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       El conocimiento actual de las relaciones entre el suelo, la planta, el agua y la atmósfera permite la operación de sistemas  de  riego  que  aporten  oportunamente al perfil del suelo las cantidades adecuadas de agua que se requieren para suplir las necesidades de los cultivos. Es evidente que para lograr esta entrega de agua oportuna y eficiente se requiere manejar  con  exactitud  los  volúmenes  de agua de riego, para lo cual es necesario contar con estructuras de control y medición en el predio agrícola. Asimismo, en el diseño de sistemas de riego se debe efectuar pruebas de infiltración de agua y  de  avance  sobre  la  superficie; estas pruebas necesariamente deben realizarse con una infraestructura que asegure el uso de un caudal constante durante el procedimiento experimental.
    El uso cada vez más intensivo del total del agua de riego disponible en una región y el costo cada vez mayor para su uso, imponen  la necesidad de que el agua se utilice en forma económica y sin  pérdidas. El manejo eficiente del agua en el predio agrícola sólo se consigue con infraestructura adecuada que permita controlar los caudales utilizados y, en algunos casos, incluso medirlos cuantitativamente.
     Se construyeron ya en la época pre-colombina grandes canales primarios y secundarios pare regar miles de hectáreas. Las zonas eran divididas en haciendas familiares o tribales que en ciertos aspectos se parecían mucho a los actuales métodos de parcelación. Los estudios de estas regiones parecen  indicar que aquellos antiguos campos fueron cuidadosamente nivelados y regados con resultados efectivos. En tiempos más modernos los sistemas de riego fueron muy sencillos; los primitivos colonos derivaban el  agua de una corriente hacia un prado de forraje, un campo de  maíz o una huerta; sólo las tierras más favorablemente situadas eran regadas y rara vez más de una o dos fincas se servían de un mismo canal. Con el transcurso del tiempo se construyeron sistemas mayores que podían abastecer a varios centenares de campos; la ingeniería puso primero su mayor empeño en proyectar las grandes  presas, y  la técnica del almacenamiento y conducción del agua se desarrolló rápidamente.  No obstante, se prestaba poca atención al desmonte y limpieza de las malezas, al drenaje, a la nivelación del suelo, al planeamiento y al trazado de la distribución agrícola, factores todos ellos importantes para transformar las tierras improductivas en campos de cultivo.
 
      La preparación completa de la tierra para el riego no implica solamente el desmonte y la nivelación, sino también la construcción y la instalación de estructuras de control y la excavación de canales de riego y drenaje. La superficie del suelo raras veces es apta para un riego eficiente basado en la fuerza de gravedad, que hace correr el agua hacia los lugares más bajos. La medida en que la superficie de un terreno puede ser preparada para el riego depende de los costos de nivelación  y del espesor de la capa vegetal. Una nivelación importante, de alto costo, que requiera grandes cortes, puede estar justificada donde  la capa vegetal  sea profunda, el precio del agua sea elevado y se siembren cultivos de alto rendimiento, siempre que pueda ser hecha con equipo pesado que reduzca el costo de la nivelación  por hectárea. Algunos suelos son poco profundos, de tierra improductiva y sólo permiten una  nivelación  muy superficial o bien la hacen  imposible.

      El primer problema que debe considerar el agricultor cuando se dispone a regar  es el de  la conducción del agua hasta el predio, además de procurar que el terreno se adapte al riego. La planificación técnica, el proyecto y la construcción de presas, presas de derivación y obras principales se efectúan normalmente con gran eficacia. Habitualmente la explotación de tales obras de aporte de agua también es efectiva y está bien organizada, de modo que la cantidad de agua que se pierde en el abastecimiento total suele ser pequeña. Sin embargo los canales secundarios y terciarios y las obras de regulación se ejecutan, algunas veces, con menos esmero; en los canales menores -los que se elaboran a  nivel de predio- y en sus estructuras son más frecuentes los casos de mala construcción o de total omisión en los planes de  ingeniería. No debe pasarse por alto la circunstancia de que, además de las obras de cabecera y de canales principales, los sistemas de regadío comprenden la construcción de numerosas estructures menores y pequeñas obras de movimientos de tierras, de diseño poco complicado y que se esparcen por superficies de tierra muy extensas. Con frecuencia se ha descuidado estas obras "menores", especialmente las necesarias a nivel de predio; para los contratistas no significan mucho beneficio, están dispersas y son difíciles de vigilar.
     La medición del agua de riego es un factor esencial para su distribución equitativa y uso económico. Sirve para asegurar el mantenimiento de programas adecuados de suministro, determinar las cantidades de agua aportada y advertir las anomalías que se produzcan  en su distribución. El conocimiento de la cantidad de agua aportada permite emplearla debidamente en el campo y contar con una base  para calcular los importes que deberán cargarse por el servicio de agua, cuando ella proceda. También es útil para averiguar las pérdidas sufridas en  la conducción y determinar su origen. Se han creado diversos métodos, dispositivos y obras de aforo en atención a las diferentes condiciones en que haya de cumplirse esta función, es habitual combinar esas obras y dispositivos con otras instalaciones, tales como salidas a nivel del predio, diques de retención y saltos de agua.

 El sistema ideal de riego completamente automático es aquél en que se atiende a las necesidades de agua de las plantas mediante la utilización de dispositivos que miden la humedad del suelo e inician una serie de operaciones para conducir el agua necesaria por la red en el momento oportuno, en la proporción conveniente y con la duración necesaria. Desde el punto de vista técnico, la automatización es mucho más difícil de introducir en redes de cauce abierto que en sistemas de tubería a presión. Por ello, en los proyectos nuevos donde las condiciones de trabajo y de otra índole favorecen el abastecimiento automático de acuerdo con la demanda de los usuarios, se tiende a instalar sistemas de tubería en lugar de sistemas con canales abiertos; los sistemas existentes de canal abierto sin embargo no pueden convertirse inmediatamente en sistemas de tubería. No obstante,  los cambios sociales y la evolución de los sistemas de cultivo (cosechas múltiples, utilización de variedades de elevado rendimiento, entre otros)  pueden exigir la  modificación de las redes tradicionales de circulación por gravedad.

 Las estructuras para riego de predios que continúan en su sitio durante más de una temporada de riego se consideran como permanentes; las que se trasladan de un lugar a otro dentro de cada temporada, se denominan portátiles o temporales. Estas instalaciones provisionales y temporales pueden hacerse de madera, metal o plástico, mientras que las obras permanentes se construyen normalmente con sistemas de hormigón o albañilería. Los niveles del agua y los caudales se regulan por medio de alzas móviles de madera, o compuertas de ese mismo material  o de acero. En muchos sistemas de riego por gravedad se realiza un mantenimiento inadecuado, lo que motiva una disminución de la eficiencia y también el deterioro de las obras. En el caso de que sea difícil remediar las causas de dicho mantenimiento impropio, la única solución será construir obras sencillas, robustas y con dimensiones mayores que las ordinarias. Cuando técnicamente sea factible deberán emplearse obras con múltiples funciones, tales como saltos, desagües, obras de división de caudal y equipos de aforo.
 
ESTRUCTURAS DE DERIVACIÓN Y CONDUCCIÓN DEL AGUA

      Las obras de toma o reguladores de cabecera son dispositivos hidráulicos construidos en la cabecera de un canal de riego. En ese contexto los canales de riego incluyen canales principales y canales de derivación o de distribución, canales menores y subdivisiones de ellos; la finalidad de estos dispositivos es recibir y regular el agua procedente de un canal principal o de fuentes de origen del abastecimiento, tales como un embalse o un río. Estas obras pueden servir también para medir la cantidad de agua que circula por ellas, sobre un metro cúbico por segundo; en los casos en que las descargas de los canales de salida representen más del 25 % de la capacidad del canal principal, las obras de control que regulan el caudal en dos o más canales se denominan "obras de división del caudal" y en el predio se denominan normalmente "cámaras de repartición".
      Las estructuras usadas para conducir el agua desde ríos, embalses o canales principales se han adaptado a las condiciones del terreno y los requerimientos de flujo; la conducción más eficiente del agua de riego es un desafío al ingenio de los diferentes técnicos envueltos en esta problemática.
 Una vez que el agua ha llegado a través del canal de alimentación correspondiente al predio agrícola, se deriva con un marco partidor o una compuerta -generalmente utilizados además para aforar el caudal de agua recibido- hasta el sistema de conducción interno del predio, y de allí al campo que se está regando.
 
     Las estructuras y dispositivos de salida en el predio se utilizan para desviar agua desde una corriente primaria a una secundaria, o acequia, o desde una acequia de cabecera a un campo. Las estructuras que se utilizan para estos fines generalmente son pequeñas, con capacidades comprendidas entre unos cuantos litros por segundo y la descarga máxima suministrada al predio; el tipo y la capacidad de las salidas de campo dependen principalmente del método de riego. En el riego por tendido, las salidas se espacian a lo largo de los lados de la acequia de suministro. Cada una de las salidas puede dar servicio a una postura o a varias sucesivas, intercomunicadas por compuertas de control; la capacidad de las salidas puede ser tan importante que alcance valores de hasta 500 litros por segundo. Las salidas deben estar provistas de compuertas de corredera o alzas móviles para poder controlar el caudal y el nivel del agua en los charcos; esto tiene suma importancia en el riego de cultivos como arroz u otros cereales o en el riego de pastos.
  En  la  Figura de la derecha se muestra una salida permanente de tubo de hormigón de las que se usan corrientemente para la descarga desde acequias primarias o acequias de campo, Este tipo de instalación se puede  emplear  también  como  salida  de  campo  permanente.  La Figura de la izquierda ilustra otro tipo de salida por tubo de hormigón con obturador en uno de los extremos.
 

 
Para derivar agua de un canal lateral normalmente es necesario usar algún tipo de retención que eleve el nivel del agua. En las  retenciones pueden ser de:
 
1. De metal, hecha de hierro galvanizado de calibre 16, es muy popular; está ordinariamente provista de una compuerta regulable para dejar pasar parte del caudal. En suelos ligeramente arenosos puede ser necesaria la colocación de un saco de yute donde caiga la corriente para evitar la erosión producida por el agua que pasa por la compuerta. Unas pocas paletadas de tierra sobre el lado de donde viene la corriente mantienen el saco en su posición.
 
2. La retención de lona es ligera y fácil de llevar de un sitio a otro. Algunas retenciones constan de un manguito de desagüe para derivar una parte de la corriente; se puede regular abriendo el cordel corredizo.
 
 El control exacto del caudal de riego para los cultivos en hileras es muy importante desde muchos puntos de vista. El uso de compuertas, cajas derivadoras, cajas de toma de madera y otros tipos de construcción  permiten  un control exacto del caudal y facilitan el trabajo. Algunos agricultores cortan el borde de la acequia con una pala y dejan que el agua fluya hacia los surcos sin ningún sistema de control. Esta costumbre da normalmente como resultado que algunos surcos tengan demasiada agua mientras otros no reciben la suficiente. En determinados suelos y en algunas pendientes pronunciadas es posible que se produzca una fuerte erosión entre los surcos.
 

La Figura muestra el riego de cultivos en hilera, con agua procedente de un canal lateral que comunica, mediante cajas derivadoras y cajas de toma de madera, con una acequia de cabecera; el agua entra en el campo por un canal lateral y corre de izquierda a derecha. La acequia de cabecera ha sido abierta con un arado u otra clase de zanjadora. En la acequia de cabecera están colocadas pequeñas retenciones o presas de tierra; su espaciamiento depende del desnivel de los canales laterales. Mientras mayor sea la pendiente, menor debe ser la distancia entre las presas de tierra. La forma de utilizar este sistema
es la siguiente:
 
 1. La retención de metal, o de lona, se coloca en el canal lateral con  objeto de  levantar el  agua hasta que pueda ser derivada hacia la acequia de cabecera. Cuando el nivel es suficientemente alto se abre la compuerta de metal para permitir que el exceso de agua escurra por el ramal lateral.
 
 2. El borde de la acequia ha sido cortado con una pala y se ha colocado la caja derivadora , como se ve en la Figura. La caja está bien empotrada con barro para evitar que deje escapar agua; la compuerta de la caja derivadora está abierta para permitir que el agua entre en el compartimiento de regulación.
 
3. El agua que queda en la acequia de cabecera forma una línea de espuma que puede ser usada como una guía para colocar las cajas de toma, construidas de listones, a un nivel dado. Cada caja de toma deberá estar colocada, por la parte de la acequia, lo más cerca posible del nivel del agua y pegada al suelo en la parte de los surcos; todas las cajas de toma deben estar bien empotradas con  barro.  Generalmente se coloca una caja de toma de madera para cada surco, aunque puede servir una salida para dos surcos donde se desee una cantidad menor de agua. Para evitar el peligro de que las cajas de tomas de madera se atasquen con hojarasca, debe procurarse que el agua de la acequia secundaria cubra siempre su orificio de entrada.
 
4. Una caja derivadora normalmente abastecerá de 12  a 20 cajas de toma. La compuerta de la caja derivadora se gradúa para permitir el paso de la cantidad de agua que se desea salga por las cajas de toma; éstas dejarán pasar un volumen mayor o menor según la altura del agua que esté sobre ellas. La compuerta de la retención A debe entonces regularse con precisión para mantener el nivel apropiado en al canal secundario.
 
5. Después que ha sido construida una acequia secundaria se repite el mismo proceso para un segundo compartimiento, como se ve en la Figura , y así sucesivamente a lo largo del canal lateral para aprovechar todo su desnivel.

 Las cajas derivadoras tienen por objeto permitir el paso del agua de un canal lateral a una acequia de cabecera a través de la berma que los separa; también sirven para controlar la corriente. En la Figura se ve una caja derivadora de tipo cerrado. Los listones laterales de 2.5 cm por 15 cm son más cortos que las piezas superiores e inferiores. Una tabla de 15 cm x 15 cm se clava en  el  agujero de salida para que forme dos aberturas laterales. Con esto se evita la erosión de la margen opuesta de la acequia, porque el agua frenada por la tabla posterior sale por las aberturas laterales. Levantando y bajando la compuerta de metal de la boca de entrada puede controlarse la cantidad de agua que pasa a la acequia de cabecera.
      En el riego de cultivos alineados, el uso de la caja derivadora de tipo cerrado, de la acequia de cabecera y de las cajas de toma de madera permite una distribución uniforme y controlada del agua para cada surco y ahorra más trabajo que el viejo método de cortar el camellón y esforzarse en conducir el agua por dentro de cada surco con una pala.
 

En el caso del riego por surcos, el tipo de dispositivo de derivación  más común es el sifón o la caja de distribución.  Los sifones generalmente son preformados, de aluminio o de tubo de plástico; algunas veces se construyen con materiales flexibles tales como la goma butílica y el plástico ondulado. Poseen las ventajas de su fácil instalación y retiro sin alterar el margen de la acequia; además, el hecho de ser portátiles hace que el número de sifones requeridos sea menor. El caudal se puede regular variando la altura piezométrica, el tamaño de los sifones o el número de los mismos. Las capacidades de los sifones que se puede adquirir en el mercado se hallan comprendidas entre 1 litro/seg. y varias decenas de litros por segundo. Los de tamaño grande se usan algunas veces como salidas de campo o para la desviación del caudal desde acequias revestidas a acequias sin revestimiento. Estos sifones grandes precisan de un dispositivo para su cebado.
 
 En el cuadro siguiente se indica los caudales que pasan por diversos tamaños de sifones cuando éstos funcionan sometidos a diferentes alturas piezométricas; la altura piezométrica es la diferencia de cota entre la superficie del agua en la acequia de finca y el centro de la salida cuando su derrame es libre, o la superficie del agua por encima de la salida cuando ésta queda sumergida.

 Un inconveniente que tiene el sifón es la posibilidad de que pueda quedar descebado durante el funcionamiento por producirse un descenso del nivel del agua o una obstrucción con hojarasca légamo.

 En el cuadro siguiente se resume la descarga que puede esperarse de sifones de diferente diámetro, para alturas piezométricas variables.


      

  Para poner el sifón en funcionamiento se hace lo siguiente:
 
1. Se sumerge el tubo en el agua del canal hasta que esté lleno.

2. Se cierra uno de los extremos con la mano y se coloca en la posición que llevara cuando se encuentre regando (ver figura arriba). 

3. Cuando se quita la mano, se puede regular la corriente levantando o bajando el extremo del desagüe.
 
4. El extremo de la toma de agua debe colocarse a la suficiente profundidad para evitar que se atasque con la hojarasca flotante.

CONDUCCIÓN DE AGUA EN EL PREDIO

 El agua de riego es conducida en circuitos abiertos o cerrados. Desde el punto de vista hidráulico, los dos métodos son similares; sin embargo, en el cálculo del caudal conducido se emplean fórmulas y ecuaciones diferentes.
     El tipo más común de canal de conducción es aquél excavado en tierra a lo largo de la distancia en que debe ser conducida el agua. Cuando los canales son usados sin ningún tipo de recubrimiento se les conoce como "canales de tierra", en los que una excesiva velocidad del agua puede causar erosión; generalmente la erosión se produce cuando el agua fluye con un caudal superior a 15 litros por segundo. La principal  ventaja  de los canales de tierra es su costo comparativamente pequeño; sus desventajas son de diverso tipo, como por ejemplo las pérdidas de agua por filtración, el crecimiento de malezas en las orillas, su tamaño comparativamente grande cuando se quiere conducir caudales significativos a baja velocidad y problemas de eventuales roturas.
 
 Las paredes de los canales se construyen con un cierto talud respecto al  fondo; la relación más común entre el ancho del fondo (b) y la profundidad del canal (d) es determinada por condiciones topográficas. La sección hidráulica más adecuada, cuando las condiciones estructurales del suelo no son limitantes, está representada en la Ecuación 1:
 
 

b = 2d (tan Ø/2)   
Ecuación 1   

b = ancho del fondo 
d = profundidad 
Ø = ángulo entre el talud  
y la horizontal. 

 
  Las pérdidas de agua desde canales de riego constituyen un serio problema, dado que no solamente se pierde agua sino que también se producen problemas de drenaje en los suelos adyacentes al trazado del canal. Parte del agua perdida desde el canal puede ser utilizada en agricultura; hay muchas áreas en que se desarrolla la producción agrícola satisfactoriamente en función de estas pérdidas, pero en algunas ocasiones los problemas de drenaje son tan graves que impiden el cultivo de extensas zonas.
     Uno de los problemas de mantenimiento más difíciles de abordar en un canal es tratar  de que permanezca libre de malezas. La presencia de malezas en el fondo o en los lados del canal retarda en forma significativa la velocidad del agua y restringe así el caudal que el canal es capaz de conducir. Al mismo tiempo el agua del canal puede infestarse de semillas de malezas que luego son distribuidas sobre los campos regados, causando allí graves problemas de competencia con las plantas cultivadas.

 El control de las malezas que se desarrollan en los canales de conducción de agua es una operación costosa que se realiza en forma manual o con maquinaria. Muchas veces no es posible utilizar herbicidas, porque éstos pueden ser acarreados por el agua hasta plantas cultivadas  que  pueden  verse  afectadas  por  el  producto químico empleado.
     Las malezas que crecen en los canales de riego consumen aproximadamente una cuarta parte del agua utilizada en riego, tanto por la transpiración misma como por la evaporación del suelo húmedo alrededor del canal.
 
 Además de los canales de conducción y de las estructuras de derivación antes analizadas, hay otras estructuras de conducción del agua dentro del predio agrícola; entre ellas es conveniente destacar:
 
1. Las canoas, que se utilizan para conducir el agua sobre depresiones del terreno o en zonas con mucha pendiente natural. Estas estructuras se construyen en madera o metal.
 
2. Túneles, que permiten disminuir el largo de un canal de conducción cuando éste tiene que pasar por una zona de cerros o colinas.
 
3. Caídas o saltos de agua: cuando la pendiente del terreno donde fluye agua por un canal es excesiva, se construyen barreras de madera o concreto dentro del canal con el fin de disminuir la velocidad del flujo de agua; de esta forma la energía cinética del agua es disipada en la caída cada ciertos tramos del canal, y el agua no causa erosión en éste.
 
4. Sifones invertidos: para atravesar caminos, canales que fluyen perpendicularmente al canal considerado u otras barreras de difícil modificación, el agua se hace atravesar por sifones invertidos, bajo presión.

ESTRUCTURAS Y DISPOSITIVOS PARA MEDICIÓN DE CAUDALES

     Casi todos los tipos de obstáculos que restringen parcialmente la corriente del agua en un canal de riego se pueden utilizar como dispositivos de aforo, siempre que sea posible calibrarlos. Sin embargo, las pruebas de calibración necesarias para llegar a una valoración exacta pueden convertirse en un trabajo bastante costoso, en el que haya que invertir largo tiempo y que solamente está justificado cuando el dispositivo calibrado haya de utilizarse para numerosos fines. Para medir pequeños caudales (como de menos de 1 000 litros/seg.) casi siempre es preferible emplear uno de los numerosos dispositivos -de aforo normalizados, o las valoraciones ya establecidas. Antes de entrar en la descripción de los diversos dispositivos de aforo, conviene recordar los motivos por los cuales se mide el agua de riego y los lugares del sistema en que tal medición debe realizarse.
 
 La creciente demanda que pesa sobre los recursos de agua disponibles y el constante aumento de los costos que tiene el desarrollo de las redes de riego exigen que el agua se utilice de forma económica, sin desperdiciarla, lo cual no se puede conseguir más que midiéndola. Las mediciones sirven para asegurar el mantenimiento de los programas adecuados de suministro, determinar las cantidades de agua provista, descubrir las anomalías, estimar y averiguar el origen de las pérdidas que se produzcan en la conducción. Los conocimientos más avanzados sobre las propiedades del suelo y las relaciones entre la humedad del suelo y de la planta permiten proyectar sistemas de riego de tal forma que el agua se pueda aplicar en el momento oportuno y en la cantidad precisa en relación con el estado de humedad del suelo, consiguiendo con ello una eficiencia máxima en la utilización del agua y un daño mínimo del suelo. Estos conocimientos solamente pueden tener su más perfecta aplicación mediante la medición razonablemente exacta del agua consumida. Asimismo, con el fin de establecer criterios para la utilización y administración eficaz del agua, es preciso realizar ensayos y evaluaciones sobre el terreno aprovechando los sistemas de riego existentes, con fines diversos tales como la evaluación del rendimiento de las redes de riego y la determinación de las velocidades de toma, tamaños de corriente requeridos, longitud de surcos y camellones, pérdidas de agua, entre otros. Los dispositivos para medición exacta del agua son indispensables en dichas pruebas y evaluaciones.
   Ya sea el agua de propiedad pública o privada, su medición es un medio importante para poner en práctica un esquema de distribución  que satisfaga necesidades reales o derechos legales, o ambos, así como también para crear una base lógica de estimación de las facturaciones de agua. Si la facturación que se hace al consumidor se basa en el caudal, será preciso medirlo y llevar los registros convenientes. Cuando las facturaciones se basan en el volumen, hace falta un dispositivo de medición volumétrica o un dispositivo medidor del caudal combinado con otro registrador del tiempo. En teoría, el caudal del agua se debe medir en las tomas de los embalses, en las obras de cabecera de los canales, en puntos estratégicos de los canales y derivaciones laterales de los mismos y en puntos de suministro a los consumidores del agua. Las instalaciones para medición de agua pueden requerirse en el sistema terminal de distribución, o ser convenientes en las tomas de canales laterales (distribuidores u otros), o en otros puntos de bifurcación. Está claro que el punto más importante de medición es la salida (o desviación) del predio donde se produce el encuentro de la administración con los consumidores del agua.
 
 La mayor o menor necesidad de disponer de un dispositivo de aforo en la salida está en función del sistema de suministro empleado. El suministro sobre demanda depende de la medición del agua como base para su distribución equitativa, así como para el cálculo de las posibles facturaciones. En los lugares donde el agua se distribuye mediante rotación entre los agricultores a lo largo de una derivación lateral (o canal de distribución, o canal "menor") y en los cuales la cantidad de agua suministrada a cada agricultor puede ser diferente, se requiere un dispositivo de aforo en la salida. Por el contrario, si los agricultores situados a lo largo de esa derivación lateral reciben agua tomando como base la superficie de tierra o los cultivos regados, la medición no es totalmente necesaria; sin embargo puede seguir siendo conveniente para otros fines, tales como el mejoramiento del rendimiento del riego. De modo análogo, en todos los sistemas que se basan en un caudal constante la medición no es absolutamente necesaria pero puede ser conveniente.
 
      En los lugares donde varios agricultores compartan el agua de cada salida y en los que se da la circunstancia de que el caudal del canal fluctúa considerablemente, cada una de esas salidas debe estar provista de un dispositivo de aforo, incluso si se practica una distribución equitativa entre las salidas; de tal forma cada grupo de agricultores puede conocer en cualquier momento el caudal disponible que puede tomarse de su respectiva salida. Se deduce de lo anterior que si toda el agua de riego de una salida ha de suministrarse a un campo de una vez, el dispositivo aforador de la salida puede ser el único que se requiera. Pero si el suministro se divide entre dos o más acequias, puede ser conveniente la instalación de alguna clase de dispositivo aforador sencillo en cada toma.
      La medición del agua constituye un problema difícil en numerosas zonas de regadío: la altura disponible en el sistema de riego puede ser demasiado pequeña para permitir  la realización de una medición exacta; las necesidades variables de agua en los predios y las variaciones del suministro motivan fluctuaciones en los niveles del agua en los canales, alteraciones de la velocidad o ambas cosas a la vez; la presencia de malezas y sedimentos, la dificultad de mantener tolerancias reducidas durante la construcción y otros muchos factores, pueden hacer relativa la exactitud de la medición del agua. Considerando que en un esquema de riego puede haber un gran número de salidas,  la introducción de un sistema de suministro basado en la medición del agua en las salidas puede exigir una organización de explotación grande y costosa que entrañará problemas de personal, contratación de mano de obra, adiestramiento, etc. El factor del costo reviste una importancia particular en los lugares en que las fincas son pequeñas o la rentabilidad es baja; en tales casos, debe optarse por utilizar dispositivos sencillos, de menos exactitud.
 
Métodos; estructuras y dispositivos disponibles

 El vertedero es el dispositivo más práctico y económico para medición de agua, siempre que se disponga de suficiente altura; asimismo, las conducciones elevadas de aforo se emplean con gran profusión en  las redes de riego, pues son aplicables a casi todas las condiciones de caudal. Sus ventajas más destacadas son las pequeñas pérdidas de carga, una exactitud razonable para una gama grande de caudales, la insensibilidad a la velocidad de aproximación y el reducido efecto que en las mismas tiene el transporte de sedimentos y arrastres; en esta clase de estructuras de aforo se destaca la conducción elevada Parshall. Los aforadores de hélice son dispositivos de medición de caudal comerciales que se vienen utilizando hace varios años; son particularmente adecuados para sistemas en los que no pueden permitirse pérdidas de altura para la medición del agua y donde el agua se cobra por volumen.

 La evolución de las técnicas y dispositivos para la medición del  agua ha tenido lugar de forma independiente en muchas partes del mundo; ello ha dado como resultado una abundancia de tipos de diseños,  creados  para  hacer  frente  a  condiciones  locales determinadas. Sin embargo, muchos de estos dispositivos podrían ser útiles también en otras zonas; hay ciertas características convenientes en un dispositivo que se pueden sumar a las de otro para mejorar el rendimiento general. El afinamiento de la exactitud se puede conseguir mejorando la calibración y construyendo estructuras que se ajusten con más rigor a las dimensiones  normalizadas; además, las estructuras se pueden modificar de modo que lleguen a ser más baratas y fáciles de realizar, como el caso de la conducción elevada de garganta cortada. Con una mayor normalización y calibración de las estructuras de distribución y control, se podría beneficiar la economía de la medición del agua, como sucedería, por ejemplo, con la utilización de alcantarillas como dispositivos aforadores.

Vertederos de aforo con coronación aguda
 
 Los vertederos probablemente sean los dispositivos utilizados  con mayor profusión para medir el caudal de agua en canales abiertos. Se pueden dividir en vertederos con coronación aguda y vertederos  con coronación ancha.
 
 Los tipos de vertederos de coronación aguda corrientemente utilizados para medir agua de riego son los siguientes: vertederos rectangulares contraídos; vertederos rectangulares sin contracción de la vena fluida; vertederos trapeciales con coronación y laterales agudos (Cipolletti); vertederos con entalladura en V de 90º con laterales agudos.
  Cada uno de ellos posee características apropiadas para su funcionamiento con arreglo a las condiciones de un lugar determinado. El vertedero Cipolletti es, quizás, el tipo que se usa con más frecuencia . Sin embargo, en los sistemas de riego se puede hallar un número considerable de vertederos rectangulares, sobre todo en los predios, dada la sencillez de su construcción y funcionamiento. Los resultados más exactos que se consiguen con el vertedero de entalladura en V de 90º sirven cuando se mide pequeñas descargas, siendo en particular conveniente para la medición de caudales fluctuantes.
  Los vertederos de aforo requieren una altura relativamente grande, un mantenimiento considerable del vertedero y protección del canal aguas abajo de la coronación. La exactitud de la medición es relativamente buena. La elección del tipo y las dimensiones del vertedero deben basarse, en primera instancia, en el caudal previsto, o en los límites de caudal en el caso de corrientes fluctuantes. Debe tomarse en consideración lo siguiente:
 
a. La altura no debe ser inferior a 6 cm para el caudal previsto y no debe exceder de 60 cm.
 
b. Para vertederos rectangulares y trapeciales, la altura no debe exceder de un tercio de la longitud del vertedero.

c. La longitud del vertedero debe elegirse de forma que la altura para la descarga de proyecto sea la máxima, pero sujeto a las limitaciones indicadas en a. y en b.
 
d. Las coronaciones deben situarse a suficiente altura para que el agua que fluya sobre las mismas caiga libremente, dejando un espacio de aire debajo de los chorros y alrededor de los mismos.
 
 Cuando la superficie del agua, aguas abajo de la retención, está lo bastante alejada por debajo de la coronación como para que el aire se desplace  libremente a  la zona que queda debajo de la lámina vertiente, se dice que el vertedero es de descarga libre, en cuyo caso el caudal solamente se puede determinar por la varilla de medición de aguas arriba y el conocimiento del tamaño y la forma del vertedero.

 Si en el sector de aguas abajo del canal la superficie del agua no permite que se forme una aireación libre alrededor de la lámina vertiente, puede suceder que la descarga aumente debido a la baja presión. Cuando el  nivel del agua  sube  por encima de la cota de la coronación, se considera que la corriente es sumergida; esto puede afectar o no al régimen de descarga en un grado mensurable, pero en estas condiciones no pueden esperarse mediciones dignas de confianza. Sin embargo, cuando el nivel del agua aguas abajo se eleva sobre la coronación del vertedero en un 66 % aproximadamente, o más, de la altura sobre la coronación, el grado de inmersión afectará apreciablemente al caudal que pase por la entalladura del vertedero. En estas condiciones de inmersión, el caudal se puede determinar siempre que puedan medirse las alturas tanto aguas arriba como aguas abajo, consultando tablas de flujo sumergido.  Los flujos sumergidos y no ventilados no son convenientes para condiciones normales; deben ser evitados, salvo en situaciones excepcionales. En la mayoría de los casos, los vertederos deben situarse, por lo tanto, de forma que se puedan conseguir unas condiciones de descarga ventilada y de derrame libre.
     Si la entalladura del vertedero se construye con una chapa relativamente delgada, de modo tal que su borde de aguas arriba sea una arista viva y se monta en el muro de apoyo de forma que el agua no toque el muro al pasar (es decir, que "salte" al pasarlo), el vertedero se denominará vertedero de coronación aguda. Si la entalladura del vertedero se montase en un muro demasiado grueso para que el agua lo "saltase" al pasar, el vertedero se clasificaría como del tipo de coronación ancha. Los coeficientes de descarga y las tablas de descarga generalmente se obtienen para vertederos de coronación ancha calibrando el vertedero en su sitio; la mayoría de los vertederos aforadores se construyen como vertederos de coronación aguda.

 Cuando las distancias desde los extremos o laterales de la entalladura del vertedero a los laterales del estanque del vertedero son lo bastante grandes como para permitir que la lámina de agua se aproxime a la coronación libremente y sin limitaciones, el agua fluye de modo uniforme y con relativa lentitud hacia los extremos del vertedero. A medida que el agua de los laterales del canal se aproxima a la entalladura, se acelera y gira pare pasar por la abertura de la entalladura; ese efecto de giro no puede tener lugar instantáneamente, de modo que se forma un camino o contracción curvada de la corriente, "saltando" el agua libremente pare originar un chorro más estrecho que la abertura del  vertedero. Cuando las condiciones del acceso  permiten  la contracción tanto en  los extremos como en la parte inferior del chorro, el vertedero se denomina vertedero con contracción. Para condiciones de contracción, los extremos del vertedero no deben estar a menor distancia de los laterales del canal que el doble de la altura sobre el vertedero; para que se produzca la contracción completa en el fondo, la coronación del vertedero debe situarse a una distancia no inferior de 2 H medida desde el fondo del canal.

 

El vertedero trapecial normalizado, tiene forma trapecial (Ver esquema lateral), inclinándose sus lados en la proporción de 1 (horizontal) a 4 (vertical). La coronación del vertedero con entalladura en V de 90º, normalizado, consiste en una chapa delgada; los lados de la entalladura están inclinados 45º con respecto a la vertical. Funciona como vertedero de contracción; por tal causa se aplican al mismo todas las condiciones relativas a la exactitud indicadas para el vertedero rectangular con contracción, normalizado. Las distancias mínimas de los laterales de vertedero a  las márgenes del canal deben ser, por lo menos, el doble de la altura sobre el vertedero y deben medirse desde los puntos de intersección de la superficie máxima del agua con las aristas del vertedero. La distancia mínima desde la entalladura hasta el fondo del estanque debe ser, por lo menos, del doble que la altura sobre el vertedero, medida desde el punto (cúspide) de la entalladura al suelo del canal.
     Debido a la forma de este vertedero, la altura requerida para un caudal  pequeño que pase por él es mayor que la requerida en los demás tipos de vertedero con coronación horizontal larga; esto hace que sea particularmente adecuado para medir caudales pequeños con gran exactitud.

 


Fórmulas hidráulicas y medición de la descarga

Vertedero rectangular con contracción, normalizado
 
 Se han deducido numerosas fórmulas para calcular la descarga de vertederos rectangulares, de coronación aguda, con contracción total. De estas fórmulas, la que está más divulgada y tiene mayor aceptación es la fórmula de Francis:


  Q = 1.84 (L - 0,2 * H) * H exp (3/2)  
Ecuación 2

donde

    Q =  descarga en m3 por segundo

     L =  longitud de la coronación en m

    H =  altura en m o diferencia vertical entre la cota de la coronación del vertedero y la cota de la superficie del  agua en el estanque del vertedero.
 
Vertedero rectangular sin contracción de la vena fluida, normalizado

 Para calcular la descarga del vertedero rectangular sin contracción  de la vena fluida, normalizado, se utilizan corrientemente las  fórmulas de Rehbock y de Francis

 
  Q = (2/3) * u * LH *(2gH)^(1/2)  
Ecuación 3

 
donde
      Q = descarga en m3 por segundo
      u = coeficiente de descarga
      L = longitud de la coronación del vertedero en m
      H = altura en m.
 
 El coeficiente de descarga u se determina de la siguiente manera:


  u = 0.615 [1 + (1 / H + 1.6)] * { 1 + 0.5 * (H /H + D)^ 2}  
Ecuación 4

 
donde

      D = distancia desde la coronación al fondo del canal de   acceso en milímetros
      H = altura en milímetros
 
Vertedero trapecial Cipolletti, normalizado
 
 Basándose en la fórmula Francis, Cipolletti ha desarrollado la siguiente fórmula para este tipo de vertedero:


  Q = 1.86 *  L * (H) exp 3/2  
Ecuación 5  

 
donde
 
     Q = descarga en m3 por segundo
     L = longitud de la coronación en m
     H =  altura en m.
 
Vertedero con entalladura en V de 90º, normalizado
 
 De las diversas fórmulas bien conocidas que se utilizan para calcular la descarga por vertederos de entalladura en V de 90º, la fórmula recomendada es la siguiente:

 
  Q = (8/15) * 2 * g * Cd * (H)^(5/2)  
Ecuación 6  

 
donde

    Q = descarga en m3 por segundo
    g = aceleración debida a la gravedad en m/seg2
    Cd = coeficiente de descarga
    H = altura en m
    Cd = es función de H y de la propiedad del fluido.
 

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Bibliografía:

-Gurovich, L. 1985. Fundamentos y Diseño de Sistemas de Riego. 415 pp. Ed. Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura.
 
-Gurovich, L. 1997. Riego Superficial Tecnificado. 538 pp. Ed. Colección de Textos Universitarios de la Pontificia Universidad Católica de Chile.