uso hidroeléctrico del agua es no consuntivo. El agua, después de pasar por las conducciones y máquinas, se devuelve al cauce íntegra e invariable en cuanto a sus condiciones físicas, químicas y biológicas. Este uso, lo único que consume es desnivel, pero no agua.

La navegación es también un uso no consuntivo. El agua es solo un soporte para los barcos y lo único que se exige es un calado mínimo y que no rebase una velocidad tope. Sin embargo, la navegación con motor puede afectar a su calidad por lo que en algunos embalses y cauces sólo se permite la vela o remo.

Los riegos consumen parte del agua; de la cantidad total regada solo retornan a los cauces del 0 al 50%. Además, el agua devuelta puede estar cargada de sales disueltas al filtrar.

Los abastecimientos son los grandes consumidores del agua, además, lo recuperado en cantidad resulta totalmente consumido en calidad, pues son aguas fecales en su mayor parte, con grave alteración de sus cualidades físicas, químicas y biológicas.

En cuanto a la industria, estas agua son también consuntivas, bien en cantidad (incorporación del agua al producto fabricado), como en calidad (por su utilización para diluir o transportar residuos). El grado máximo lo constituyen algunas industrias químicas, principalmente las papeleras; el mínimo, las actividades que usan el agua para refrigeración, que la devuelven íntegra, aunque caliente lo que puede influir en las especies biológicas, dificultar su uso posterior en riegos...

Los usos recreativos pueden ser más o menos consuntivos.

Una obra hidráulica significa de por sí una modificación de la naturaleza que puede ser importante, dada la envergadura actual de estas obras. Normalmente, la modificación que provoca del medio natural es favorable: disminución o supresión de crecidas, suministro de agua en períodos de escasez, producción de riegos, energía, etc. Para eso se hace la obra: para lograr un dominio sobre ciertos aspectos desfavorables de la naturaleza, mejorándolos. Pero, aún no buscándolos, pueden producirse otros efectos, unos favorables y otros más o menos perjudiciales.

En primer lugar, una obra produce perturbación en el paisaje: excavaciones, tala de árboles, terraplenes, escombreras... Es una especie de “impuesto” que ha de pagarse por la obra. Normalmente, los efectos beneficiosos obtenidos son tan grandes que los defectos citados resultan despreciables y admisibles. Pero hay casos en los que la conservación de un paisaje determinado es tan importante, que hay que sacrificar a su conservación cualquier otro beneficio. En esos casos se imponen medidas y cuidados especiales en las obras o incluso una reducción y hasta supresión total de aprovechamientos hidráulicos en la zona.

En toda obra debemos tener en cuenta su posible impacto desfavorable en el paisaje y ambientes naturales, paliando en lo posible estas consecuencias negativas. Y en cualquier caso, teniéndolas en cuenta para valorar su coste social, al tomar decisiones de tipo económico.

Pero no todo es paisaje; la obra hidráulica modifica las condiciones del hábitat fluvial y ese cambio implica consecuencias en la flora y fauna circundante. Y estos efectos son favorables en un sentido y desfavorables en otro.

Por último, citemos también que puede haber obras hidráulicas cuyo objetivo directo o principal sea la mejora del ambiente. Concretamente los embalses destinados a mejorar el paisaje, desarrollo de los deportes, recreo, etc. También pueden crearse otros para proporcionar a un cauce contaminado el agua limpia necesaria para su dilución. Y, por supuesto, las obras hidráulicas cuyo objetivo es el saneamiento.

Teóricamente, cabe considerar tres fases en el desarrollo hidráulico de una región o país:

Las cuencas hidrográficas se usan como conjunto y se proyectan las obras de forma que se obtengan usos variados y con la mejor utilización total..

Por eso esta etapa se llama también de aprovechamiento integral-conjunto.

Otra característica de esta etapa es la de tratar de lograr la ampliación de los recursos naturales. Por ello, al estar próxima la superación de las disponibilidades de agua dulce, se empieza a pensar en obtener la del mar por procedimientos especiales previendo ya el momento en que el consumo llegue o supere el 100% de los recursos naturales.

Asimismo, en esta etapa de agotamiento, se reutiliza el agua después de sometida a los oportunos tratamientos físicos, químicos y biológicos.

Es obvio que en un mismo país pueden darse distintos grados de desarrollo en las diversas cuencas hidrográficas.

A las diversas etapas de desarrollo corresponden preocupaciones crecientes por la buena administración de un bien, conforme va siendo más escaso.

Para el desarrollo, tanto en líneas generales como en detalles de dimensionamiento de un proyecto, es necesario apoyarse en una información básica constituida por un conjunto de datos numéricos que, convenientemente tratados, permiten cuantificar de una manera objetiva las estimaciones del proyectista.

La información (aportaciones y caudales instantáneos, mediciones...) debe buscarse en los registros y archivos que, con carácter general, preparan los servicios de la Administración Pública para uso de todos los técnicos interesados.

Los datos disponibles, en general, son de dos tipos: pluviométricos y de aforo.

En nuestro país los datos de aforos son recopilados y publicados por el M.O.P.T. Para cada estación de aforo se publica la relación de caudales medios diarios. Sobre esta relación básica, las publicaciones del M.O.P.T. operan una primera elaboración de la información, consistente en separar los siguientes valores:

• Máximo y mínimo caudal de cada mes.

• Caudal medio de cada mes y aportaciones mensuales.

• Caudal medio anual y aportación anual.

Se dibujan, además, en un gráfico las curvas de caudales diarios y las de caudales acumulados y clasificados.

Es excepcional que estos datos puedan por sí solos ser suficientes por los siguientes motivos:

Será, por tanto, necesario extrapolar datos de estaciones de aforo próximas.

Los inconvenientes reseñados no alteran el hecho de que los datos de aforos son los más directos y fiables, y deben conocerse y analizarse todos los disponibles relativamente cercanos al aprovechamiento en estudio.

Los datos pluviométricos son mucho más numerosos en cuanto a puntos fijos de medida y, también, se remontan a un número de años superior a los de las estaciones de aforo.

En nuestro país, los datos son publicados por el Servicio Meteorológico Nacional, en forma de resúmenes mensuales y anuales, así como con expresión de las máximas intensidades de precipitación; el Servicio tiene igualmente editado un mapa de precipitaciones medias anuales en nuestro país.

Los datos de pluviometría no son utilizables directamente sino que exigen su previa transformación en caudales en el río; la forma de efectuar esta transformación entra de lleno en el campo de la hidrología.

Lo normal y aconsejable es completar los datos de aforos con los de precipitaciones, y muy especialmente en el caso de los estudios de crecidas.

El proceso operativo más general puede ser el siguiente:

Recopilación de datos. En estos se incluyen tanto los de aforo de estaciones próximas como las precipitaciones en todas las estaciones pluviométricas existentes en la cuenca. Deben recopilarse todos los datos que existan.

Formación de series tipo. Tanto a los datos de aforo como de precipitaciones se les debe dar un primer tratamiento que consiste en calcular sus parámetros estadísticos principales y eliminar de las series de datos brutos aquellos en que sea presumible un error de medida.

Un criterio seguido clásicamente cuando se tratan sólo series de caudales, para el establecimiento del año medio, es el de eliminar de la serie total de años el más seco y el más húmedo.

Cuando las series de datos no son muy extensas, se procede a ampliarlas mediante procedimientos estocásticos.

Dibujo de las isoyetas. Las isoyetas, o curvas que unen puntos de igual precipitación en el mismo tiempo, varían con el período elegido al cambiar con éste la distribución de precipitaciones.

Uniendo e interpolando entre puntos como si se tratara de curvas de nivel y con la necesaria apreciación para corregir anomalías y tener en cuenta los factores orográficos, se dibujan las isoyetas medias, complementadas en ciertos casos con las de 100, 500, 1000 años, y las máximas realmente medidas en el intervalo en que se disponga de datos.

Los mapas de isoyetas se utilizan para los siguientes propósitos:

• Determinación de la función alturas-precipitaciones, necesaria para el estudio de los recursos energéticos de la cuenca.

• Simulación de crecidas, conjuntamente con las formas de los hidrogramas unitarios parciales de la cuenca, que pueden medirse directamente o bien calcularse.

Paso de precipitaciones a aportaciones. Correlación entre cuencas parciales o próximas. Un paso fundamental del estudio hidrológico es el de los datos de precipitación a caudales y aportaciones. Las fórmulas a utilizar serán las que más se adapten a la región en que se realiza el estudio, de manera que podamos completar la fórmula del balance hídrico:

Como las fórmulas más usuales recordamos las de COUTAGNE, TURC, SÉLLER Y BECERRIL.

Fórmula de Coutagne.

Siendo:

•  = 1/(0,8+0,14T)

• 1/(8) < P < 1/(2)

• D = evapotranspiración en m.

• T = temperatura media anual ºC.

• P = precipitación anual en m.

Para precipitaciones inferiores a 1/(8) la escorrentía es nula.

Si las precipitaciones son superiores a 1/(2) el déficit de escorrentía es prácticamente independiente de P e igual a 1/(4) = 0,20+0,035T.

Fórmula de Turc.

E y P = evapotranspiración y precipitación medias en mm.

L = 300+25 T + 0,05 T2

T = temperatura media en ºC.

Fórmula de Séller.

Muy empleada en Europa Central.

A = aportación

a = varía entre 0,884 y 1,000

b = varía entre 350 y 460

siendo los valores medios:

A = 0,942 P - 405 mm.

E = 0,058 P + 405 mm.

Fórmula de Becerril.

De las observaciones realizadas sobre un gran número de ríos españoles, el profesor Becerril deduce que el coeficiente de escorrentía se puede expresar por la fórmula:

Siendo P la precipitación media anual en mm. y  un coeficiente que engloba las características de cada cuenca. Según esto, la aportación viene dada por:

A y P en mm.

El valor del coeficiente  oscila entre 0,007 y 0,020 y en cada caso convendrá determinarlo sobre una serie de datos conocidos. Los obtenidos por Becerril varían para las distintas regiones españolas.

La aportación de una cuenca vendrá dada por:

En donde:

• A = aportación total de la cuenca en Hm3.

• Si = superficie en Km2 de cada una de las zonas en que dividimos la cuenca.

• Pi = precipitación en mm. en cada una de las zonas.

Esta misma expresión sirve para determinar el valor de  conociendo la aportación de la cuenca en un punto y las precipitaciones de dicha cuenca.

La comprobación o el ajuste de los resultados obtenidos debe realizarse siempre, por correlación estadística entre los resultados de la cuenca que se estudia y los de una cuenca próxima limitada por una estación de aforos, cuenca en la cual se conocen para una serie de años, las leyes de precipitaciones y aportaciones correspondientes, pudiéndose establecer la ley que las relaciona, la cual será aplicable siempre que las características de : extensión, pendiente media, precipitación media, vegetación y geomorfología sean comparables.

El balance hídrico fundamental indica que las precipitaciones se convierten en aportaciones (escorrentía) y evapotranspiración.

Analizando con más detalle el balance, nos encontramos con que las principales etapas que recorre el agua en el mismo son las siguientes:

• Precipitación.

• Evaporación.

• Transpiración.

• Humedad del suelo en la zona no saturada.

• Escorrentía superficial.

• Flujo a través de la zona no saturada; precolación y elevación capilar.

• Flujo del agua freática: drenaje y filtraciones.

Para estudiar la vida vegetal interesa fundamentalmente conocer el comportamiento del agua en el suelo dentro de estas etapas.

El nivel freático, separa la zona saturada de agua del suelo de la zona no saturada de agua.

Por encima del nivel freático existe una franja capilar casi saturada, en la que el agua está en contacto con el nivel freático y sostenida por elevación natural.

El agua que está debajo del nivel freático recibe el nombre de agua freática y se define como la masa de agua que existe en un suelo en el que todos los poros están saturados de agua.

Para conocer las posiciones del agua en un determinado suelo se realizan sondeos en el mismo. El agua fluye dentro de estos sondeos hasta que se alcanza un nivel de equilibrio, en el que la presión del agua es igual a la presión atmosférica, y precisamente este nivel es el que hemos llamado nivel freático.

Para observar las variaciones de la capa freática a lo largo de un cierto período de tiempo se utilizan los piezómetros, que son pozos de observación que alcanzan el nivel más bajo que se espera en el período, y que se revisten con tubos perforados.

Las posiciones límite de la capa freática en un suelo se pueden detectar también por otras características. Por debajo del nivel mínimo de la capa freática no hay oxidación, esto se traduce en que los suelos arcillosos presentan tonos azulados y las turbas tonos pardos claros. En las zonas de oscilación de la capa freática, donde alternan los fenómenos de oxidación y reducción, son frecuentes las manchas negruzcas de manganeso.

En la zona no saturada, el agua está sometida a la acción del potencial mátrico del suelo, que es una presión negativa (succión), resultante de la combinación de las fuerzas capilares con las fuerzas de absorción de las partículas del suelo. Por lo tanto la presión del agua en cualquier punto de la zona no saturada es menor que la presión atmosférica, lo cual significa que se requiere una succión para poder extraer agua de dicha zona no saturada.

El agua es fundamental en el aspecto biológico de la planta, pero no hay que olvidar su importancia como vehículo de las demás sustancias nutritivas que contiene el suelo, interviniendo, además, en las reacciones químicas que se producen en la hoja.

Existe, además, otro aspecto del agua en la vida de las plantas, cuya importancia es esencial para el desarrollo de las mismas, y que es el papel regulador en los fenómenos químicos y microbiológicos que se producen en el suelo.

Durante el desarrollo del ciclo agrohidrológico el comportamiento del agua en el suelo no es estático; cuando el agua de riego o lluvia entra en contacto con el terreno se verifica en primer lugar su precolación desde los estratos superiores hacia los inferiores; en esta fase, los macroporos y microporos del suelo se llenan de agua siendo expulsado el aire. En fase posterior los macroporos de aquellos estratos que ya han sido atravesados por el agua se llenan nuevamente de aire, mientras que los microporos quedan todavía saturados de humedad. Después de un cierto tiempo, bajo la fuerza de absorción de las raíces de las plantas, esta humedad se reduce gradualmente dejando que el aire llene de nuevo, en todo o en parte, los espacios vacíos de los microporos.

Como consecuencia del fenómeno descrito los procesos aerobios y anaerobios se alternan continuamente en el terreno, asegurando a las plantas un continuo aprovechamiento de elementos nutritivos asimilables.

Cuando la humedad del terreno se agota, la microflora aerobia favorece la rápida oxidación de los componentes orgánicos y minerales del suelo, pero por carencia de agua estos elementos no pueden ser absorbidos por la planta.

Por el contrario, si el agua ocupa los poros del terreno durante un tiempo prolongado, la circulación del aire no existe, con el consiguiente fenómeno de asfixia de las raíces y fermentación anaerobia.

El conocimiento hidrológico del terreno y de la distribución de la humedad en el suelo constituye un factor determinante para el logro de las mejores producciones tanto en cultivos de secano como de regadío.

La determinación de las cantidades de agua que necesitan las plantas para su nutrición representa el aspecto más importante de la problemática del riego; tanto desde el punto de vista biológico como económico.

Está comprobado que la cantidad de agua absorbida por las plantas es sólo una mínima parte del consumo total (" 1%), mientras que la porción más importante se elimina por evaporación del agua de la savia bruta y su emisión a la atmósfera en grandes cantidades a través de los estomas (transpiración).

Los factores que intervienen en la transpiración son los siguientes:

• Factores de la especie vegetal; la densidad de estomas varía de 1 a 10 según el tipo de plantas.

• Factores de crecimiento de las plantas. A mayor edad, mayor número de hojas y mayor transpiración.

• Factores climatológicos; temperatura, radiación solar, pluviometría, humedad del aire, velocidad del viento.

• Factores de luminosidad; la diferencia de transpiración con luz a transpiración en oscuridad puede variar de 1 a 50.

Paralelamente al consumo de agua exclusivo de las plantas, se produce un fenómeno de consumo de agua directamente en el terreno, y este proceso viene influenciado por los siguientes factores:

• Factores de orden climático; temperatura, radiación solar, pluviometría, humedad del aire, velocidad del viento.

• Factores dependientes del suelo; textura, estructura, porcentaje de sustancias orgánicas...

• Factores de orden hidrológico; pH del suelo, profundidad de la capa freática.

• Factores de orden agrofitológico; labores del terreno, cobertura vegetal, etc.

Se denomina evapotranspiración a la suma de los dos fenómenos antes expuestos, y se conoce internacionalmente por las siglas E.T.

Dentro de este concepto se llevan a cabo dos distinciones:

• Se llama evapotranspiración actual a la cantidad de agua realmente consumida por un terreno cultivado de acuerdo con las disponibilidades de agua.

• Se llama evapotranspiración potencial a la cantidad de agua que podría consumir un terreno cultivado en condiciones óptimas, al cual se suministrara agua según sus necesidades. Todos aquellos terrenos cultivados que tengan una evapotranspiración potencial son deficitarios de agua, y precisamente la diferencia entre los dos tipos es la necesidad de riego.

Hay gran cantidad de métodos propuestos para deducir la evapotranspiración potencial. Todos son experimentales y se pueden agrupar en cuatro categorías:

• Métodos basados en la correlación entre la evapotranspiración y la temperatura.

• Métodos basados en la correlación entre la evapotranspiración y la evaporación.

• Métodos basados en la correlación entre la evapotranspiración y el déficit de humedad del aire.

• Métodos basados en el balance energético de las radiaciones solares.

Todos estos métodos determinan en general la evapotranspiración potencial sin tener en cuenta el tipo de cultivo.

La evapotranspiración potencial se representa por una curva de necesidades de agua de la planta a lo largo del ciclo vegetativo.

Los métodos que el hombre ha empleado se pueden clasificar en dos grandes grupos: los que actúan sobre el consumo de agua de terreno y los que actúan modificando el régimen de aportaciones. Dentro del primer grupo destacan el empleo de abonos orgánicos para modificar la estructura del suelo y aumentar así la capacidad de retención del mismo, incrementando de este modo el efecto regulador, y el barbecho para reducir la evaporación al impedir la ascensión capilar del agua.

Las aportaciones de agua se han conseguido en algunas ocasiones mediante la lluvia artificial, pero el principal procedimiento utilizado dentro de este grupo ha sido y es el de los regadíos.

El riego es la aportación de agua al suelo, compensando el déficit de precipitaciones. Por lo general, esta aportación no se realiza de modo continuo, sino que por razones de tipo técnico y económico, hay que llevarla a cabo periódicamente, aprovechando la capacidad de retención de agua que tiene el suelo.

Por tanto, al efectuar el riego se aplica una dosis de agua al suelo de un modo muy rápido y casi siempre con un exceso de agua sobre la necesaria para alcanzar la capacidad de campo. Es fundamental la eliminación de esta agua sobrante, ya que en caso contrario se iría acumulando en el suelo con la consiguiente elevación de la capa freática y los correspondientes perjuicios a los cultivos ante la falta de aireación de las raíces.

Así pues, el drenaje consiste en eliminar el excedente de aguas de riego o lluvias, controlando la capa freática. Por regla general, los terrenos tienen buen drenaje interno; en caso contrario hay que disponer una red de drenaje interno para eliminación de agua en exceso.

La necesidad de drenaje se ve aumentada en el caso de riego de suelos salinos o de empleo de aguas salinas. En caso de suelos salinos se hará necesaria una dosis suplementaria de riego para el lavado del mismo, con lo cual se ven incrementadas las necesidades de drenaje. En caso de aguas salinas, el agua que se evapora deja en el suelo las sales que lleva disueltas, y habrá que aumentar la dosis de riego para volver a disolver las sales.

Por tanto, riego y drenaje están íntimamente ligados, siendo consecuencia el uno del otro.

Toda transformación en regadío debe tener en cuenta una serie de factores que condicionan la operación y que son los siguientes:

• El suelo.

• El agua.

• El clima.

• Los cultivos.

• Los regantes.

• La estructura de la propiedad.

• el suelo. PROPIEDADES.

El suelo se utiliza en regadío como depósito de las aportaciones de agua. Desde este punto de vista, presentan interés diversas propiedades del suelo entre las que destacan las siguientes:

• La textura o composición granulométrica del suelo. Los finos del suelo intervienen en las reacciones químicas que se producen.

• La estructura, que es el modo como se disponen las partículas terrosas en contacto entre sí. La estructura influye fuertemente en los demás factores físicos del suelo así como, en las características químicas y biológicas.

• La porosidad, íntimamente ligada a las anteriores, y que consiste en el volumen de huecos que existen en el suelo. Su influencia es muy grande en la capacidad del campo.

• La densidad, que está relacionada con el contenido de materia orgánica. A mayor densidad, menor contenido de materia orgánica.

• La capilaridad, que influye en las posibles aportaciones de agua de la capa freática.

• La plasticidad. A mayor plasticidad, mayor porcentaje de humedad.

• La permeabilidad influye decisivamente en la práctica del riego, ya que es el factor que determina la capacidad que tiene el suelo para absorber una aportación de agua en un tiempo dado. Se mide en cm/hora y sus valores se clasifican desde 0,1 cm/h. (muy lenta), hasta 25 cm/h (muy elevada).

Del conjunto de estas propiedades depende la aptitud de un suelo para su transformación en regadío, siendo la permeabilidad la que más importancia tiene. El resto de las propiedades influyen más bien en la capacidad del suelo para retener la humedad. De un modo general esta capacidad aumenta con el porcentaje de finos, a la vez que desciende la permeabilidad.

• el suelo. clasificación.

Para regular su empleo en regadíos los suelos se clasifican previamente. Las clasificaciones que hoy día utilizan los edafólogos se pueden reunir en dos grandes grupos:

• Clasificaciones basadas en las características de formación de los suelos, que se apoyan en los orígenes de dichos suelos (Kubiena y Baldwin son las más conocidas).

• Clasificaciones basadas en las características del perfil de un sondeo del suelo (Storie y 7ª aproximación USDA son las más usadas).

Desde el punto de vista de los regadíos resulta más interesante la clasificación de suelos del Bureau of Reclamation (BOR), que tiene en cuenta no sólo las características fisioquímicas de los suelos, junto con la topografía y el drenaje, sino que también considera sus producciones estimadas en regadíos por lo cual sirve para los trabajos de planificación. Por otra parte, esta clasificación es la más utilizada y conocida por todos los técnicos. En esta clasificación los suelos se ordenan de mejor a peor en seis clases, a las cuales se les asigna un color de acuerdo con la siguiente escala:

Clase	Color
I	Amarillo
II	Verde
III	Azul
IV	Marrón
V	Rosa
VI	Sin color

La clasificación tiene en cuenta las características del suelo, la topografía y el drenaje. Las clases I, II y III son regables, la clase IV es regable con fuertes deficiencias, la clase V necesita estudios complementarios para conseguir su puesta en riego y la clase VI no es regable.

La clasificación del B.O.R. tiene tres niveles de detalle: estudios de reconocimiento, estudios semidetallados y estudios detallados.

• el agua de riego.

El agua utilizada para riego contiene normalmente una cantidad apreciable de sales en disolución y elementos sólidos en suspensión.

Según la cantidad y clase de elementos sólidos en suspensión el agua podrá influir en el método de riego a elegir y, si éste es la aspersión y sobre todo si es riego localizado, la calidad del agua determinará la clase de tratamiento filtrante necesario.

Según la cantidad y clase de sales disueltas que contenga el agua se podrán producir reacciones químicas con el suelo que afectarán de forma más o memos perjudicial a la relación suelo-planta, pudiendo provocar los siguientes problemas.

• Salinidad.

• Permeabilidad.

• Toxicidad.

• Efectos diversos.

Los problemas de salinidad afectan fundamentalmente sobre la disponibilidad de agua para el cultivo. En efecto, las sales disueltas en el agua de riego se van concentrando en el suelo a medida que las plantas y la evaporación van sustrayendo el agua. Una excesiva acumulación de sales aumentará el potencial osmótico del agua y la energía que necesitaría emplear la planta para succionar el agua se ve mermada por la que tiene que emplear para vencer el potencial osmótico. Como consecuencia la salinidad del agua afecta a la disponibilidad de la misma para las plantas, exigiendo un alto contenido de humedad en el suelo.

Esta salinidad se mide normalmente por medio de la conductividad eléctrica dela gua y se expresa en mmhos/cm. La relación entre la salinidad y la presión osmótica que tiene que vencer la planta como consecuencia de la misma es la siguiente:

Conductividad en mmhos	Presión osmótica en atm.
1	0.3
2.5	0.9
5	1.9
7.5	2.9
10	3.9
20	8.2

Los problemas de permeabilidad se pueden producir debido a la baja salinidad del agua de riego o a la alta proporción de sodio en la misma. En el primer caso, las aguas son corrosivas y tienden a disolver las sales de los suelos causando su dispersión. Una vez evaporada el agua las sales se depositan de nuevo rellenando los huecos del terreno y disminuyendo la permeabilidad. En el segundo caso, que es el más frecuente, se pueden producir reacciones químicas que afecten gravemente a la permeabilidad. El método empleado en laboratorio para evaluar este problema se expresa por el llamado índice SAR (relación de absorción de sodio).

En ambos casos el empleo de esta agua disminuirá la permeabilidad, perjudicando el riego.

Los problemas de toxicidad que puede plantear el agua de riego se deben a la acumulación dentro de la planta de ciertos constituyentes de dicha agua. Los elementos tóxicos que pueden afectar a los cultivos son el sodio, el cloro y el boro.

Además de los problemas indicados el agua de riego puede plantear diversos problemas en relación con el nitrógeno (excesivo crecimiento foliar), el bicarbonato, el pH, etc.

Como consecuencia de todo lo anterior, las aguas que se van a emplear en un regadío deben ser analizadas por especialistas que determinen sobre la conveniencia de su empleo y los condicionantes que pueden imponer tanto al sistema de riego como a los cultivos.

• el clima.

La influencia del clima en un regadío es obvia, condicionando tanto los cultivos a implantar como las cantidades de agua que hay que aportar al suelo. Por lo tanto todo estudio de regadío debe ir precedido de un estudio climatológico que detalle las pluviometrías, las temperaturas e incluso, los vientos de la zona.

• los cultivos.

La influencia de los cultivos en la técnica del riego es evidente, ya que cada uno de ellos tiene el ciclo vegetativo en una determinada época del año y unos consumos de agua específicos. Por otra parte, la profundidad de las raíces, condiciona el espesor del suelo que se puede utilizar como depósito regulador. Además, algunos tipos de cultivo son incompatibles con ciertos sistemas de riego. Por ejemplo, la patata no admite el riego por inundación, ya que se estropea.

Sin embargo, es un hecho comprobado que la mayoría de los terrenos en riego son empleados para un gran número de cultivos y que las necesidades de agua de los mismos se compensan unas con otras, llegándose en las grandes zonas de cultivos múltiples a unos consumos medios bastante constantes.

Estos consumos medios en España, para riegos por gravedad y teniendo en cuenta la eficacia del riego, son los siguientes:

Zona	M3/ha.
Galicia-Norte de España	5.000
Cuenca del Ebro	8.000
Cataluña	8.000
Castilla León	6.500
Castilla La Mancha	7.500
Levante	7.000
Extremadura	9.000
Andalucía	10.000
Islas Canarias	11.000
Islas Baleares	7.000

Estas necesidades de agua pueden servir de base para la redacción de anteproyectos de riego y de estudios de planificación.

De todas maneras, al proyectar una zona de riego es necesario conocer los cultivos que se van a implantar, ya que pueden tener influencia decisiva en el sistema a emplear y, sobre todo, en la capacidad de transporte necesaria en los terminales de las redes.

• los regantes.

El factor humano es el más influyente en una transformación en regadío, pudiéndose contemplar dos aspectos distintos: la aptitud del regante para manejar el agua, y la disposición del mismo para el cambio del sistema de explotación de las tierras.

Deben realizarse siempre unos estudios sociológicos, ya que desgraciadamente son bastantes las zonas en que, disponiendo de agua, no se riega por falta de vocación de los agricultores, o por haber proyectado un sistema de riego poco adecuado a los mismos.

• la estructura de la PROPIEDAD.

El último factor, pero no el menos importante, que influye en un regadío es la estructura de la propiedad, ya que el grado de parcelación de las tierras puede afectar enormemente al sistema de distribución de agua, y si no se tiene en cuenta al redactar los proyectos puede dar lugar a transformaciones en regadío totalmente inoperantes. Desde este punto de vista es más peligroso no tener en cuenta la existencia de un excesivo grado de parcelación, que como queda dicho puede impedir el regadío, que ignorar los grandes latifundios, en los cuales el olvido de este factor de la propiedad sólo puede suponer como mucho el encarecimiento de la transformación.

También hay que considerar la futura forma de explotación de la tierra, ya que las sociedades cooperativas, hoy en expansión, pueden condicionar el empleo de un determinado sistema de riego.

• sistemas de riego.

La técnica del riego dispone de varios sistemas para la aplicación del agua al suelo, por lo que al redactar un proyecto se debe realizar una adecuada elección del sistema de acuerdo con los factores condicionantes descritos en el apartado anterior.

Los sistemas de riego se pueden clasificar en dos grandes grupos:

• Riegos por gravedad.

• Riegos a presión.

Los riegos por gravedad necesitan disponer del agua en el punto más alto de la parcela y a la presión atmosférica.

Los riegos a presión necesitan disponer del agua a una determinada presión que, convenientemente aprovechada, permite aplicar el agua al suelo.

• riego por GRAVEDAD.

Los riegos por gravedad se conocen de antiguo, y constituyen el sistema más utilizado en todos los regadíos del mundo. Se pueden dividir en los tres grandes grupos siguientes:

• Riegos por escurrimiento.

• Riegos por inundación.

• Riegos por infiltración.

RIEGOS POR ESCURRIMIENTO.

Aplican el agua al suelo, haciéndola rebosar de la reguera que domina la parcela, y dejándola escurrir por el terreno hasta alcanzar los puntos bajos del mismo, en donde es recogida por los azarbes o por las siguientes regueras. La superficie dominada por una reguera se llama arriate. La lámina de agua suele ser muy delgada para que no provoque erosiones en el terreno.

Este sistema es aplicable a terrenos con pendientes comprendidas entre el 3-30%, sin que sea necesario llevar a cabo abancalamiento, aunque frecuentemente convenga efectuar una nivelación somera del suelo para eliminar las irregularidades, consiguiendo así una pendiente uniforme.

Se emplea casi exclusivamente para praderas.

Las principales pérdidas de agua en este sistema de riegos se producen por escorrentía superficial, por lo que no se adapta bien a los terrenos impermeables. En cambio se controlan correctamente las pérdidas por precolación.

Dentro del sistema se pueden distinguir 4 métodos de aplicación del agua:

• Método de regueras horizontales. Es el más económico. Funciona bien con pendientes comprendidas entre el 3-10%, aunque su campo de aplicación pueda llegar hasta terrenos con pendientes de hasta el 30%. Consiste en cubrir el terreno con regueras en tierra horizontales y de sección constante. Una vez alimentadas, las regueras desbordarán y el agua se extenderá por el terreno escurriendo hasta alcanzar la siguiente reguera, llenándola y volviéndose a repetir el proceso.

El principal inconveniente de este sistema desde el punto de vista constructivo es el replanteo de la reguera horizontal, que ha de seguir una curva de nivel.

La separación entre regueras depende de la pendiente del terreno y de la permeabilidad del mismo, pudiéndose tomar como separación media la de 8 m. Asimismo, la longitud de la reguera depende de la permeabilidad del suelo, teniendo un valor medio de 30 m, sin que se lleguen nunca a superar los 50 m.

• Método de regueras inclinadas o en espiga. Es una variante del anterior, consistente en emplear regueras rectas, formando un cierto ángulo con la cacera de alimentación y teniendo una cierta pendiente. Como consecuencia, la sección transversal de la reguera es variable y decreciente para poder provocar el desbordamiento del agua con caudales decrecientes.

Se aplica este método a terrenos cuya pendiente está comprendida entre el 3-6%. El método tiene la ventaja de la gran facilidad del trazado de las regueras, pero tiene el inconveniente de que el escurrimiento del agua no es tan perfecto como en el caso de las horizontales.

• Método de planos inclinados o de simple arriate. Consiste en transformar la pendiente del terreno, convirtiéndolo en una serie de planos inclinados con mayor pendiente. La reguera se dispone en la parte alta de cada plano y el desagüe en la parte baja. Este método proporciona mayor eficacia que los dos anteriores, pero tiene el inconveniente del elevado coste del movimiento de tierras.

• Método de dobles planos inclinados o de doble arriate. Es una variante del anterior para disminuir el movimiento de tierras en los terrenos muy llanos. Consiste en disponer planos con pendiente alternativa, ocupando la reguera la arista superior de intersección de los dos planos y disponiéndose los desagües en las partes bajas.

RIEGOS POR INUNDACIÓN.

Llamados también riegos por sumersión, consisten en mantener el terreno inundado para que el agua penetre por infiltración en el suelo. Pueden ser de inundación permanente o temporal.

• Inundación permanente. La tierra permanece inundada durante todo el período de vegetación, variando únicamente la altura del agua en función de la edad de la planta. La inundación permanente exige nivelación total del terreno ( en España se usa casi exclusivamente para el cultivo de arroz).

• Inundación temporal. Llamada también riego a manta, mantiene el terreno inundado durante el tiempo necesario para que la humedad del suelo alcance la capacidad de campo en toda la profundidad útil de las raíces. Con objeto de lograr la mayor uniformidad posible en el reparto del agua se suele dividir el terreno en compartimentos o eras, limitados por pequeños diques de tierra, aunque las tendencias modernas suprimen la construcción de estas eras, consiguiendo así una economía de mano de obra a costa de la uniformidad del riego.

Los riegos por inundación necesitan terrenos bien nivelados, de superficie casi horizontal (30/00 máximo).

Se emplean para caso todos los tipos de cultivos, plantas forrajeras, plantas industriales, cultivos arbóreos, etc.

Las mayores pérdidas de agua se producen por precolación, por lo que estos riegos están indicados en terrenos relativamente impermeables. Por el contrario, las pérdidas por escorrentía son bastante reducidas en este sistema de riego.

RIEGOS DE INFILTRACIÓN.

Los riegos de infiltración o por surcos consisten en aplicar el agua al terreno dejándola escurrir por unos surcos, desde los que se filtra al suelo llegando a las raíces de las plantas que se cultivan sobre caballones elevados.

Este sistema de riego se debe emplear en terrenos de permeabilidad media, ya que en terrenos de permeabilidad reducida las pérdidas por escorrentía son elevadas, mientras que en terrenos muy permeables, las pérdidas por precolación alcanzan grandes valores.

El sistema de riego por infiltración se adapta lo mismo a cultivos herbáceos que a cultivos leñosos.

La aportación de agua a los surcos se suele hacer mediante sifoncillos de PVC.

Los terrenos ondulados pueden regarse con este sistema disponiendo los surcos con la debida inclinación, pero en general, resulta más económico realizar una sistematización previa del terreno, con pendientes parecidas a las del riego a manta y disponiendo los surcos en el sentido de la máxima pendiente.

• riego a presión.

Los riegos a presión son relativamente modernos. Se pueden dividir en los dos grupos siguientes:

• Riegos por aspersión.

• Riegos localizados.

RIEGOS POR ASPERSIÓN.

Consisten en aplicar el agua al suelo en forma de lluvia. Esto se consigue a través de unos mecanismos denominados aspersores, que transforman la energía de presión en energía cinética, dándole salida a través de una tobera. Se aprovecha también la energía del agua para hacer girar el aspersor, que de esta manera barre un campo casi siempre circular.

Según la presión necesaria en tobera, los riegos por aspersión pueden ser de baja presión (1.5-3 atm.), de media presión (3-5 atm.) y de alta presión (más de 5 atm.).

En función del diámetro de la tobera y de la presión en la misma, los aspersores tienen un caudal y un alcance variables, así como también es distinto el tamaño de la gota de agua. Hoy día existe una gran gama de aspersores que permiten al proyectista seleccionar el modelo más adecuado en función del tipo de terreno y de la economía del riego.

Una red de aspersores puede cubrir el terreno a regar de diversas maneras, según se dispongan en cuadrado, en rectángulo o en triángulo; y, según los aspersores tengan un campo circular, o solamente sectorial.

Las instalaciones de riego por aspersión consisten en esencia en una red de tuberías que conduce el agua hasta los aspersores. Los diversos tipos de tuberías y aspersores dan origen a múltiples modalidades dentro del sistema, que se pueden agrupar del siguiente modo:

• Equipos móviles. Se instalan sobre el terreno en cada campaña de riegos y se trasladan a lo largo del mismo para suministrar agua a las diversas parcelas de la finca.

• Equipos semifijos. Tienen una parte de la instalación enterrada y fija, y otra parte móvil que se desplaza a lo largo del terreno, conectándola a la tubería fija en diversos puntos de toma.

• Equipos de cobertura total. Todas las tuberías están enterradas y fijas, únicamente se cambian los aspersores.

• Equipos fijos. Toda la instalación, incluidos los aspersores, está fija en el terreno. Pueden funcionar simultáneamente todos los aspersores, aunque lo más frecuente es que se rieguen alternativamente las diversas partes de una finca.

• Equipos mecanizados. Cubren grandes superficies de terreno, desplazándose sobre el mismo por procedimientos mecánicos. Estos equipos son objeto de patentes, existiendo gran variedad de modelos. Entre ellos se pueden destacar las alas regantes, montadas sobre ruedas que se desplazan por arrastre con un tractor o bien mediante pequeños motores conectados al ala. Las plumas, que consisten en una gran viga en doble voladizo, de varias decenas de metros, que sostiene una tubería provista de aspersores y riega girando impulsada por el agua; va montada sobre un carro móvil y se desplaza por arrastre. Los pivotes, que consisten en una gran estructura de varios cientos de metros de longitud provista de aspersores, que descansan sobre apoyos montados sobre ruedas y separados unos 30-40 m., toda la estructura gira sobre un extremo, donde está la toma de agua, mediante motores incorporados a los apoyos. El tiempo de rotación suele ser de 24 h., con lo que se consigue una gran frecuencia de riegos, lo que va en beneficio del cultivo.

Con los equipos mecanizados se pueden regar grandes superficies de terreno con gran ahorro de mano de obra. Como contrapartida, exigen fincas de gran extensión o bien, parcelas agrupadas en sistemas cooperativos.

Las ventajas del riego por aspersión son las siguientes:

• Se pueden emplear dosis de riego menores que en los riegos por gravedad y mucho mejor controladas en su cuantía. Esto se traduce en una mayor economía del agua, mejor rendimiento de los cultivos y sobre todo, permite regar suelos de poco espesor situados sobre un estrato impermeable, que por gravedad no sería regables a causa de la forzosa elevación de la capa freática.

• Mediante el control de las dosis y de la intensidad de lluvia se pueden regar terrenos de alta permeabilidad sin que las pérdidas por precolación sean muy elevadas.

• Las instalaciones pueden utilizarse en invierno para dar riegos de protección contra las heladas.

• En general exige menos mano de obra, y menos especializada, que el riego por gravedad, salvo en el caso de grandes bancales (muy costosos) que permiten el riego con grandes caudales ( más de 100 l/s).

Las desventajas del riego por aspersión son:

• Los costes de instalación son altos, ya que los plazos de amortización de las instalaciones oscilan entre 5 y 20 años.

• Salvo en casos excepcionales, existe un consumo suplementario de energía que cada vez tiene más importancia.

• Se ha de vigilar fundamentalmente el tamaño de la gota de agua para que no provoque apelmazamientos del terreno y no cause daños a las plantas.

• El riego por aspersión pierde eficacia y uniformidad cuando los vientos son intensos.

• Los cambios de postura de los equipos móviles o semifijos son muy incómodos en un terreno regado.

RIEGOS LOCALIZADOS.

Consisten en la aplicación del agua al suelo, restringido a la zona de aprovechamiento de las plantas.

La característica fundamental es que se riega con la frecuencia necesaria para mantener una humedad en el suelo, normalmente por encima de la capacidad de campo en un entorno reducido de las raíces.

Esta técnica de riego difiere esencialmente de la empleada en los demás sistemas, en los cuales se aplica el agua a intervalos bastante grandes y en las dosis necesarias para alcanzar la capacidad del campo, existiendo siempre un cierto período de tiempo durante el cual el terreno está saturado, y siendo por lo tanto necesario, dejar transcurrir un gran intervalo entre dos riegos para que no se produzca la asfixia de las raíces. En el riego localizado el agua penetra lentamente sin llegar a saturar el terreno, lo que permite alcanzar unos altos contenidos de humedad sin que falte aireación a las raíces. Por otra parte está comprobado que en este tipo de riegos una buena parte de las raíces se desarrolla en la zona seca.

Otras características de este tipo de riego son:

• No se moja la totalidad del suelo.

• Se utilizan pequeños caudales a bajas presiones (1-2 atm.).

• El agua se aplica en las proximidades de las plantas con un elevado número de puntos de emisión.

La zona de humedad del suelo correspondiente a cada punto de emisión se denomina bulbo. La forma de este bulbo es estrecha y alargada en los terrenos arenosos, y ancha y corta en los arcillosos.

En las partes superiores del bulbo se produce una acumulación de sal como consecuencia de la pequeña evaporación del agua de riego.

Los riegos localizados se dividen en dos grandes grupos:

• Riegos por goteo. El agua se aplica directamente al suelo con caudales inferiores a 12 l/h. Los puntos de emisión se llaman goteros.

• Riegos por difusores o miniaspersores. El agua se expulsa al aire con caudales superiores a 12 l/h., e inferiores a 120 l/h.

Los consumos de agua en este tipo de riegos se basan también en la evapotranspiración potencial, pero teniendo únicamente en cuenta el porcentaje de suelo ocupado por las plantas, ya que en el resto no se produce consumo de agua.

Las instalaciones de riego localizado tienen siempre una estación de control en la que existe un conjunto de aparatos para medir el agua, filtrarla, tratarla, incorporar fertilizantes, controlar la presión, medir el tiempo de riego, etc.

La superficie regada desde una estación de control se denomina “unidad operacional de riego”. Esta unidad operacional se divide en unidades de riego, en cada una de las cuales se instala en cabecera una válvula volumétrica para determinar la dosis de agua a aplicar.

Cada unidad de riego se divide en subunidades de riego, cada una de las cuales lleva en cabecera un control de presión del agua.

El transporte del agua desde la estación de control hasta los puntos de emisión se lleva a cabo mediante tuberías que reciben las siguientes denominaciones:

• Tuberías principales, son las que transportan el agua desde la estación de control hasta las unidades de riego.

• Tuberías secundarias, son las que llevan el agua a las distintas subunidades de riego.

• Tuberías terciarias, son las que alimentan dentro de una subunidad de riego a las tuberías laterales.

• Tuberías laterales, son las que llevan conectados los emisores.

En los riegos por goteo el emisor del agua se llama gotero y debe reunir las dos cualidades siguientes:

• Caudal pequeño, pero constante y poco sensible a las variaciones de presión y temperatura.

• Orificio suficientemente grande para evitar obstrucciones y colmatado.

Estas dos cualidades son, en cierto modo, contrapuestas, lo que hace muy difícil la obtención de un gotero perfecto, que por otra parte debe ser un aparato de coste muy reducido, ya que el número de goteros instalados por ha., es muy grande. Esto ha hecho que el número de goteros existentes en el mercado sea muy amplio y de características muy diversas, debiendo el proyectista seleccionar entre las existencias para conseguir que las ventajas del gotero sean superiores a sus inconvenientes, ponderando debidamente la inversión inicial y los costes de mantenimiento y amortización sin perder de vista la uniformidad del material, que es muy importante en este tipo de aparatos.

Los difusores o miniaspersores tienen menos inconvenientes que los goteros, al ser su caudal notablemente más grande.

Los riegos localizados suministran agua directamente a las plantas, por lo tanto sus instalaciones dependen del cultivo, de las prácticas culturales y del tipo de emisor elegido.

Las ventajas de los riegos localizados son las siguientes:

• Ahorro de agua (hasta el 50%), mano de obra, abonos y productos fitosanitarios.

• Posibilidad de regar cualquier tipo de terreno.

• Posibilidad de empleo de aguas salinas, dado el alto contenido de humedad que se proporciona al suelo.

• Aumento de la producción y mejor calidad de la misma.

• Disminución de las malas hierbas al no mojar toda la superficie del suelo.

Frente a estas ventajas existen los siguientes inconvenientes:

• Elevado coste.

• Poca flexibilidad del sistema para pasar de un cultivo a otro.

• Necesidad de lavar periódicamente el terreno (4-5 años) para eliminar las sales que se acumulan en los bulbos.

• Posibilidad de obstrucción de los emisores.

• Se necesita una alta especialización por parte de los regantes, ya que este riego es el más tecnificado que existe.

• Se pueden provocar enfermedades en las plantas, favorecidas por la humedad constante de los emisores.

• otros sistemas de riego.

Además de los sistemas descritos existen otros muchos cuyo campo de aplicación es muy reducido o bien se encuentran en fase de experimentación. A título indicativo se pueden citar los riegos por infiltración subterránea, los riegos por bandas de papel húmedo, los riegos de protección de heladas, etc.

• elección del sistema de riego.

A la vista de los factores condicionantes del riego y de los sistemas existentes, el proyectista debe realizar la elección del sistema llevando a cabo una primera selección desde el punto de vista técnico, es decir, eligiendo aquellos sistemas que mejor se adapten a los factores condicionantes. A continuación y dentro de los sistemas previamente elegidos, se debe realizar una valoración económica para seleccionar el sistema de riego más idóneo.

Un factor importante en esta elección debe ser la eficacia del riego, que se mide por el porcentaje de agua que queda en el terreno en relación con el total de agua empleada.

La eficacia depende tanto del sistema de riego como del tipo de terreno y la experiencia del regante.

Resulta por lo tanto difícil dar cifras a este respecto, pero como valores medios se pueden adoptar los siguientes:

Riegos por gravedad	50-65%
Riegos por aspersión	65-75%
Riegos localizados	75-90%

• la técnica del drenaje.

El drenaje consiste en eliminar el excedente de agua de riego o lluvia.

La eliminación del agua en el drenaje se lleva a cabo aprovechando la circunstancia de que por debajo de la capa freática, la presión del agua es superior a la atmosférica; basta por lo tanto con situar conducciones en régimen libre a una cota conveniente para que el agua fluya a ellas. Las conducciones pueden ser zanjas o tuberías perforadas enterradas.

El movimiento del agua en el drenaje cumple la ley de Darcy:

El factor h, se denomina gradiente hidráulico. Las características principales del movimiento del agua son las siguientes:

• La capa freática no es una superficie plana, sino que tiene una cierta curvatura, que es más pronunciada a medida que el terreno es más impermeable. Por lo tanto un drenaje no consigue nunca que la capa freática esté a la misma profundidad respecto al terreno.

• La afluencia del agua a los drenes proviene de toda la zona situada bajo la capa freática.

• Cuando el terreno está compuesto de estratos de distinta permeabilidad, las líneas de flujo reflejan estas variaciones.

El principal problema con que se enfrenta el proyectista de un drenaje es la determinación de la profundidad media óptima de la capa freática. El problema podría resolverse mediante tanteos sucesivos que comparan las inversiones y gastos de mantenimiento necesarios para la red de drenaje a diversas profundidades con las producciones agrícolas obtenidas en función de la situación de la capa freática. Este camino sería demasiado largo y no muy exacto. Está generalmente admitido que la determinación de la profundidad media de la capa freática se lleve a cabo por criterios empíricos, y el más aceptado es el siguiente:

Para una zona de regadío la profundidad de la capa freática a los tres días después de regar debe ser la que sigue:

Pastos	0.5-0.7 mts.
Hortalizas	0.5-0.8 mts.
Cultivos extensivos	0.9-1.2 mts.
Frutales	1.50 mts.

Asimismo se admite que como consecuencia de las lluvias la capa freática puede alcanzar hasta 5 veces al año los siguientes valores:

Días después de la lluvia	Pastos y hortalizas	Cultivos extensivos	Frutales
0	0.3	0.5	0.9
1	0.5	0.8	1.1
2	0.7	1.0	1.3
3	0.8	1.1	1.4

La aplicación de estos dos criterios conduce a resultados muy aceptables en la practica y pueden utilizarse por lo tanto para deducir los caudales en una red de drenaje.

• factores influyentes en el drenaje.

Los factores que condicionan una red de drenaje son prácticamente los mismos que los que influían en la transformación en regadío, aún cuando su campo de influencia sea distinto.

• el suelo.

La influencia del suelo es decisiva en el proyecto de una red de drenaje, sobre todo desde el punto de vista de la permeabilidad.

Influye también mucho la estratificación del suelo, ya que como se ha visto, el flujo del agua hacia el dren se ve modificado por la distinta permeabilidad de los diversos estratos.

La topografía influye asimismo en las cantidades de agua infiltradas después de las lluvias y sobre todo define las aportaciones de agua que se producen a la red de drenaje desde los terrenos colindantes a la zona a drenar.

• el agua.

La influencia del agua en una red de drenaje es mucho menos importante que en una red de riegos. Únicamente se pueden producir problemas en los tubos enterrados como consecuencia de depósitos químicos debidos a veces a la calidad del agua, aunque en la mayor parte de los casos es el suelo el responsable de estos problemas.

• el clima.

Dado que las lluvias condicionan en una gran parte el dimensionamiento de una red de drenaje, es esencial conocer a fondo la pluviometría de la zona a drenar, a ser posible, con datos de intensidades máximas, horarias y diarias.

• los cultivos.

La influencia de los cultivos consiste en la profundidad necesaria de la capa freática que requiere cada uno de ellos, aunque no es frecuente realizar un drenaje para un cultivo determinado, sino más bien, al contrario. Es decir, una vez proyectada una red de drenaje, la profundidad de la capa freática resultante determinará los cultivos aptos en la zona.

• la estructura de la PROPIEDAD.

La influencia de este factor es bastante reducida, aunque en general debe tenderse siempre a que los colectores discurran por las laderas entre fincas. Naturalmente esto no es siempre posible, ya que la topografía del terreno influye enormemente.

• sistemas de drenaje.

En un sistema de drenaje completo el agua se recoge en parcelas mediante los drenes (zanjas o tubos) a nivel de parcela. Desde estos drenes el agua fluye a los colectores que la conducen al sistema principal de drenaje. Cuando el suelo tiene buen drenaje interno no es necesaria la colocación de los drenes a nivel de parcela, que es el caso más general en nuestro país.

Los distintos sistemas de drenaje difieren entre sí por la utilización de tubería enterrada o zanja. La clasificación más aceptada es la siguiente:

• Sistemas de drenajes abiertos. En estos sistemas tanto los drenes a nivel de parcela como los colectores son zanjas abiertas.

• Sistemas de drenajes subterráneos. En este caso tanto los drenes a nivel de parcela como los colectores son tuberías enterradas.

• Sistemas de drenaje mixtos. En estos sistemas los drenes consisten en tuberías enterradas y los colectores son zanjas abiertas.

En cualquiera de estos sistemas los drenes a nivel de parcela pueden colocarse con disposición de rejilla o disposición en espina de pescado, siendo bastante frecuente emplear una combinación de ambas disposiciones para adaptarse mejor a la forma de las parcelas a drenar.

Los sistemas de drenaje abiertos ofrecen las siguientes ventajas:

• Los drenes de parcelas sirven para eliminar las escorrentías superficiales a la vez que controlan el nivel de la capa freática.

• Las pendientes necesarias para el transporte del agua son mucho más reducidas que en el caso de tubos enterrados.

• El sistema permite una fácil inspección.

Frente a estas ventajas, se presentan los siguientes inconvenientes:

• Facilitan el desarrollo de las malas hierbas y la erosión, lo cual encarece la conservación.

• El terreno queda dividido en pequeñas parcelas, lo que es un obstáculo para la mecanización agrícola.

• Se pierde bastante terreno con las zanjas, sobre todo si los taludes son tendidos.

Estas desventajas tienen bastante importancia, hasta tal punto que hoy día no se emplean estos sistemas salvo en situaciones muy específicas, que pueden ser los casos en que la escorrentía superficial tiene gran importancia, o cuando la capa freática puede quedar bastante alta.

Los sistemas de drenaje subterráneos, presentan las siguientes ventajas:

• No hay pérdida de terreno.

• Se pueden drenar áreas bastante extensas sin zanjas, lo cual facilita mucho la mecanización de los cultivos.

• No presenta problemas de desarrollo de malas hierbas.

Como desventajas tenemos:

• Necesitan pendientes bastante grandes para el transporte del agua.

• Los costes de instalación de los colectores de tubo son bastante elevados.

• La obstrucción de algún colector puede afectar a un área de bastante superficie.

• En climas de fuertes intensidades de lluvia se pueden presentar dificultades para la evacuación de la escorrentía superficial.

Los sistemas de drenaje mixtos, participan de las ventajas e inconvenientes de los sistemas anteriormente descritos, ya que se componen de zanjas abiertas y tubos enterrados.

• elección del sistema de drenaje.

La elección del sistema de drenaje la deberá llevar a cabo el proyectista ponderando las ventajas e inconvenientes antes descritos, y teniendo en cuenta en general, que los gastos de conservación de las zanjas suelen ser muy superiores a los de los tubos enterrados.

En el caso de elegirse un sistema con tubos enterrados a nivel de parcela, que pueden ser de material cerámico o de PVC, el proyectista tendrá que realizar unos tanteos previos para determinar la separación y profundidad de los drenes, ya que ambos factores están íntimamente ligados, debiéndose llegar a la solución más económica.

Cuando se emplean zanjas para colectores, es conveniente que las dimensiones mínimas no bajen de las siguientes:

Ancho de solera...................................	0.50 m.
Profundidad.........................................	0.50 m. por debajo de la cota de desagüe de los drenes de parcelas.

Los taludes de la zanja estarán de acuerdo con la constitución del suelo, adoptándose en general el talud 1/1 para suelos arenosos y el talud 4/3 para suelos arcillosos.

Si el sistema de tubos se emplea para colectores, éstos suelen ser de hormigón en masa, muchas veces de cementos especiales para evitar la agresividad de las aguas salinas. Como es natural, la profundidad de los colectores debe ser la necesaria para garantizar un desagüe de los drenes a nivel de parcela.

• ORGANIZACIÓN de un regadío.

• sistemas de explotación.

Existen tres procedimientos básicos que se siguen en la práctica para llegar a poner a disposición de cada regante la cantidad de agua que precisa y que son: distribución continua, distribución por rotación y distribución a demanda.

Sea cual fuere el sistema de explotación se presenta con frecuencia el caso de “riegos preferentes”, sobre todo en las zonas en las que el regadío ha ido en aumento. Se trata de una situación jurídica que obliga a que en primer lugar se atienda a ellos y sólo si hay excedentes de agua al resto.

• DISTRIBUCIÓN continua.

Este método consiste en dar a cada usuario de forma continua, durante todo el período de riegos, el caudal que le corresponda. El consumidor tiene la ventaja de que puede distribuir en su finca el agua como más le convenga; las acequias funcionan continuamente y por tanto su sección es mínima.

Este sistema solamente se puede emplear cuando el caudal continuo que se precise tenga cierta importancia, ya que si es inferior al módulo no resulta manejable, salvo que se construyan depósitos reguladores.

• DISTRIBUCIÓN por rotación.

Es el método más frecuentemente utilizado y evita la dificultad mencionada anteriormente. Se distribuye el agua en cada propiedad durante determinados intervalos de tiempo, pero con un caudal igual al módulo, que en general es más importante que el gasto continuo necesario. El tiempo de riego de cada propiedad se reduce proporcionalmente de forma que reciba el mismo volumen de agua que si se regara con un caudal continuo.

Cada finca tiene una toma en la acequia de distribución provista de dos compuertas para poder tomar el agua en el instante correspondiente.

Se riega sucesivamente cada una de las parcelas durante unos tiempos determinados, de forma tal que en un mes, cada parcela recibe unos riegos espaciados que equivalgan al caudal continuo durante ese tiempo. Las parcelas se riegan en un orden estableciendo una rotación entre ellas. Para el cómputo del tiempo hay que tener en cuenta el tiempo que tarda el agua desde el partidor principal a la toma de cada finca.

• DISTRIBUCIÓN a la demanda.

Consiste en dar agua a los regantes cada vez que la pidan y el volumen que necesitan. Este método necesita conducciones de capacidad superior a la estricta; es un tipo de distribución continua en la que los usuarios toman el agua cuando quieren. Presentan ventajas en los primeros años de puesta en riego de una zona, ya que permite a los agricultores iniciarse poco a poco en los métodos de riego sin obligarles a cumplir normas restrictivas; permite también experimentar la red y establecer un reglamento.

En las redes importantes de riego por aspersión se tiende hoy, sin embargo, a este sistema por su sencillez y economía de explotación.

Las redes se prevén entonces con cierta “garantía probabilística” frente al uso simultáneo de todos los aspersores de una o varias zonas.

El efecto de una simultaneidad, cuya probabilidad puede calcularse, es una caída de presión en los aspersores que es inmediatamente apreciada por el regante, al que basta entonces esperar un poco de tiempo, si la red está bien calculada, para que desaparezca.

• la AUTOMATIZACIÓN en el riego.

La necesidad cada vez más acuciante de reducir las pérdidas de agua por una parte y la carestía de la mano de obra y la dificultad de encontrarla, junto con el rápido desarrollo de la tecnología de los automatismos, programadores y mandos de distancia por otra, han hecho que se preste hoy día una atención creciente al desarrollo de la automatización en el riego.

El agua hay que suministrarla al terreno cuando el grado de humedad se acerca a un límite determinado. Cabe pues concebir un dispositivo que, a partir de medidas de humedad hechas por captores adecuados dispuestos en el terreno, desencadene y desarrolle según un programa previsto todo el proceso de riego.

En la actualidad existen regadíos con este grado de automatización, aunque por ahora, no se utiliza para grandes zonas regables y está limitado a extensiones no muy superiores a 20 ha. No se ve, sin embargo, inconveniente, en extenderlo a áreas grandes, subdivididas en otras menores, dotados de sus propios indicadores.

El riego programado automático permite reducir grandemente la mano de obra, el desperdicio de agua y también las dimensiones de la red principal al evitar acumulaciones innecesarias de demanda. Resulta especialmente apto para instalaciones fijas, en las que el riego se lleva a cabo con gran independencia del agricultor.

También es posible automatizar en gran medida el riego a la demanda, aunque en este caso el automatismo versa más bien sobre la respuesta de la alimentación a la demanda de agua. En este caso es el agricultor el que decide regar, con independencia de los demás, y el sistema se presta más al empleo de instalaciones semifijas, con una parte móvil que es manejada por los operarios; el ejemplo clásico es el del riego por aspersión con aspersores móviles, pero el procedimiento no tiene por que limitarse a este tipo de riego.

Al tratar de automatizar una red clásica de canales, ya sea mediante compuertas que mantengan los niveles aguas arriba caso que corresponde al riego programado, pues fija los caudales; o con otras que los mantengan aguas abajo, lo que corresponde al riego a demanda, se plantea el grave problema de la insuficiencia de resguardos, debido en general a excesiva pendiente en los canales, y el de la pérdida de carga en las compuertas, no prevista en la instalación original.

El primero puede paliarse multiplicando el número de compuertas, lo que encarece y aumenta las pérdidas de carga, pero es robusto y sencillo; o coordinando el funcionamiento con ayuda de un ordenador electrónico y transmisión eléctrica de indicaciones y órdenes de maniobra, lo que puede ser menos costoso, pero es más delicado.

El segundo puede llegar a quedar evitado, según los casos, al reducirse los caudales máximos necesarios como consecuencia de la automatización.

Cualquiera que sea el automatismo que se disponga en un regadío es muy importante centralizar en una oficina todas las indicaciones sobre la marcha del riego, así como los datos fundamentales acerca de los caudales circulantes, niveles, presiones, etc., en los puntos principales.

Según el tipo de instalación, esta oficina puede tener o no la posibilidad de modificar en mayor o menor grado los programas preestablecidos.

• instalaciones para un regadío.

• esquema de una red de riego.

Una red de riego está constituida por distintas partes, más o menos diferenciadas, según los casos, cuyas funciones y características se exponen a continuación.

Una obra de captación con diferentes características según se trate de captar aguas superficiales o subterráneas; en el primero de los casos la obra será también muy distinta según se haga de forma directa o por medio de una presa de embalse o azud de derivación.

En ocasiones, el punto donde se hace la toma está más bajo que la superficie a regar y hay que proceder a la instalación de una central de elevación que permita situar el agua a la cota necesaria para su posterior utilización. Este procedimiento no ha sido rentable hasta los últimos decenios más que para volúmenes reducidos, por lo que se ha utilizado en general para riegos de pequeña importancia.

Hoy día, sin embargo, se emprenden ya obras de regadío de gran envergadura, en las que el bombeo a altura importante es el elemento fundamental, y es de prever que en un futuro inmediato, con la puesta en funcionamiento de las centrales nucleares, la utilización de los excedentes de energía impulse la realización de grandes bombeos para riego.

Una vez captadas las aguas hay que transportarlas hasta la zona donde van a ser empleadas; esto se hace por medio de una conducción, generalmente en régimen de lámina libre, que se llama canal principal. La primera parte de este canal tiene como única misión transportar el agua, por cuyo motivo se llama cabeza muerta del canal; a partir de un cierto punto, es decir, cuando el canal se desarrolla por la zona de riego, suministra agua a los canales secundarios que distribuyen el agua por toda la zona.

Estos canales secundarios se ramifican después en acequias, que a su vez se vuelven a ramificar con el fin de llevar el agua a todas las fincas y parcelas en explotación. Este conjunto de canales y acequias forman la red de distribución. Generalmente se llaman acequias cuando el caudal es inferior a 0,5 m3/s., y siempre que riegan a dos manos.

La red de distribución debe ser generalmente completada con una red de drenaje que recoge y conduce fuera de la superficie regada los excedentes de agua de riego o de lluvia que serían perjudiciales para el cultivo. En la práctica es imposible dar a las tierras la cantidad exacta de agua que pueden retener y utilizar.

No debe olvidarse la red de caminos de acceso a las distintas parcelas, por las que deberán sacarse los productos, que pueden dar lugar a interferencias, especialmente con las acequias de los últimos órdenes y con los azarbes de drenaje pequeños, que obliguen a multiplicar sifones y pasos de agua.

Desde el punto de vista del regadío se llama superficie dominada toda la superficie sea cual sea su naturaleza (tierras, caminos, pueblos, bosques...) dominada por el canal principal y susceptible de recibir el agua por gravedad. En realidad esta palabra ha perdido su sentido preciso desde que el desarrollo de las bombas mecánicas permite el riego de zonas situadas a cotas más elevadas que el canal principal. La parte de la superficie dominada susceptible de ser regada con provecho se llama zona regable. Como la puesta en riego lleva un determinado tiempo, podemos distinguir dentro de la superficie regable, la zona regada.

• captación de aguas SUPERFICIALES.

Las tomas de agua son obras destinadas a hacer pasar la totalidad o una parte del agua de una corriente a un canal de riego.

Las tomas de agua pueden consistir simplemente en sangrías practicadas en la orilla del lecho; por esta sangría penetra una parte del agua en el canal de riego; son las tomas de agua sin presa, o tomas directas, también llamadas al “hilo de agua” o tomas “de pie”.

Si la derivación se realiza aguas arriba de una presa que eleva el nivel del agua y lo mantiene casi constante, se tienen las tomas de agua con presa. Esta, además de cumplir la función de elevar el nivel del agua a la cota necesaria, puede crear un embalse que nos permita regular la aportación del río, reteniéndolo en la época de mayores caudales y menor consumo y suministrándola en época de sequía.

Las tomas directas tienen principalmente la ventaja de ser menos costosas que las tomas con presa. Son utilizadas, sobre todo, en las corrientes de agua con pendiente fuerte y caudal bastante regular, así como en los ríos torrenciales de lecho amplio, donde la construcción de una presa resultaría demasiado onerosa.

Presentan, por el contrario, numerosos inconvenientes que hacen que cada vez sean menos utilizadas. En efecto, el nivel del agua de una corriente puede bajar notablemente en la época de estío y causar de esta manera una interrupción más o menos completa de la alimentación del canal en el preciso momento en que resulta más necesaria esa alimentación; en ciertas ocasiones, el lecho de una corriente de agua puede variar algo y alejarse así de la toma, que es preciso modificar.

El emplazamiento de una toma en río debe elegirse en el lugar donde la variación de lecho sea poco probable. Para asegurar en lo posible su buena alimentación, la toma directa debe colocarse en la margen cóncava del río y apoyarla sobre una zona rocosa para asegurar su permanencia; se facilita la entrada del agua colocando un espigón de piedras, gaviones, tablestacas, etc., con el fin de dirigir hacia la entrada del canal. En ocasiones, para impedir en lo posible los cambios de la corriente, se disponen diques o espigones en forma que estabilicen su lecho.

A cierta distancia de la derivación se coloca una compuerta destinada a regular la cantidad de agua que se desea entre en el canal; asimismo dispone una rejilla que impida la entrada al canal de ramas, hojas, etc.

La toma directa puede ser frontal o lateral.

En la toma frontal, la entrada del agua tiene la dirección de la corriente del río. Está indicada cuando el caudal a derivar es importante; presenta el inconveniente de que los materiales en suspensión entran también más fácilmente en el canal, por lo que debe limpiarse con frecuencia.

Con la toma lateral se evita este inconveniente y el tener que colocar en el río un espigón que puede provocar depósitos y alteraciones del lecho; por otro lado la toma frontal resulta más cara y de mayor dificultad de ejecución.

Siempre que el río lleve materiales en suspensión, es conveniente colocar al principio del canal de derivación, una o varias cámaras de decantación donde se acumule el material y pueda ser retirado posteriormente; se evita de esta forma el enarenamiento de los canales y acequias de riego y, por consiguiente, los trabajos de conservación, siempre costosos.

Cuando se quiere asegurar la alimentación del canal de derivación se suele establecer una presa sobre el curso de agua; esta obra provoca una sobreelevación del nivel del agua y asegura su entrada en cualquier estación en el canal de derivación.

Desde el punto de vista de su influencia en el curso de agua, se pueden considerar tres tipos:

• Las presas fijas que de tienen de forma permanente el paso del agua.

• Las presas móviles, que se suprimen durante las crecidas para dejar paso libre al agua.

• Las presas mixtas o semimóviles, que constan de una parte fija, más alta que el lecho, constituyendo el vertedero, y una parte móvil que puede retirarse en las crecidas.

El emplazamiento vendrá condicionado por razones topográficas y geológicas; entre todas las posibles soluciones compatibles con las condiciones anteriores, la elección del punto de emplazamiento y de la altura más conveniente será un problema económico que habrá que resolver en cada caso, de acuerdo con las características del mismo.

• captación de aguas subterráneas.

El desarrollo de los distintos tipos de motores, particularmente los de combustión interna y eléctricos, paralelamente al desarrollo de las bombas centrífugas, ha aumentado considerablemente las posibilidades de puesta en riego permitiendo extraer directamente de las capas subterráneas en puntos próximos a las zonas que se deseen regar.

Según su procedencia, las aguas subterráneas pueden clasificarse en varias clases:

• Corriente subálveas de valles fluviales, que discurren lentamente en el subsuelo inmediato de estos valles, paralelamente a los ríos.

• Capa freática, es decir, la primera capa que se encuentra a partir de la superficie, constituida por la acumulación por encima de la primera capa impermeable, de las aguas que proceden de la superficie del suelo.

• Capas profundas.

• Manantiales, que no son más que la salida al exterior de las aguas freáticas y profundas.

El problema de la utilización de esta agua es doble, se trata en primer lugar de captarlas, y después de elevarlas a un nivel conveniente para ser utilizadas.

La circulación de esta agua subterráneas presenta distintas características según se trate de corrientes subálveas o capas más o menos profundas. Su captación se realiza por medio de presas subterráneas, galerías filtrantes, pozos, sondeos, etc.

• captación de aguas de escorrentía.

En numerosas zonas montañosas o con relieve adecuado, con buenos suelos para cultivos, pero de poca pluviometría, se podrían obtener buenas cosechas si se pudiese obtener agua para el riego en condiciones económicas.

Sin embargo, es frecuente en terrenos de estas características, que los ríos y arroyos se encuentren alejados y a cota bastante más baja que la superficie a dominar, por lo que los trabajos de captación pueden ser demasiado costosos de ejecución y explotación.

En tales regiones, la inmovilización de la escorrentía de las aguas de lluvia tras un dique de tierra de poca altura, construido en una garganta que domine la zona a regar, constituye a veces una solución viable desde el punto de vista técnico y económico.

De este modo se crea un lago de colina, con capacidad suficiente para regar algunas docenas de hectáreas próximas.

La cantidad de agua que se puede recoger es función del punto de ubicación de la presa; este sitio debe tener una cuenca de alimentación suficientemente extensa, manteniendo al mismo tiempo las aguas a la mayor altura posible sobre la zona a regar. El volumen recogido será, naturalmente, función de la pluviometría y del coeficiente de escorrentía.

• CONDUCCIÓN del agua hasta la zona regable.

Las aguas de riego de que se dispone no se destinan, en general, a ser utilizadas cerca de la zona de captación; hay que conducirlas a los lugares de utilización mediante los medios apropiados.

Por otra parte, los lugares de utilización efectiva están comprendidos dentro de lo que hemos llamado zona regable que se presenta, frecuentemente, bajo el aspecto de una superficie topográfica irregular. Para la distribución de las aguas, es preciso llevarlas, si ello es posible, a la parte alta de la zona regable para que cada una de las parcelas a regar pueda estar dispuesta a recibir el agua necesaria, en principio, por gravedad; si no es posible hacerlo, se conducen las aguas a un punto propicio, desde donde se elevan por medios mecánicos.

Para estudiar las distintas soluciones posibles, vamos a razonar sobre un caso que frecuentemente encontramos en la práctica; el de una toma en un río que se puede construir en diferentes puntos de un tramo de bastante longitud.

Técnicamente, para llevar a M (punto alto de la zona regable) las aguas del río, existen varias soluciones diferentes. Una de ellas es situar la toma en un punto A suficientemente aguas arriba en el río, de forma que se pueda trazar un canal de conducción que lleve por gravedad a M, a continuación al canal principal, las aguas necesarias para el riego de la zona.

Otra posible solución consiste en situar en un punto D, escogido de forma que la distancia DM sea mínima, una estación de bombas E que a través de la tubería de impulsión DM alimente el canal principal.

Estas dos soluciones extremas tienen ventajas e inconvenientes. En efecto, si el transporte por gravedad resulta interesante desde el punto de vista económico de la explotación, no hay que olvidar, que la construcción de un tramo de canal de gran longitud que no riega la zona que atraviesa (canal muerto), puede ser muy costoso y que a lo largo del mismo se producen pérdidas de agua sensibles. Hay que tener en cuenta, además, los gastos de conservación del tramo de canal muerto.

Por el contrario, la solución por bombeo ocasiona, por lo general, gastos de primer establecimiento más pequeños, pero los gastos de explotación (mano de obra, energía, conservación, renovación de maquinaria, etc. ), son más fuertes.

Además, se ha de considerar incluso la posibilidad de un riego combinado, o sea, atender a una parte de la superficie regable por gravedad y a otra por bombeo. Frecuentemente una realización de este tipo es la que resulta más económica.

• redes de DISTRIBUCIÓN.

A continuación del canal muerto, o a la salida de la tubería de impulsión, se inicia la red de riegos propiamente dicha.

Esta red está constituida por conducciones ramificadas, que pueden ser canales y acueductos que discurren en lámina libre, tuberías de presión generalmente enterradas, o una solución mixta con conducciones de las dos clases.

En las redes mixtas, las conducciones principales con grandes caudales serán canales, lo que no impide la elevación mecánica de las aguas desde un canal hasta otro situado a cota más elevada.

En los riegos por gravedad, la distribución y transporte del agua se realiza por gravedad, por medio de canales y acequias que funcionan en régimen de lámina libre. El canal principal se inicia en el canal muerto; domina desde las laderas toda la zona del valle que ha de regar y termina en un canal de desagüe que devuelve al río las aguas no utilizadas. El riego de toda la zona interesada se realiza a través de este canal.

Tanto los canales secundarios como las acequias pueden ser construidos en forma convencional sobre el terreno, bien sea con secciones en tierra o revestidas. Sin embargo, hoy día, no es corriente utilizar esos procedimientos; en el caso de secciones en tierra se producen filtraciones excesivas y perjudiciales, y en el caso de secciones revestidas, el coste de la construcción in situ, es muy elevado.

Se emplean con más frecuencia los canales y acequias prefabricados, que casi siempre adoptan la forma de acueductos.

También se va imponiendo el sistema de distribución por tuberías de baja presión (hasta 5 m.) de hormigón en masa, que presentan las ventajas de economizar terreno, suprimir obstáculos para el transporte y cultivo y tener gran flexibilidad de trazado. Tienen el inconveniente de ser poco elásticas para las variaciones de caudal, y soportar mal la agresividad de los suelos salinos.

En los riegos a presión, la distribución se lleva a cabo por una red de tuberías de presión, que suelen ser de PVC (hasta 100 mm.) y de fibrocemento en diámetros inferiores a 700 mm., aunque hoy día se tiende a emplear diámetros mayores. Para tamaños superiores se emplean tuberías de hormigón armado y pretensado, con y sin camisa de chapa, según las presiones que tengan que soportar las conducciones.

• la red de drenaje.

Aunque no sea necesario el drenaje interno de las parcelas, siempre tiene que existir una red de desagües para eliminar los excedentes de agua de riego y lluvia. Esta red, se construye generalmente en tierra y a cielo abierto, empleándose rara vez los colectores tubulares.

Cuando se considere conveniente el revestimiento de la red para reducir gastos de mantenimiento o para aumentar los caudales, es aconsejable emplear materiales permeables para reducir los efectos de la subpresión y facilitar el drenaje de las áreas colindantes.

• la red de caminos.

El sistema de comunicaciones debe llegar a todas las parcelas, por lo que la longitud del mismo es muy grande en una zona regable. Por esta razón los caminos deber ser de coste reducido y una solución muy aconsejable son los caminos de tierra estabilizada.

Para los caminos principales se deben adoptar soluciones de más calidad, pues el tráfico en ellos suele alcanzar cifras importantes.

• obras especiales.

La mayor parte de las obras de conducción y distribución (canales, tuberías, acueductos, sifones, etc. ) son análogos, ya se trate de riegos, aprovechamientos hidroeléctricos, o abastecimientos de agua.

Hay, sin embargo, un grupo de obras especiales que son específicas de los regadíos y son, por una parte, las que permiten mantener en los canales la pendiente y velocidad adecuadas y, por otra, las que facilitan la medida y reparto de agua según las necesidades.

El primer grupo lo constituyen las caídas y las rápidas, que permiten concentrar pérdidas importantes de nivel en los puntos en que ya no es necesaria la cota. Si la pérdida de nivel es pequeña (< 4m.), se denominan caídas, si es mayor, rápidas.

Mediante su empleo se logra por una parte que no se pierda zona regable alta y, por otra, mantener las velocidades en los canales dentro de los límites convenientes para que la derivación del agua a lo largo de ellos se pueda hacer correctamente.

En el segundo grupo tenemos los aforadores, los partidores y los módulos.

Los aforadores son dispositivos que nos permiten medir el caudal que pasa por un canal, cuestión esta de la máxima importancia para el buen empleo del agua. Podemos dividirlos en dos grandes grupos: los independientes del régimen del agua abajo y los que dependen de él.

En los primeros, que pueden ser de vertedero o de resalto, hay una correspondencia biunívoca entre el calado en un punto aguas arriba de la sección de control y el caudal.

En los segundos, según las condiciones de flujo agua abajo pueden darse caudales distintos para el mismo calado, se necesita por tanto tener los calados en dos puntos alejados para, con ellos y con la pendiente superficial que resulte, poder hallar el caudal. Una vez tarado el tramo, la determinación de los caudales es inmediata.

Los aforadores del primer tipo exigen siempre una pérdida de cota más o menos importante, según lo ajustado del dispositivo que se proyecte. Los del segundo no dan lugar a ninguna pérdida de cota.

Los partidores tienen por objeto dividir el caudal que circula por un canal en dos o más partes que estén entre sí en una relación determinada.

Pueden ser fijos, es decir, que la proporción siempre sea la misma, y móviles, en los que dicha proporción es variable a voluntad.

Con el fin de que no sean influidos por el régimen agua abajo, conviene efectuar la división en una sección en la que se produzca un régimen rápido sea vertedero o resalto.

Los dispositivos pueden ser muy variados.

Para los últimos tramos de la distribución, con caudales reducidos, un pequeño estanque con varios orificios de salida es generalmente lo más adecuado.

Finalmente, los módulos son dispositivos ideados para mantener un caudal constante en las derivaciones aunque varía el calado en el canal del que se hacen, también conviene independizarlos del régimen agua abajo.

Aparte dispositivos modernos automáticos, cuya conveniencia habrá de estudiarse en cada caso, esta constancia de caudal se ha venido logrando de tres formas: manteniendo manualmente el nivel en una cámara auxiliar seguida de un orificio o de un vertedero que es el “módulo milanés”, logrando un automatismo hidráulico que, al aumentar el calado en el canal, reduzca la sección “módulo de Ribera”, aprovechando el fenómeno hidráulico de que el caudal bajo una compuerta varía muy poco desde calados algo inferiores a la luz vertical hasta otros sensiblemente superiores, “módulo de pantalla”.

• tipos de saltos de agua.

• energía y potencia disipada en un tramo.

Sea un tramo de río, tal que el desnivel entre los puntos extremos A y B sea de H metros. Un volumen V de agua que pasará de uno al otro habría disipado por rozamiento con el fondo y las márgenes del río, con el aire, etc., una energía de valor VH toneladas-metro. Si en vez de volumen consideramos el caudal Q dado en m3/s, tendríamos que QH toneladas-metro/seg., es la potencia desperdiciada.

El conjunto de obras e instalaciones que se disponen en el tramo para transformar esta energía perdida en aprovechable, se conoce con el nombre de salto de agua o aprovechamiento hidroeléctrico.

El esquema para el aprovechamiento de un tramo de río consta, en esencia, de dos elementos claramente diferenciados. Una primera conducción dispuesta lo más horizontal posible, que permita conducir el agua de un punto A, a un punto C, conservando la energía de posición del agua; el punto C está situado en la vertical a un punto B, escogido como punto de restitución de las aguas. Una segunda conducción dispuesta lo más vertical posible, que transporte las aguas desde el punto C al B y permita transformar la energía de posición en energía de presión, utilizable en B para accionar los motores hidráulicos (turbinas) instaladas a tal efecto. Como última etapa, el agua utilizada sale del motor y se restituye al río.

Evidentemente, este esquema es puramente ideal, pero los distintos esquemas reales tratan de ajustarse a él. En primer lugar, es imposible conservar intacta la energía de posición del agua entre A y C, ya que es necesaria la existencia de una pendiente entre los dos puntos, por pequeña que sea, para asegurar el movimiento del agua, y por lo tanto se produce una pérdida de altura entre a y C. Por otra parte, el punto C es un punto teórico situado en el aire, sobre la vertical de B, que sería prácticamente imposible tratar de materializar.

Vamos a ver como se subsanan estos inconvenientes y como los esquemas reales se basan en el esquema teórico que se ha apuntado: la gran mayoría de los aprovechamientos hidroeléctricos, a pesar de su gran diversidad responde a dos tipos principales, siendo los demás variantes o combinaciones:

• Aprovechamientos por derivación del agua.

• Aprovechamientos por embalse del agua.

• salto de pie de presa.

La primera idea para materializar el esquema ideal de un salto, consiste en hacer cerca del punto B, un dispositivo tal que evite la disipación de energía en AB, haciendo que todo el agua que entró por A, salga por B sin perderse la energía VH. Esto se consigue con una presa cuya coronación C, esté al mismo nivel que el punto A, de esta forma se conserva el salto bruto ya que, BC=H.

En la presa se dispone una tubería a la salida de la cual, estarán los mecanismos de transformación de la energía, es decir, la central en donde hay una turbina coaxial con un alternador y, además, un transformador y un parque de salida de líneas. Después de mover los álabes de la turbina, el agua vuelve al cauce del río, en el punto B.

Este tipo es el que se llama salto de pie de presa, y su idea sugiere enseguida la de utilizar también el volumen que crea agua arriba, esto es, su embalse. Este puede ser aprovechado para regular el río, es decir, para retener agua en época de abundancia, proporcionándola después en la de escasez. Pero para ello el nivel de agua en el embalse ha de oscilar, y sólo alcanzará el punto C durante algún tiempo y en consecuencia variará el nivel del salto. Por lo tanto, la regulación trae consigo la disminución ocasional del salto y, por ello, pérdidas de energía, de forma que lo que se gana por un lado (regulación) se pierde por otro (obtención de energía aprovechable), existiendo como sucede en todos los casos de conflicto una combinación óptima de explotación.

La energía producida en un salto de pie de presa, será la VH considerada anteriormente, disminuida en las pérdidas por rozamiento en la tubería y en el porcentaje correspondiente a los rendimientos de la maquinaria instalada en la central.

Hay que tener también en cuenta que no se puede apurar la capacidad total del embalse, pues las turbinas previstas para un salto bruto H, no pueden funcionar en general con un salto menor del 60-50% del total.

• salto en DERIVACIÓN.

Si en vez de hacer la presa en B, como antes, derivamos el agua en el punto A mediante un azud y, a través de un canal, la conducimos con un nivel casi constante hasta un punto C´ desde donde pasa por una tubería forzada hasta el mismo final B del tramo considerado, habremos conseguido la misma finalidad mediante lo que se llama un salto en derivación. La altura útil en este caso no es en desnivel H entre los puntos A y B, sino que como el canal AC tiene que llevar una cierta pendiente, aunque pequeña, el agua no llega al punto C, sino al C´ (menor altura), con lo que el salto útil tiene un valor BC´=H´.

En este caso la altura del salto H´ permanece constante, pero el caudal que se turbina no puede ser nunca mayor que el que aporte el río en ese momento, ni tampoco puede exceder al máximo que sea capaz de transportar el canal, por lo que la potencia de este tipo de salto tiene un tope que viene dado por ese caudal. Así, contrariamente a lo que ocurría en el caso de salto de pie de presa, aquí tenemos una máxima rigidez en el aprovechamiento, en el sentido de que la potencia disponible está unida estrechamente al caudal que lleve el río en cada momento.

En el punto C´, extremo agua abajo del canal de un salto en derivación, se dispone un depósito llamado cámara de carga, de donde sale la tubería forzada que llegará hasta la central en el punto B. El objeto fundamental de esta cámara es proporcionar la profundidad suficiente para garantizar que el arranque de la tubería forzada esté siempre sumergido, esto es, en presión, dando lugar al paso del régimen en lámina libre del canal, al de presión de la tubería. En ésta es imprescindible este régimen en presión, puesto que por necesidad topográfica ha de ir bajando desde C´ hasta la central. Además de esta función esencial, la cámara de carga puede cumplir, si las condiciones del lugar lo permiten, la e crear un pequeño embalse que sirva para independizar, al menos en parte, el caudal que absorben las turbinas del que llega por el canal, esto es, dando una cierta regulación.

• salto en DERIVACIÓN con presa de embalse.

El deseo de evitar el tope de caudal máximo en el caso de salto en derivación, nos llevaría a un dispositivo mixto entre éste y el salto de pie de presa. Consiste en lo siguiente.

En el punto A se pone una presa que crea un embalse; éste embalse permite no depender ya del caudal que aporte el río para obtener la máxima potencia producible por la central en ese mismo momento, de forma que se dispone de una altura H en el embalse para absorber las variaciones de caudal que tenga el río. En este caso se perderá el desnivel H, por lo que sólo si esta altura fuese pequeña, cabría adoptar este esquema. Si H tiene importancia, cabe hacer una central de pie de presa para aprovechar el desnivel; el tramo total A´B se aprovecharía entonces con dos centrales en vez de una.

• salto con todas sus CONDUCCIONES en presión.

Hay una manera de lograr convertir el esquema anterior en otro que utilice el tramo A´C con una sola central sin perder la altura H, disfrutando también de las ventajas del embalse en A. Si en vez de canal ponemos una conducción en presión, la altura útil del salto será siempre BA´, variando A´ según la oscilación del embalse, igual que en el caso de un salto de pie de presa, pero con la ventaja aquí de que por mucha que sea esta oscilación, no es frecuente que exceda el 50% de H y, por lo tanto, las turbinas podrán funcionar sea cual fuere el nivel en el embalse. En este caso, la oscilación del embalse representa respecto al salto total una proporción muchísimo menor que en el caso del salto de pie de presa.

También presenta este tipo, la ventaja de haber suprimido la sujeción que en el anterior suponía el trazado del canal. La conducción en presión AC´ se suele hacer en túnel (se llama normalmente galería de presión) y su trazado suele ser más fácil, recto y flexible que el de un canal, pues éste viene obligado a seguir las sinuosidades del terreno y a llevar rígidamente una pendiente más pequeña.

El mercado eléctrico pide a las centrales una potencia que va variando a lo largo del día. Además de estas variaciones a lo largo del día, que en general son paulatinas, puede haber variaciones bruscas en la potencia que se exige a una central.

En primer lugar, porque si hay un cortocircuito o avería importante en algún punto próximo de la red, hay dispositivos protectores que desconectan automáticamente para evitar la persistencia del mal. En este caso, la central, que venía dando una cierta potencia a la red, se encuentra casi de repente con que no tiene que darla, pues queda aislada de ella. Al quedarse sin la reacción de la red, las máquinas de la central tienden a acelerarse peligrosamente y, para evitarlo, se cierra la admisión de agua para que no sigan dando una potencia que nadie absorbe. La consecuencia de esto es que todo el volumen de agua que está en la conducción en presión y que tiene una cierta velocidad, encuentra cerrado su paso en el extremo aguas abajo (en donde están las turbinas) y tiene que frenar totalmente en pocos segundos. Como la velocidad es del orden de 3 m/s., la fuerza viva total si estimamos que la conducción tiene 4m de diámetro y 5 Km de longitud será 282.000/g T.m. En un aprovechamiento hidroeléctrico se exige parar esta masa de agua sin previo aviso.

A la inversa, si la avería ocurre en otra u otras centrales de la red, los dispositivos protectores desenganchan estas centrales, y las que quedan, han de tomar entre todas la potencia de aquella que ha quedado fuera de servicio. Como consecuencia, ha de proporcionarse a las máquinas un caudal mayor, acelerándose el agua de las conducciones. La inercia del agua tiende a impedirlo y puede producirse un vacío peligroso si ésta no se acelera paralelamente al aumento de caudal exigido por las máquinas.

Ambos casos dan lugar, por la gran inercia del agua, a un impacto llamado golpe de ariete (positivo en el primer caso y negativo en el segundo), que es de gran importancia.

Para evitar el gran impacto negativo que esta situación puede provocar, al final de la galería de presión, se pone un pozo vertical o inclinado, en comunicación con la atmósfera; mientras el agua fluye normalmente, este pozo piezométrico tiene su superficie libre a una cierta altura que reproduce la presión de la galería en ese punto; pero si el agua se para bruscamente al pie de la tubería forzada, el volumen que no puede seguir pasando por la turbina, encuentra una salida por el pozo y sigue subiendo por él. Pero al subir, la diferencia de nivel entre el embalse y la chimenea disminuye primero y cambia de signo después, originándose una fuerza opuesta al movimiento del agua que acaba deteniéndola y luego la hace desplazarse en sentido contrario.

Este movimiento oscilatorio acaba por amortiguarse debido al rozamiento del agua.

Ese pozo se llama chimenea de equilibrio. Conviene colocarlo lo más cerca posible del extremo agua debajo de la conducción. Pero al pie de la tubería no es posible pues exigiría una altura enorme (mayor que la del salto). Por eso se suele colocar en el extremo agua debajo de la galería de presión, con lo cual su altura es algo mayor que la de la presa, pero muy inferior a la que tendría al pie de la tubería forzada. Claro está que entonces sigue quedando esta tubería sometida al golpe de ariete, pero lo hemos disminuido sustancialmente al no tener que frenar bruscamente el agua de la galería de presión, que suele ser, con mucho, la parte más larga de la conducción (80-90% del total en la mayor parte de los casos).

En general, la chimenea se coloca casi totalmente en pozo; la parte superior puede sobresalir del terreno algo y, en algunos casos, puede ser totalmente exterior, constituyendo una chimenea propiamente dicha. Todo depende del terreno y su configuración topográfica y geofísica.

En una central de pie de presa, como la conducción en presión es corta, no hace falta chimenea de equilibrio. Podría decirse, en cierto modo, que el embalse la sustituye.

Acabamos de ver, que la tubería forzada debe ser lo más corta posible, y esto por dos razones:

• Económica: pues se trata de uno de los elementos más caros de un salto, por su propio coste y porque es el sitio donde las pérdidas de carga y, por tanto, de energía, son mayores.

• Funcional: ya que en ella es inevitable el golpe de ariete, y por lo tanto a mayor longitud hay más masa de agua sometida a las variaciones de la velocidad y, en consecuencia, más inercia.

• canal de descarga.

En general, se procura situar la central cercana al río con el fin de que la obra de restitución del agua sea lo más reducida posible. Sin embargo, si la ladera tiene un tramo final largo sensiblemente horizontal, es en general preferible, acortar la tubería forzada situando la central junto al quiebro de pendiente y construyendo desde ella hasta el río un canal de desagüe. La longitud total de la conducción es la misma, pero puede resultar una ventaja económica y funcional al sustituir un tramo de tubería por otro de canal y reducir, además, el golpe de ariete.

• centrales subterráneas.

Veamos cual es el origen funcional de este tipo de centrales. La tubería forzada, como ya se ha dicho, debe ser lo más corta posible. Si la forma de la ladera nos impusiera una excesiva longitud de tubería forzada, la solución a este problema sería poner la central subterránea.

• características de una central subterránea.

• Todas las conducciones son subterráneas. Esto permite una independización de la topografía y estructura exterior del terreno y, por tanto, una gran libertad en cuanto al trazado, permitiendo al proyectista colocar la central donde más le convenga. Quizá la única restricción provenga del canal de descarga en el caso de que éste se disponga con lámina libre; pero es un problema que se puede soslayar haciéndolo también en régimen de conducción forzada.

• Es necesario hacer un túnel de acceso a la central. Para que éste sea lo más corto posible se le suelen dar fuertes pendientes (10-12%). Hay que preverlo no sólo para el personal, sino para la entrada y salida de toda la maquinaria de la central. Este movimiento de la maquinaria es siempre esporádico y limitado, pero imprescindible.

• Problema de la transformación. La tensión de salida de los alternadores está normalizada a 6,11 ó 13,5 KV, y el transporte de la energía hasta los centros de consumo se realiza a 66, 132, 220 y 380 KV, por lo que se hace imprescindible un parque de transformación. Nunca se hace la estación de salida de líneas subterráneas, pero los transformadores sí pueden estar dentro, lo cual presenta dos inconvenientes: hace falta más espacio subterráneo, que siempre es caro, y puede existir el peligro de la humedad y agravar las dificultades en caso de incendio. Por el contrario tiene la ventaja de que al salir en alta tensión se necesitan conductores de mucha menor sección. De todas formas siempre tiene que haber una salida de conductores, bien sea en forma de cables o de barras hasta la estación de salida de líneas. Los conductores pueden salir por el propio túnel de acceso (debidamente protegidos) o por un pozo exclusivo. La solución adoptada (transformadores interiores o exteriores) y la forma de sacar los conductores ha de estudiarse por comparación económica entre las distintas alternativas, teniéndose en cuenta no sólo el coste directo de las obras y materiales, sino también el valor de la energía perdida.

• Cámara de compensación. El canal de descarga es, en este caso, un túnel que puede ser proyectado para que funcione en lámina libre o en presión. Sin embargo, en el primer caso es, en general, difícil impedir que las oscilaciones del río en el punto de desagüe no sobrepasen en ocasiones la clave del túnel de descarga y, por ello, funcione unas veces en régimen libre y otras veces en presión. Para evitar esto (las alternativas de régimen son peligrosas, pues al absorber o expulsar el aire pueden dar origen a explosiones fuertes), se puede proyectar para que trabaje en régimen forzado; y así se hace con frecuencia, donde aparece una nueva chimenea de equilibrio, que se suele llamar cámara de compensación, necesaria para absorber las oscilaciones del nivel del río y evitar los golpes de ariete que también se producirán en el tramo de presión.

• ventajas de la central subterránea.

• Puede acortar mucho la longitud de la tubería forzada ( ventaja funcional).

• El espesor de la tubería puede ser menor que siendo exterior, pues la roca, en general, contribuye a la resistencia.

• Se puede colocar la central donde más convenga y se tiene completa libertad en cuanto al trazado de las conducciones.

• La central está más protegida en todos los sentidos.

• Dentro del macizo puede haber mejores condiciones de cimentación para los grupos.

• Se puede incorporar al salto algún tramo, que haciendo la central exterior, sería funcional o económicamente inaprovechable.

• inconvenientes de la central subterránea.

• Las obras subterráneas son más delicadas y caras.

• Hay que ejecutar obras suplementarias de acceso de personal y maquinaria, de salida de conductores, y de ventilación, que encarecen.

Por todo ello no se puede, en principio, decir que sea más cara o más barata una central subterránea que una exterior; en cada caso hay que pesar y valorar todas las ventajas e inconvenientes enunciados y decidir a la vista del resultado. Incluso pudiera ocurrir que siendo la ejecución más cara, sean menores las pérdidas de energía y, capitalizadas éstas, se obtuviera un resultado adverso para la central exterior.

• CONDUCCIONES complementarias.

Puede ocurrir que además del aprovechamiento de un tramo AB de un río, interese utilizar las aguas de alguno de sus afluentes; y así, hecha la presa en A, se deriva agua de un afluente hasta el embalse principal, o bien se derivan hasta la chimenea de equilibrio del salto principal, o hasta una cámara de carga o a cualquier punto intermedio de la conducción principal.

Estas derivaciones son las conducciones complementarias que pueden aparecer en un salto para la más completa utilización del río y sus afluentes.

• centrales de bombeo, grupos reversibles y centrales reversibles.

Imaginemos, en el caso anterior, que la aportación del afluente en el punto C es importante, pero que C está mas bajo que la toma en A. Para utilizar esta aportación haría falta bombear el agua desde C hasta la presa en A. Esto puede ser interesante si la aportación bombeada de C a A se turbina después en un desnivel de A a B mucho mayor, recuperando no sólo la energía empleada en el bombeo, sino dando una energía suplementaria (balance positivo).

En una central se pueden poner turbinas y bombas, o bien una máquina única que funcione de ambas formas, es decir, un grupo reversible. Pues bien, en este caso la central ha de ser subterránea, porque una máquina para funcionar como bomba necesita una contrapresión, por lo tanto el nivel de salida ha de ser superior al de la turbina, lo que sólo se consigue con el canal de descarga en presión, o sea, con central subterránea.

Una turbina puede funcionar en un nivel superior al de salida en el río, pero en general z no debe superar 1 m. Sin embargo siempre funciona mejor si es z<0. por el contrario, si se trata de una bomba ha de ser siempre z negativo, con valores generalmente superiores a 10 m.

Dadas las oscilaciones del nivel del río, la creación de esta contrapresión se consigue con un contraembalse en el que, además, se acumula el agua que se prevea haya de ser bombeada.

El funcionamiento reversible descrito, supone que en el salto predomina el volumen turbinado sobre el bombeado, lo que ocurre cuando la central deriva agua de un río. (Central reversible mixta).

Sin embargo, existe la central reversible pura, donde un grupo reversible instalado entre dos depósitos (naturales o artificiales) a diferentes niveles turbine o bombee alternativa e indefinidamente según falte o sobre potencia en el mercado, sin recibir agua de una corriente natural. Si bien es cierto que de esta forma se puede tener un balance negativo de energía, este funcionamiento puede ser útil económica y funcionalmente, pues la energía sobrante es más barata y, en cambio, la que se da después se suministra en horas o momentos en que el mercado la necesita y tiene más valor. La central reversible, por lo tanto, utiliza KWh baratos y los da luego con una plusvalía, que puede justificar este funcionamiento.

• elementos de cierre y protección.

En un salto de agua, resulta conveniente y, en ocasiones, necesario, poder aislar hidráulicamente sus distintos elementos, sea para poder revisarlos y conservarlos con facilidad, o bien para impedir que una avería en uno de ellos llegue a adquirir proporciones alarmantes al no poder impedir el acceso del agua a él.

A continuación se indican los puntos en los que la conveniencia o necesidad de estos elementos de cierre y protección se hace sentir de modo más claro:

• Enclave nº 1: para cerrar la toma del embalse y poder dejar en seco la conducción que parte de él.

• Enclave nº 2: a la entrada de las turbinas, para poder revisarlas sin tener que vaciar las tuberías.

• Enclave nº 3: si hay un nivel variable en la restitución, puede ser necesaria una compuerta de protección para revisar y vaciar el canal de descarga, aislándolo del río.

• Enclave nº 4: es la válvula de cabecera y puede no ponerse cuando la tubería forzada es interior. Esta válvula, en algunas instalaciones, está equilibrada con un contrapeso de forma que cuando la velocidad del agua sobrepase un cierto límite, se cierre automáticamente. Esto se hace para que, si la tubería se rompe, no siga pasando caudal que caería sobre la central (si es exterior). Si la galería forzada es larga, es aconsejable poner válvula en la cabecera de la tubería, con o sin dispositivo de cierre automático.

En una central de pie de presa, los cierres 1 y 2 coinciden prácticamente, y por ello se puede suprimir el nº 2 o instalar dos en serie en el nº 1.

• resumen sobre los elementos de un salto de agua.

Hemos visto que en un salto de agua existen funcionalmente cuatro tramos:

• Tramo de conservación máxima posible de la energía total: es el constituido por el embalse o azud y la galería de presión o canal de derivación.

• Tramo de conservación máxima posible de la energía total con aumento rápido de la presión: es el formado por la tubería forzada.

• Tramo de transformación de la energía: está constituida por las turbinas.

• Tramo de reintegro del agua al cauce con el mínimo consumo de energía: canal de descarga, sin presión o con presión baja y casi uniforme.

Pues bien, de todos estos elementos y tramos funcionales no puede faltar nunca:

• Una presa o elemento análogo para hacer la derivación de las aguas.

• Una central para realizar la transformación de la energía

• Una tubería forzada que las una; sólo excepcionalmente puede faltar si se trata de un salto de altura escasa (menor de 12 m.) en el que se emplee turbina de cámara abierta.

• potencia y energía.

• CONSIDERACIONES generales.

La potencia que puede proporcionar la central de un aprovechamiento hidroeléctrico depende, como es sabido, del desnivel utilizado y del caudal turbinado: es el producto de estas dos magnitudes.

Conviene precisar que cuando se habla de potencia de una central nos referimos implícitamente a la máxima potencia que puede dar cuando los distribuidores de las turbinas (órganos de control del caudal) están totalmente abiertos (a plena carga) y el salto utilizado es el máximo posible en condiciones normales. Ya sabemos que puede dar potencias menores cuando no funcionan todos los grupos a plena carga, cuando haya alguno parado, o cuando el salto utilizado no sea el máximo.

Producción es la energía obtenida en la central durante un determinado período de tiempo; si no se hace ninguna mención expresa de este período, se supone es un año. La producción de una central en explotación suele determinarse por medio de los watímetros, por observación directa.

En el estudio de un salto de agua es necesario conocer, aunque sólo sea de forma aproximada, la energía que se puede obtener con una determinada hipótesis de funcionamiento; este valor se conoce con el nombre de productividad. La diferencia entre producción y productividad es , que la primera se refiere a la energía que se produce realmente durante la explotación, y la segunda la que se estima podrá dar la central una vez construida (independientemente de si el mercado la toma, si por avería no va a funcionar la central, etc.). Aunque en algunos textos se confunden con cierta frecuencia las dos palabras, generalmente no se producen confusiones, pues el sentido de la expresión suele quedar suficientemente claro.

La productividad depende de las horas de funcionamiento de la central (es la forma usual de expresarse, aunque con rigor debiera decirse horas de funcionamiento de los grupos, y de la potencia con que funcionan, o con otras palabras de la ley de funcionamiento de la central y de la aportación turbinada.

Antes de establecer las fórmulas que nos permitan determinar la potencia y la productividad de una central, vamos a precisar unos conceptos.

• salto bruto.

Se llama salto bruto a la diferencia de niveles de la línea de energía entre el final del remanso creado por la toma y el punto en que el agua se reintegra al río.

Esta diferencia varía con el caudal que circula por el río por lo que en esta definición se entiende que el caudal es precisamente el máximo de la central. Además, a efectos administrativos tienen más interés los niveles de agua en el río, por lo que la cota de la línea de energía en él se suele sustituir por la cota del agua, tomando, además, en la toma el valor estático; como las velocidades del agua en el río para el caudal de equipo son pequeñas, el error de no tenerlas en cuenta, ni tampoco la curva de remanso, es casi inapreciable.

Con esta definición, el salto bruto es constante cualquiera que sea la instalación que se disponga para aprovecharlo y su régimen de funcionamiento y representa el “tramo de río objeto de la concesión de aprovechamiento”.

• salto bruto útil.

Es la diferencia de nivel entre la superficie libre en el origen de la conducción en presión y la situada inmediatamente agua abajo de la turbina.

En un salto con canal y cámara de carga, el salto bruto útil es el comprendido entre el nivel en la cámara y la descarga de turbinas al canal de desagüe, que es prácticamente constante para distintos caudales y rigurosamente para caudal fijo.

Por el contrario, con el salto con todas sus conducciones en presión, el salto bruto útil es el comprendido entre el nivel del embalse y el de descarga de turbinas, que es variable con el embalse. Para el nivel máximo de éste coinciden el salto bruto y el bruto útil.

En el caso concreto de un salto de pie de presa, el salto bruto útil puede llegar a bajar a causa de las variaciones de nivel en el embalse hasta el 50-60% del salto bruto.

• salto neto.

Finalmente, se denomina salto neto, al que queda después de descontar del salto bruto útil que haya en cada instante, la pérdida de carga producida por la tubería forzada y la correspondiente a la velocidad de salida del agua en el extremo del tubo de aspiración. Las pérdidas originadas en el conjunto turbina-tubo de aspiración se dan bajo la forma de “rendimiento de la turbina” y no se restan, por tanto, del salto bruto útil.

Este salto es el que efectivamente utilizan las turbinas y, según lo que acabamos de decir, es igual a la suma de los cuatro términos siguientes:

• Altura piezométrica hP a la entrada de la turbina.

• Altura hV=v2/2g representativa de la velocidad media del agua en el punto donde se ha medido hP.

• Desnivel z entre el punto de medida anterior y el nivel de agua a la salida del tubo de aspiración.

• Altura (con signo negativo) hS=v´2/2g representativa de la velocidad de salida del agua en el tubo de aspiración.

El valor de hV representa energía aprovechada y por ello se suma; el hS representa energía perdida y por ello se resta.

• potencia de un salto.

La potencia de un salto se obtendrá como suma de las potencias de cada uno de los grupos que lo integran cuando funcionan todos simultáneamente a plena carga.

Si los grupos son todos iguales y con conducciones independientes también iguales, la potencia de la central resultará ser la de uno de los grupos multiplicada por el número de ellos.

Ahora bien, si varios grupos están alimentados por una misma tubería o galería de presión, el salto neto de cada uno, para su caudal máximo y el mismo salto bruto útil, será diferente si funciona solo, que si lo hace simultáneamente con otros. La potencia de la central será, por tanto, inferior a la suma de las potencias que daría cada grupo funcionando aisladamente.

Puede también suceder que varios grupos estén alimentados en derivación por la misma tubería, resultando longitudes de conducción distintas para cada uno. Entonces, aunque los grupos sean iguales y trabajen con el mismo salto bruto y el mismo caudal, sus saltos netos y, por tanto, sus potencias serán diferentes. Estas diferencias, sin embargo, son pequeñas, por lo que, salvo que se esté haciendo un estudio muy detallado, puede prescindirse de ellas.

Admitiremos, por tanto, que cuando la central funciona a plena carga, el salto neto de todos los grupos es el mismo, lo que equivale a suponer que está constituido por un solo grupo que turbina el caudal total; designado por:

Q Caudal máximo turbinado (m3/s)

Hn Salto neto para Qmax correspondiente al salto bruto máximo.

t Rendimiento de la turbina con plena carga.

a Rendimiento del alternador con plena carga.

La potencia en turbinas será:

Y la potencia en alternadores:

El valor de t varía con el caudal que se turbina, el salto neto, el tipo de turbina y calidad de la misma. A plena carga llegan a conseguirse valores de t que oscilan entre el 87-91%. Para un caudal del orden de los ¾ del máximo, los rendimientos suelen ser los máximos y llegan a alcanzar en algunas turbinas el 94% y más corrientemente el 90%. Con caudales bajos el rendimiento disminuye y puede reducirse al 85% o incluso menos.

En alternadores se alcanzan rendimientos mayores, llegándose a valores del 98%; en estas máquinas las variaciones de rendimiento son menos amplias que en las turbinas.

• PRODUCTIVIDAD de un salto.

La energía producida por un grupo viene dada por la suma:

En donde:

qi caudal turbinado durante el intervalo ti ; en m3/s (t en s.).

Hni salto neto correspondiente al caudal Qi ; en m.

ti rendimiento instantáneo de la turbina para Qi y Hni.

ai rendimiento instantáneo del alternador.

La productividad de la central será la suma de la energía producida por todos los grupos.

Si el régimen de funcionamiento es tal que los saltos netos son prácticamente iguales en todos ellos puede considerarse, como anteriormente se ha hecho para la potencia, que la central está constituida por un solo grupo. Llamando Qi al caudal total y E a la energía producida tendremos entonces:

Para calcular esta suma sería preciso conocer los caudales que se van a turbinar y el tiempo de funcionamiento de cada caudal, en otras palabras hay que conocer la hipótesis de funcionamiento de la central.

• unidad de la cuenca: equilibrio ambiental.

Hoy día, se conciben los aprovechamientos hidráulicos en un doble sentido integral:

• En cuanto a su extensión, considerando la totalidad de una cuenca hidrográfica, tanto para su mejor utilización como porque toda obra hidráulica produce un impacto no sólo en su entorno inmediato, sino agua abajo.

• En lo referente a su uso, considerando todos los posibles, y combinándolos de forma que se obtenga la utilidad óptima conjunta.

Esta doble concepción integral se aplica con toda amplitud. Esto es, que se tienen en cuenta no sólo los usos directos del agua, sino los efectos indirectos producidos (producciones inducidas o derivadas, efectos ambientales, etc). Estos efectos indirectos o inducidos, pueden ser favorables o desfavorables. En general, son menores que los directos, pero en algunos casos pueden llegar a tener gran importancia. Concretamente la tienen, y de forma creciente, los ambientales -estéticos, ecológicos, sanitarios, etc- por lo que no puede prescindirse de ellos. Es mas, un estudio previsor de estos efectos puede llegar a convertirlos de desfavorables en favorables.

En realidad, muchos de estos aspectos que hasta ahora se consideraban inducidos, han pasado hoy día a considerarse en algunos casos como uno de los objetivos o usos posibles de las obras; por ejemplo, el embellecimiento del paisaje, el recreo y turismo, la pesca, mejora de las condiciones sanitarias del cauce, etc.

En resumen, una cuenca hidrográfica es un conjunto en un cierto equilibrio dinámico. Las obras en ella han de ser consideradas también en conjunto con la misma amplitud de visión, tanto en cuanto a su utilización -la mejor y máxima posible- como para conocer el nuevo equilibrio de la cuenca modificada por las obras.

• problemas de equilibrio ambiental.

Van cobrando importancia creciente y precisamente por su actualidad y novedad hay una gran ignorancia sobre ellos que conduce a extremos efectistas, muchas veces exagerados o incluso falseados. Por otra parte, se ha de insistir y aclarar conceptos y consecuencias indirectas de las obras hidráulicas que, a veces incluso, se consideran como fines directos.

La realidad es que la mejora del entorno o ambiente no es una novedad. En cuanto a las obras hidráulicas, siempre han representado el mejor exponente de la lucha del hombre para dominar los elementos naturales. Gracias a ellas se aplanan o suprimen las crecidas devastadoras, se retiene el agua en épocas sobrantes para darla en las de escasez, se ganan alimentos al regar extensiones importantes, se hace que el trabajo del agua en vez de erosionar el cauce se convierta en energía que aumenta enormemente la capacidad de trabajo y producción humanas, se mejoran las condiciones sanitarias, transporte fluvial... Todos estos efectos representan una mejora ambiental evidente.

• matices en la política del medio ambiente.

Los países más adelantados están sufriendo un encarecimiento del ambiente provocado por un desarrollo incontrolado y excesivo.

En el extremo contrario están los países en desarrollo, sobre todo si este es incipiente. En ellos el problema ambiental se traduce en luchar contra la naturaleza. Un país de estos no se preocupa del humo de las fábricas, sino de tenerlas; ni le importa que una obra hidráulica o de comunicación produzca escombreras feas, pues peor es no tener agua ni comunicaciones. Es decir, en estos países el hombre está en una fase anterior de mejora del ambiente.

• algunos problemas ambientales de las obras hidráulicas.

Una cuenca hidrográfica es un conjunto natural-topográfico, geológico, meteorológico, hidrológico, biológico...sometido a un proceso de evolución dinámico natural: erosión, sedimentación, vida vegetal y animal...

Al hacer una obra hidráulica rompemos su unidad y equilibrio. En primer lugar, hacemos una presa con la que se remansa el agua, normalmente con cierta importancia, pues tendemos a crear un embalse regulador. Gracias a éste, se amortiguan los excesos de caudal del río y se compensan las deficiencias de agua en los estiajes. Parece que estos efectos son sólo favorables, y es así en general, pero no de una manera absoluta.

Al hacer un embalse, hacemos el río más regular, pero introducimos una perturbación en el proceso erosión-sedimentación. La presa no deja pasar los arrastres sólidos que lleva el río procedentes de la erosión en los cauces agua arriba. La sedimentación se concentra en el embalse y disminuye en el cauce agua abajo. Como consecuencia, el embalse va disminuyendo su capacidad útil. Y se pueden provocar erosiones agua abajo, ya que el equilibrio natural se ha roto al no dejar pasar los elementos sólidos.

El conjunto presa-embalse representa, pues, discontinuidad en el proceso erosión-transporte-sedimentación, reteniendo productos sólidos, con el consiguiente déficit agua abajo y acumulación en el embalse.

Por otra parte, el embalse supone una inundación de una cierta superficie que antes estaba seca. Esa inundación no sólo afecta a la propia superficie cubierta por el agua, sino que trasciende en mayor o menor grado a los terrenos contiguos, por filtración, formándose no sólo el lago artificial externo y visible, sino su prolongación subterránea con un nivel freático.

La primera consecuencia física de esto es una alteración del equilibrio mecánico de los terrenos inundados o infiltrados. En algunos embalses esto ha provocado seísmos y, en otros, deslizamientos.

Otra alteración producida es la biológica: las especies animales y vegetales que existían antes huyen o perecen y dan lugar a otras. Esta sustitución de especies se efectuará automáticamente, con efectos favorables o desfavorables según los casos. Pero también se puede provocar por siembra de especies piscícolas aptas para desarrollarse en lagos y embalses.

Un peligro de los embalses es la posible concentración en ellos de materia orgánica. Esa materia se va acumulando en el embalse y provoca el desarrollo excesivo de algas y bacterias anaerobias que desequilibran biológicamente el embalse. Este fenómeno se llama eutroficación y es uno de los peligros que amenazan a los embalses y, por supuesto, a muchos lagos naturales y mares interiores. Externamente, puede dar lugar a mal sabor u olor del agua, empeoramiento de sus condiciones sanitarias, etc.

Pero el efecto de una presa y embalse no se ciñe a su propio cauce. El agua regulada se destina a uno o más usos, parte de los cuales suelen estar fuera del cauce: el agua se deriva por un cauce artificial y se lleva a regar una comarca, abastecer una población o industria..., es decir, el agua no solo se retiene y regula en el embalse, sino que se reintegra al cauce natural en un punto lejano o ni siquiera vuelve a él.

El uso del agua entraña una derivación beneficiosa para los usuarios, pero que puede ser perjudicial al cauce. Por eso, en algunos casos en que los perjuicios a éste pueden ser importantes, se obliga a desaguar a él un caudal mínimo para asegurar el nivel freático, la depuración sanitaria o la continuación de ciertas actividades anteriores no sustituibles ni indemnizables. Es lo que se llama una “servidumbre” de caudal, que gravita sobre algunas obras hidráulicas.

Por el contrario, las obras hidráulicas sabiamente planteadas, pueden causar efectos muy beneficiosos en el ambiente natural. Un paisaje desértico puede convertirse en un lago espléndido con vegetación en sus orillas y rincones, de particular belleza y tranquilidad. La sedimentación en el embalse puede corregirse con una reforestación adecuada en su cuenca afluente que impida o disminuya la erosión, mientras que el defecto de sedimentación en el cauce o playas aguas abajo se puede corregir con obras adecuadas de encauzamiento y consolidación. También pueden construirse embalses destinados preferentemente a descargar agua al cauce en los momentos adecuados para su limpieza y depuración; incluso hacer obras que provoquen la aireación del agua para su mejor oxigenación y consiguiente depuración de aguas contaminadas; y la misma decantación producida por el embalse puede depurar el agua. La evaporación producida en el embalse puede crear en su entorno un microclima favorable, por más húmedo.

En resumen, la obra hidráulica produce un cambio en la cuenca. Este es, en general, ampliamente favorable; y lo que pueda producir en negativo, puede evitarse o incluso transformar en positivo con un adecuado estudio previsor. Esto requiere la colaboración de varias disciplinas y especialistas en todos los períodos: estudios, construcción y explotación.

OBRAS HIDRÁULICAS. Página 1

Precipitación = aportación (escorrentía)+ evapotranspiración

E = P -  P2

E = P / "(0,9+(P2/L2))

A = aP - b

 =  " P

A =  P3/2

A =   Si Pi " Pi 10-3

V = K (h/L)

Hn = hP + hV + z - hS

(1000 Q Hn / 75) t en CV

(1000 Q Hn / 75) t a 0.736 =9.8Q Hn t a

"año 9,8 qi Hni ti ai (ti / 3600) en KWh

E = "año 9,8 Qi Hni ti ai (ti / 3600) en KWh