uso conjunto de aguas superficiales y subteráneas, región lagunera

USO CONJUNTO DE AGUAS SUPERFICIALES Y SUBTERÁNEAS,
REGIÓN LAGUNERA, MÉXICO
Exebio G. Adolfo 1, Peña H. Salvador 2 y Delgadillo P. Ma. Eugenia3
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es analizar y proponer una estrategia de gestión del
agua para el Uso Conjunto de las Aguas Superficiales y Subterráneas en la
Región Lagunera, que permita mejorar las eficiencias de almacenamiento y
extracción de agua para riego de las presas, así como la de lograr la
sustentabilidad del acuífero.
La metodología utilizada parte de la caracterización hidrológica, operacional y
de producción agrícola, como información previa a la optimización y
modelación del sistema de riego, analizando dos escenarios: primero, la
situación actual de manejo independiente y por separado de las aguas
superficiales y subterránea, y segundo, el manejo conjunto de las dos fuentes
de agua y sus demandas para riego.
En la optimización del subsistema superficial se utiliza un modelo de
programación lineal, el cual se basa en la definición de una función objetivo
para maximizar el beneficio neto y los niveles de uso de los recursos agua y
tierra, sujeta a reglas de operación de los vasos y de disponibilidad y
demandas para riego. En la simulación de los subsistemas superficial y
subterráneo, en sus condiciones actuales y de propuesta de Uso Conjunto, se
utilizó el modelo SIMGES para estructurar y simular a nivel mensual el flujo del
agua en el sistema de riego, en función de las aportaciones, las demandas,
recargas al acuífero y reglas de operación . En el subsistema superficial el
flujo es simulado y calculado por continuidad y balance, y el subsistema de
agua subterránea es simulado mediante un modelo de depósito, tomando en
consideración pérdidas por evaporación e infiltración en embalses y cauces,
así como la conexión hidráulica entre aguas superficiales y subterráneas.
Los resultados de este ejercicio exploratorio del Uso Conjunto de las Aguas
Superficiales y Subterráneas del sistema de riego de la Región Lagunera,
muestran que es posible optimizar los volúmenes almacenados y extraídos de
las presas de almacenamiento, haciendo un mejor manejo de las avenidas
máximas, así como minimizar las extracciones del acuífero bombeando
solamente la recarga promedio anual, lo que daría la posibilidad de su
estabilización y uso sustentable.
Palabras clave: manejo agua superficial y subterránea.
1 Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, Km 36.5 Carretera México
Téxcoco, 56230, México, tel. (595) 95 20 200 extensión 1177
2 Universidad Politécnica de Valencia, camino de vera s/n, Valencia, España,
tel. 0034 963879615
3 Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, Km 36.5 Carretera México
Téxcoco, 56230, México, tel. (595) 95 20 200 extensión 115
1
INTRODUCCIÓN
Los diferentes factores que complican las políticas de gestión del agua nos
inducen a una necesidad de propuestas de gestión integral, tanto de oferta,
como construcción de presas y de infraestructura de riego, y de demanda,
como mejorar la eficiencia de uso, reconversión de cultivos y tecnificación de
riego, gestión de calidad, recuperación de acuíferos, uso conjunto de aguas
superficiales y subterráneas, etc.
Para hacer un uso más eficiente del agua en el sector agrícola, se vislumbra
como
una de las alternativas a la gestión tradicional, basada
fundamentalmente en aumentar la oferta, el uso conjunto de aguas
superficiales y subterráneas, como estrategia de gestión integral para mejorar
el rendimiento y la sustentabilidad de un sistema de recursos hidráulicos
superficiales y subterráneos; sin embargo, poco aprovechado debido a
problemas legales, institucionales, económicos, políticos, entre otros.
Bajo este contexto, la Región Lagunera, México, es un sistema de riego con
recursos de agua superficial y subterránea, que son planificados y operados
en forma independiente, ubicada en el norte centro del país, e importante por
su desarrollo agropecuario y una superficie de riego de 196,000 ha; que en los
últimos años se ha visto afectada en su valor de la producción, debido
básicamente a la baja disponibilidad de agua superficial, que obliga a
intensificar y sobreexplotar las aguas subterráneas.
Por la tanto, el objetivo de este trabajo es aplicar una metodología de Uso
Conjunto de Aguas Superficiales y Subterráneas, a un estudio de caso en La
Región Lagunera, México, con la finalidad de desarrollar y proponer
alternativas de operación y gestión, que permitan hacer una primera
evaluación del comportamiento de los volúmenes embalsados y extraídos, del
comportamiento del acuífero sobreexplotado, así como de la satisfacción de
las demandas de riego.
MATERIALES Y MÉTODOS
MATERIALES
El subsistema superficial esta formado por las presas Lázaro Cárdenas y
Francisco Zarco, con capacidad de diseño de 4,000 y 400 Hm3,
respectivamente, conectadas en serie por medio del cauce del Río Nazas, con
trasvase de agua de la primera a la segunda. Existen dos zonas de riego, una
ubicada entre las dos presas con 11,000 ha y la otra aguas debajo de la presa
F. Zarco, denominada Distrito de Riego 017 (DR0179) con 158,860 ha, para un
total de 169,000 ha.
Debido a la presentación de avenidas máximas del Río Nazas, aportación
principal del sistema de presas, estas deben operarse considerando
volúmenes máximos de almacenamientos por debajo de la capacidad de
diseño, a partir de los cuales se deben derramar, como prevención de
inundaciones. Estos volúmenes son del orden de 2,800 y 170 Hm3 para las
presas L. Cárdenas y F. Zarco, respectivamente. Así mismo, existen reglas de
2
operación de las presas, que muchas veces se dan en función de la
experiencia de los técnicos encargados de la operación.
El DR 017 esta organizado en módulos de riego con figuras jurídicas de
Asociaciones Civiles y con una estructura operativa y administrativa para
manejar los volúmenes de agua y la infraestructura de riego, concesionados
por la Comisión Nacional del Agua.
El subsistema de aguas subterráneas esta constituido por el acuífero de la
Región Lagunera con una extensión de 15,000 Km2, con alrededor 2,834 pozos
para uso agrícola, un volumen de extracción para riego de alrededor de 1,050
Hm3 y una recarga de de 550 Hm3, lo que implica un minado de 500 Hm3
anuales en promedio; sin considerar los otros usos por el momento. La
superficie atendida con este recurso es de alrededor de 75,000 ha.
Los pozos en su mayoría son de propiedad particular con su correspondiente
título de concesión, por lo que el DR017 no tiene ninguna autoridad y control
sobre la planeación y explotación de dichos pozos. Además, la planeación y el
plan de riego y cultivo del distrito no toma en cuenta el agua subterránea ni la
superficie que se riega con este recurso. Los dueños de los pozos están
organizados en Comités Técnicos de Agua Subterráneas, con representación
de los diferentes usuarios, pero que carecen de una estructura operativa para
hacer la planeación y control de los volúmenes bombeados.
METODOLOGÍA
Escenarios Analizados
Se contemplan dos escenarios de estudio y análisis del Sistema de Riego:
a) Escenario 1, o actual, que comprende la optimización y modelación de
las condiciones actuales de operación del sistema de riego, con las
aguas superficiales y subterráneas manejadas en forma separada e
independiente, así como sus demandas correspondientes.
b) Escenario 2, de Uso Conjunto de las Aguas Superficiales y subterráneas,
en el cual se simula el manejo de las presas de almacenamiento y del
acuífero en forma conjunta, para atender las demandas de riego tanto
superficiales como subterráneas.
Modelo Conceptual
Se parte de un modelo conceptual del sistema de riego de La Región Lagunera
tal y como opera actualmente, con el uso de aguas superficiales y
subterráneas en forma independiente, para luego integrar el acuífero con las
presas de almacenamiento para su manejo conjunto, haciendo uso y
aplicación de herramientas metodológicas desarrolladas en la Universidad
Politécnica de Valencia, España y en el Colegio de Postgraduados, México.
3
En el mejor de los casos, el desarrollo y resultados de este ejercicio, no
pretende tener un modelo completamente terminado, por razones de falta de
información agrícola, hidrológica, económica, etc. y falta de integración del
acuífero en una forma distribuida; más bien, tener una primera aproximación
para analizar las ventajas y desventajas de esta alternativa de manejo y la
aplicabilidad y potencialidad de las herramientas metodológicas de Uso
Conjunto de las Aguas Superficiales y Subterráneas en un sistema de riego de
México.
A continuación se presentan los dos esquemas correspondientes a los
escenarios estudiados, el esquema 1 representa la operación actual del
sistema de riego y el esquema 2 el escenario de uso conjunto de agua
superficial y subterráneas.
Río Nazas
Presa Lázaro Cárdenas
Acuífero
Ficticio
Demanda
Superficial
Presa Francisco Zarco
Acuífero Región
Lagunera
2
Demanda
Subterránea
Demanda
Superficial
ESQUEMA 1. Sistema de Riego Sin Uso Conjunto de Aguas Superficiales y
Subterráneas
Presa Lázaro Cárdenas
Acuífero
Ficticio
1
Demanda
Superficial
Presa Francisco Zarco
Acuífero
Región
Lagunera
Demanda
Superficial y
Subterránea
ESQUEMA 2. Sistema de Riego Con Uso Conjunto de Aguas Superficiales y
Subterráneas
4
La demanda de riego 1 se identifica como Nazas y esta ubicada en la margen
derecha del río del mismo nombre, aguas abajo de la presa L. Cárdenas y
antes de la presa F. Zarco; se abastece con agua de la L. Cárdenas. La
demanda 2 del esquema 1, también de agua superficial, corresponde al DR 017
y se abastece de agua de las aportaciones a la F. Zarco y de las transferencias
de agua de la L. Cárdenas.
La zona de riego 3, solamente se riega con agua subterránea, no conectada
hidráulicamente con las presas de almacenamiento. Los trasvases de la L.
Cárdenas a la F. Zarco, se hacen por medio de una obra de toma con una
capacidad de 400 Hm3, y se conducen por el cauce natural de Río Nazas, de
acuerdo a los requerimientos de la demanda 2. En el embalse L. Cárdenas y en
el tramo del río Nazas que conduce los trasvases a la F. Zarco, se presentan
filtraciones, que según el estudio hidrogeológico no constituyen una recarga
natural al acuífero, por lo que se canalizan a un almacenamiento subterráneo
ficticio, con la finalidad de hacer una modelación con la representación de
dichas pérdidas.
Luego se tiene el embalse F. Zarco que opera como presa reguladora de los
trasvases y de las avenidas máximas del río Nazas, que atiende la demanda de
riego 2 del escenario1, presenta filtraciones que sumadas a las del tramo del
río y canales que conducen las aguas hasta la demanda 2, así como las
pérdidas por excesos de riego, se canalizan como recargas al acuífero.
En el esquema 2, El acuífero se conecta hidráulicamente a las presas, para
hacer un Uso Conjunto de las a Aguas Superficiales y Subterráneas,
representando el acuífero como un depósito, que es la forma más simple pero
conveniente en esta etapa inicial del estudio de planificación. Esta
representación se considera de parámetros agregados para reproducir el
comportamiento global del sistema, en que los caudales de descarga son
linealmente proporcionales al volumen almacenado por encima del umbral de
salida, considerando como acción elemental la recarga neta y como parámetro
de control el volumen almacenado en un año agrícola. El modelo simula a
escala de tiempo mensual la gestión del sistema de riego para un período de
30 años de 1960 a 1989.
Modelos matemáticos
En este trabajo se utilizan técnicas de Análisis de Sistemas de Recursos
Hidráulicos, específicamente un modelo de programación Lineal y un modelo
de Simulación para la Gestión de Recursos Hidráulicos.
Modelo de Programación Lineal
El modelo de Programación Lineal es un modelo de optimización utilizado
solamente en el subsistema superficial, que tiene un enfoque analítico y una
estructura matemática, con el objetivo de definir un patrón de cultivos y
optimizar la operación de las presas de almacenamiento, con la finalidad de
maximizar el beneficio de los productores. El modelo analiza el funcionamiento
conjunto de las presas conectadas en serie, planteando las ecuaciones de
balance y las restricciones en un solo modelo
5
El modelo de optimización tiene como función objetivo maximizar el beneficio
neto del Distrito de Riego 017 y se expresa de la forma siguiente:
Tca
Tcb
c =1
c =1
Max BN = ∑ BNc Aac + ∑ BNc Abc
(1)
BNc = Rc * Pc − CPc
(2)
Donde:
BN:
BNc:
Aca:
Acb:
Tca:
Tcb:
c:
Rc:
Pc:
CPc:
Beneficio neto total ($)
Beneficio neto del cultivo c ($/ha)
Área a sembrar del cultivo c, en la parte alta (ha)
Área a sembrar del cultivo c, en la parte baja (ha)
Número total de cultivos, de la parte de alta en un ciclo agrícola
(adimensional)
Número total de cultivos, de la parte baja en un ciclo agrícola
(adimensional)
Índice que representa los cultivos (adimensional)
Rendimiento del cultivo c (ton/ha)
Precio medio rural del cultivo c ($/ton)
Costo de producción del cultivo c ($/ha)
La función objetivo esta sujeta a restricciones del funcionamiento del sistema
de presas y de transferencia de agua, así como de reglas de operación y
disponibilidad de recursos de agua y tierra .El funcionamiento de las presas L.
Cárdenas y F. Zarco, comprende el balance mensual de masa de agua,
quedando definidas por la función siguiente:
SLt +1 = SL1 +
t
t
∑ QL − ∑ EL
i =1
i
i =1
i
−
t
t
t
∑ ENL − ∑ Tr − ∑ DL
i =1
i
i =1
i
i =1
i
(3)
Donde:
SLt+1: Volumen almacenado al final del periodo t (106 m3)
SL1:
Volumen almacenado en el mes 1 (106 m3)
QLi:
Aportaciones mensuales por corrientes (106 m3)
ELi:
Extracciones mensuales (106 m3)
ENLi:
Pérdidas por evaporación neta (106 m3)
Tri:
Transferencias de agua (106 m3)
DLi:
Derrames mensuales (106 m3)
T:
Índice de acumulación mensual, para el período de planeación,
adimensional
(t = 1,2, 3, … 12)
i:
Índice de número de meses (adimensional)
En estas ecuaciones de balance del funcionamiento de las presas se
encuentra definida la transferencia de agua que liga el funcionamiento
conjunto de las mismas. Así mismo se definieron matemáticamente las
restricciones de capacidades de almacenamiento y de infraestructura de riego,
6
demandas de agua, evaporación, requerimientos de riego de cultivos,
restricciones de superficies de cultivos, etc.
Modelo de Simulación SIMGES
El SIMGES es un modelo General para la Simulación de Gestión de Cuencas, o
sistema de recursos hidráulicos complejos, en los que se dispone de
elementos de regulación o almacenamiento tanto superficiales como
subterráneos. La simulación se efectúa a nivel mensual, calculando el flujo del
subsistema superficial por continuidad o balance, mientras que para el
subsistema subterráneo o acuíferos el flujo es simulado mediante modelos de
celda, uni o pluricelulares, según convenga, o incluso mediante modelos
distribuidos de flujo lineal. Se tiene asimismo en cuenta las pérdidas por
evaporación y filtración en embalses y cauces, así como las relaciones entre
aguas superficiales y aguas subterráneas.
La Gestión del Sistema de Recursos Hidráulicos, se hace a través de una
Función Objetivo que resuelve la optimización de la red de flujo para cada mes,
la cual es la siguiente:
Minimizar:
TE + TR1 + TR 2 + TR 3 + TR 4 + TR 5 + TDC + TDN + TRA + TBA
Donde:
TE:
TR1 a TR:
TDC:
TDN:
TRA:
TBA:
(4)
Término de embalses
Términos de tramos de ríos
Término de demandas consuntivas
Demandas no consuntivas
Recargas artificiales
Bombeos adicionales
Solamente se definen los términos de la ecuación 5 que son considerados en
el modelo SIMGES para el desarrollo de este trabajo.
Contribución a la función objetivo de los elementos de embalse.
Dada la configuración en la red interna que se origina para un elemento
embalse, la contribución de estos a la función objetivo es:
TE =
∑
i =1
Donde:
:
Vi:
nemb
Pi:
 4

(
)
V
CE
+
P
CV


∑
ij
ij
i


 J =1
nemb 
(5)
Número de embalses
Volumen a final de mes en cada zona j, j= 1,2,3 y 4. La zona 1 es la
zona de reserva, la zona 2 es la zona inferior, 3 es la zona
intermedia y 4 la superior.
Son los vertidos o derrames
7
CEij:
Es el costo ficticio asociado al volumen embalsado en la zona j y
viene dado por:
CE ij = K j + NPi
Kj:
NPi:
CV:
Son valores establecidos por defecto: K1= -1700; K2= -1100;
K3 = 1000 y K4 = -700
Es el número de prioridad asignado al embalse
Es el coste ficticio asociado al vertido, por defecto CV =
2000
Contribución a la función objetivo de las conducciones tipo 1 y 2
Para TR1 tenemos:
ntr1
TR1 = ∑ (Di CDi + Qi CQi )
(6)
i =1
Donde:
ntr1
: Número de tramos de río tipo 1
Qi :
Es el caudal que circula por el tramo de río tipo 1
Di:
Es el déficit con respecto al caudal mínimo declarado
Qimin − Qi → siQimin > Qi
Di = 
0 → siQimin ≤ Qi
(7)
CDi: Es el costo ficticio asociado al déficit de caudal mínimo y viene dado
por:
CDi = KD + NPi
(8)
Donde:
KD: Es un valor constante por defecto igual a 2000
NPi: Es el número de prioridad asignado al caudal mínimo en el tramo de río i
CQi: Es el costo ficticio asociado al caudal que circula por el tramo de río i.
CQi:=0
si se declara de otra forma puede valer 1 o ser definido por
el usuario.
Para Tr2, además de considerar los procesos de Tr1, se representan
matemáticamente las pérdidas por infiltración y su contribución de recarga al
acuífero.
Contribución a la función objetivo de las demandas de uso consuntivo
La fórmula estricta, dada la configuración en la red interna generada por los
elementos de demanda consuntiva es:
ndc
nto


TDC = ∑  Di CK + ∑ (S ti (CTti + 1) − DS ti CTi )
(9)
i =1 
t =1

8
Donde:
Es el número de demandas consuntivas
ndc:
Di:
Es el déficit sobre la demanda total de la zona i en el mes en cuestión
CK: Es el costo ficticio asociado con el déficit de la zona de demanda, por
defecto igual a 7500
:
Es el número de tomas de la demanda i
nto i
Sti:
Es el suministro bruto a la toma t de la demanda i
DSti: Es el déficit al suministro bruto mínimo calculado por el modelo
De forma que el suministro neto a la toma es:
SN ti = STi - DSti
(10)
Los términos Sti y DSti tienen sentido a lo largo de las iteraciones, pero en la
última se tiene que DSti =0 y SN ti = Sti , con lo que la fórmula definitiva de la
contribución a la función objetivo es:
nto


= ∑  DiCK + ∑ SN tiCTti' 
i =1 
t =1

ndc
TDC
Donde:
CTti' = CTti + 1
y
CTti = − CTC + ( NPti − 1)CDC
Donde:
CTC:
Es un valor constante, al igual que CDC (CTC=750, CDC=5, por
defecto)
NPti: Es el número de prioridad de la toma t de la demanda i.
Contribución a la función objetivo de los elementos de recarga
Viene dada por:
nra
TRA = ∑ (QRiCR )
(11)
i =1
Donde:
Nra: Es el número de recargas superficiales
QRi: Es el caudal recargado por la instalación i
CR: Es un costo ficticio asociado a la recarga artificial (CR=5)
Contribución a la función objetivo de los bombeos adicionales
Viene dada por:
nba
TBA = ∑ (QBiCBi )
(12)
i =1
Donde:
9
Nba: Es el número de bombeos adicionales
QBi: Es el caudal bombeado por la instalación i
CBi: Es el costo ficticio asociado a la instalación i
Viene dado por:
CBi = CTC + CK − (NPi − 0.5) × CDC
(13)
Donde:
CTC, CK y CDC: Son los mismos valores dados en las demandas
consuntivas
NPi:
Es el número de prioridad correspondiente al grupo
isoprioritario hasta
el cual se quiere suministrar (Por ejemplo, si NPi es 4, BAD
suministrará a los grupos 1 a 4)
DESARROLLO
La primera actividad fue la optimización de la operación del subsistema
superficial del DR 017, utilizando el modelo de Programación Lineal, para
maximizar el uso de los recursos disponibles de agua y tierra, las demandas
de agua, los trasvases y definir las reglas de operación del manejo de los
embalses, calibrando el modelo para condiciones de operación reales y
observadas en el año agrícola 1989. Luego, se utilizó el modelo de simulación
SIMGES, para simular la operación del sistema de riego con uso independiente
de las aguas superficiales y subterráneas, con la finalidad de reproducir un
comportamiento similar al año agrícola 1989, utilizando los parámetros,
variables, demandas superficiales y reglas de operación definidas en la
optimización del subsistema de riego Superficial, así como las variables de
operación actuales del acuífero y su demanda de riego correspondiente.
Finalmente, se simuló la propuesta de Uso Conjunto de las Aguas
Superficiales y Subterráneas de las presas y del acuífero, utilizando el modelo
SIMGES, para lo cuál fueron conectados hidráulicamente los dos subsistemas
para establecer relaciones comunes de trasvases y bombeos y atención de las
demandas de riego, tanto superficiales como subterráneas. Se hicieron
algunas propuestas de prioridades de desembalse de los vasos, simulando las
demandas para satisfacer las superficies de riego propuestas, así como la
calibración del modelo SIMGES para la posible estabilización del acuífero.
RESULTADOS
Escenario de Operación Actual
El modelo de Programación Lineal optimizó los beneficios netos de los
productores, así como la operación del subsistema de riego superficial, con
sus demandas y superficies por cultivo, con parámetros y variables y
resultados similares al año agrícola de 1989.
10
La simulación de las condiciones actuales de operación, muestran que los
resultados en el déficit de suministros para las demandas superficiales 1 y 2
presentan el 100 y el 99.8 por ciento de garantías para los criterios mensual,
volumétricos y de planes hidrológicos, respectivamente. En lo que se refiere a
la demanda 3 de aguas subterráneas, presenta respuesta del 100 por ciento en
las garantías mencionadas anteriormente. Las demandas 1 y 2 resultaron
similares al año agrícola 1989, tomado como referencia para la optimización
del sistema.
En la demanda 3, exclusivamente de agua subterránea, los volúmenes
bombeados y la demanda se comportaron en forma similar a la propuesta de
1,052 Hm3 extraídos, una recarga de 550 Hm3 y un minado de – 518 Hm3. Los
volúmenes almacenados a finales del año agrícola en el mes de septiembre, en
promedio anual fueron de 2,.448 y 139 Hm3, para las presas L. Cárdenas y F.
Zarco, respectivamente, similares al año agrícola de referencia.
Escenario de Uso Conjunto de Aguas Superficiales y Subterráneas
Básicamente, este escenario esta enfocado a analizar el comportamiento de la
operación de los vasos con respecto a la maximización de los volúmenes
embalsados y extraídos, la respuesta del acuífero con respecto a su recarga y
volúmenes bombeados, así como su posible estabilización, y también, al
análisis de satisfacción de las demandas de riego.
a. Volúmenes finales mensuales
El promedio anual de los volúmenes almacenados al final del año agrícola en
el mes de septiembre, para la presa F. Zarco es de 99 Hm3 con el escenario de
Uso Conjunto y de 139 Hm3 sin Uso Conjunto. Comportamiento similar de la
presa L. Cárdenas, con un volumen promedio final al mes de septiembre de
1,855 y 2,449 Hm3, con y sin Uso Conjunto, respectivamente. Como puede
observarse, en ambas presas el volumen promedio al final del año agrícola es
menor en el escenario de Uso Conjunto, lo que permite apreciar que en este
caso, se desembalsa o se extrae más agua para riego.
En las gráficas 1 y 2 se muestra el comportamiento de los volúmenes
almacenados en la presa L. Cárdenas al final de cada mes durante los 30 años
del registro histórico analizado, resultados de los escenarios sin y con Uso
Conjunto. Se observa que en el funcionamiento del vaso sin Uso Conjunto, en
23 de 30 años simulados, los volúmenes se mantienen entre el máximo de
operación de 2,800 y el objetivo de 2,000 Hm3. Sin embargo, con Uso Conjunto,
los volúmenes almacenados en la misma presa, oscilan entre 2,800 y 105 Hm3,
manteniéndose los volúmenes almacenados en la mayor parte del tiempo
simulado, entre 1,000 y 2,800 Hm3.
Este comportamiento de la presa L. Cárdenas, muestra en general que su
operación con Uso Conjunto, se da explorando mayores espacios de
almacenamiento y extracción de volúmenes de agua, y por lo tanto se hace un
mejor manejo de las avenidas máximas, que evidencia una mejor eficiencia de
11
almacenamiento y extracción del agua para riego, minimizando además los
volúmenes derramados, como se verá más adelante.
Por otro lado, el modelo de simulación tiene prioridad en el uso de las aguas
superficiales sobre las subterráneas, por razones de costo, lo cual favorece la
optimización del embalse y extracción de las avenidas máximas en los años
húmedos, y por otro lado, el agua subterránea es usada como complemento,
sobre todo en años de bajas aportaciones superficiales, lo que vislumbra la
posibilidad de no sobre explotar el acuífero, como viene ocurriendo
tradicionalmente. Esto se refleja en el volumen promedio extraído de las presa
de 1,618 Hm3 contra los 1,150 sin Uso Conjunto.
En efecto, la demanda final simulada con garantías del 99 por ciento para la
demanda 2, en este escenario de Uso Conjunto, es solamente un 6 por ciento
menor que la propuesta inicialmente, pero por otro lado el acuífero sólo
bombea un volumen similar a la recarga anual simulada, que representa el 50
por ciento del volumen total extraído actualmente.
VOLUMENES FINALES MENSUALES CON USO
CONJUNTO, PRESA LÁZARO CÁRDENAS
3000
2500
2500
1500
AÑOS
Figura
1.
Volúmenes
finales
mensuales
Figura 2. Volúmenes finales mensuales de la presa L
Cárdenas Sin Uso Conjunto
Cárdenas Con Uso Conjunto
oct-03
oct-01
oct-99
oct-97
oct-95
oct-93
oct-91
oct-89
oct-87
oct-85
oct-03
oct-01
oct-99
oct-97
oct-95
oct-93
oct-91
oct-89
oct-87
oct-85
oct-83
oct-81
oct-79
0
oct-77
500
0
oct-83
1000
500
oct-81
1000
2000
oct-79
1500
oct-77
2000
oct-75
VOLUMENES (hM3)
3000
oct-75
VOLUMENES (hM3)
VOLUMENES FINALES MENSUALES SIN USO
CONJUNTO, PRESA LÁZARO CÁRDENAS
AÑOS
de
la
presa
L.
En las figuras 6 y 7, correspondientes al análisis de los bombeos, se observa
el comportamiento de los bombeos como complemento a los volúmenes de
agua superficial, para satisfacer los requerimientos de riego de la demanda 2.
Con respecto a la presa F. Zarco, también presenta un comportamiento similar,
almacenando en promedio volúmenes al final de cada año agrícola en el
escenario de Uso Conjunto, entre los 70 y 170 Hm3, es decir, explora los
volúmenes comprendidos entre el máximo y mínimo de almacenamiento, fijado
para esta presa en sus reglas de operación, manejando por lo tanto mejor los
volúmenes que le son transferidos de acuerdo a la demanda de la zona de
riego 2, y además regulando mejor las avenidas máximas con un mínimo de
derrames.
12
b. Volúmenes Derramados
El promedio anual de los volúmenes simulados y derramados por las presas
operando Sin Uso Conjunto son de 451 y 243 Hm3 para las presas L. Cárdenas
y F. Zarco, respectivamente; y de 156 y 58 Hm3 con Uso Conjunto. Asumiendo
que la diferencia de los volúmenes que se dejan de derramar son utilizados
para riego, se puede inferir también que con el escenario de Uso Conjunto se
tiene un mejor control de las avenidas máximas y una mejor eficiencia de uso
de los volúmenes embalsados y extraídos.
En la figura 3, la presa L. Cárdenas, operando Sin Uso Conjunto, se observa
que se presentan derrames en 14 de los 30 años simulados; por el contrario,
en la gráfica 4 de la misma presa y Con Uso Conjunto, solamente en 9 años se
derrama, y además, con una magnitud menor.
La presa F. Zarco, también presenta un comportamiento similar en los
derrames, presentándose estos en 11 años Sin Uso conjunto, y reduciéndose a
6 años con Uso Conjunto y con menores magnitudes.
VERTIDOS ANUALES PRESA LÁZARO CÁRDENAS SIN
USO CONJUNTO
VERTIDOS PRESA LÁZARO CÁRDENAS CON
USO CONJUNTO
3000
1600
1400
VOLUMENES (hM3)
2500
2000
1500
1000
1200
1000
800
600
400
200
500
2003-2004
2001-2002
1999-2000
1997-1998
1995-1996
1993-1994
1991-1992
1989-1990
1987-1988
1985-1986
1983-1984
1981-1982
1979-1980
1977-1978
AÑOS
19
75
1 9 1 97
77 6
1 9 - 1 97
79 8
1 9 1 98
81 0
1 9 - 1 98
83 2
1 9 1 98
85 4
1 9 1 98
87 6
1 9 - 1 98
89 8
1 9 1 99
91 0
1 9 - 1 99
93 2
1 9 1 99
95 4
1 9 1 99
97 6
1 9 - 1 99
99 8
2 0 2 00
01 0
2 0 - 2 00
03 2
-2
00
4
1975-1976
0
0
AÑOS
AÑOS
Figura
3.
Derrames
anuales
de
Figura 4. Vertidos de la presa L. Cárdenas
Sin
Uso
Con Uso Conjunto
la
presa
L.
Cárdenas
Conjunto
c. Déficit de las demandas, recarga neta y bombeos del acuífero
Déficit de las demandas
En el modelo conceptual de Uso Conjunto de Aguas Superficiales y
Subterráneas, la demanda 2 integra las demandas 2 y 3 del escenario 1 sin
Uso Conjunto, en razón de que los productores agrícolas propietarios de los
pozos también riegan con aguas superficiales excedentes y se encuentran
ubicados dentro de la misma zona de riego del DR 017, y además, sus
demandas en esta propuesta, se asume, serían atendidas por medio de una
planeación y manejo conjunto y complementario de las 2 presas y del acuífero,
compartiendo una infraestructura hidroagrícola de servicio comunitario.
Se inició la simulación del Uso Conjunto con una demanda de 2,100 Hm3 para
la zona 2 y de 105 Hm3 para la zona 1, para un total de 2,205 Hm3,
correspondiente a una superficie regada de alrededor de 154, 800 ha. Se tuvo
13
déficit para dicha demanda, llegando a dar respuesta positiva simulando una
demanda menor en 6 por ciento, con garantías del 99 por ciento mensuales y
de criterio volumétrico, que refleja la sequía del año agrícola 1965, el segundo
más seco de los 30 años simulados.
La demanda promedio resultado de la simulación para la zona 2 es de 1,980
Hm3, de los cuales 1518 Hm3 son de agua superficial y 462 Hm3 de agua
subterránea; por otro lado la demanda 1 no fue afectada y fue en promedio del
orden de los 100 Hm3, lo que da un total de 2,980 Hm3.
Recarga neta y volúmenes de bombeo
La recarga neta promedio anual simulada del acuífero es de 39 Hm3,
observándose en la figura 5 que en 23 de los 30 años simulados es positiva.
Este comportamiento muestra que si bien la recarga neta es negativa en
algunos años, como consecuencia de los años secos, también es evidente que
el mejor manejo de las máximas avenidas y la prioridad en su uso, da lugar a
manejar las aguas subterráneas como complemento de la demanda 2,
permitiendo al acuífero “guardar” agua y bombearla en los años secos, como
se observa en las figuras 6 y 7.
RECARGA NETA ACUÍFERO AGUANAVAL CON USO
CONJUNTO
BOMBEO ACUÍFERO USO CONJUNTO
400
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
100
0
-100
-200
-300
VOLUMENES (HM3)
200
19
75
-1
97
19
6
78
-1
97
19
9
81
-1
98
19
2
84
-1
98
19
5
87
-1
98
19
8
90
-1
99
19
1
93
-1
99
19
4
96
-1
99
19
7
99
-2
00
20
0
02
-2
00
3
-400
-500
19
75
-1
19 97
78 6
-1
19 97
81 9
-1
19 98
84 2
-1
19 98
87 5
-1
19 98
90 8
-1
19 99
93 1
-1
19 99
96 4
-1
19 99
99 7
-2
20 00
02 0
-2
00
3
AÑOS
Figura 5. Recarga Neta del
AÑOS
Acuífero
Con Uso Conjunto
Figura 6. Bombeo del Acuífero Región Lagunera
Con Uso Conjunto
DEMANDAS SUPERCIALES USO CONJUNTO
DEMANDAS SUPERFICIALES USO CONJUNTO
2000
VOLUMENES (Hm3)
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
19
75
-1
97
19
6
78
-1
9
79
19
81
-1
98
19
2
84
-1
9
8
19
5
87
-1
98
19
8
90
-1
9
91
19
93
-1
99
19
4
96
-1
99
19
7
99
-2
0
00
20
02
-2
00
3
VOLUMENES (HM3)
300
AÑOS
Figura 7. Demandas Superficiales de la Zona 2 Con Uso
Conjunto
14
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La optimización de las condiciones actuales de operación del subsistema
superficial, con sus dos presas de almacenamiento y de regulación, y sus dos
demandas de riego, proporcionó la composición óptima del patrón de cultivos,
demandas de agua, reglas de operación óptimas, así como las transferencias
a realizarse de la presa Lázaro Cárdenas a la presa Francisco. Zarco.
La modelación del sistema de riego en sus condiciones actuales de operación,
con sus demandas superficiales y subterráneas por separado, reproduce la
operación del sistema con resultados similares a los obtenidos para el año
agrícola 1989, con el cual se calibró el modelo de optimización, en lo que
respecta a las demandas agrícolas, reglas de operación de los embalses,
transferencias de agua, recarga y bombeo del acuífero, así como la sobre
explotación del mismo.
La modelación del Uso Conjunto de las Aguas Superficiales y Subterráneas de
La Región Lagunera, en el cual se integraron las demandas superficiales y
subterráneas, muestra que es posible optimizar el almacenamiento y las
extracciones de agua de las presas, con un mejor manejo de las avenidas
máximas y minimización los derrames.
La modelación del Uso Conjunto de las presas y del acuífero, así como de sus
demandas para riego, vislumbra la posibilidad de utilizar mayores volúmenes
de aguas superficiales que las estimadas con el modelo de optimización, y
consecuentemente utilizar el agua del acuífero como complemento, lo que
daría también la posibilidad de su estabilización.
Los resultados obtenidos en la simulación del Uso Conjunto de las Aguas
Superficiales y Subterránea del sistema de riego de la Región Lagunera, han
permitido hacer una primera valoración de los resultados que podrían
obtenerse con respecto a la estabilización del acuífero y el mejor
aprovechamiento de las avenidas máximas embalsadas y reguladas en las
presas.
Es necesario profundizar este tipo de estudios con información mas completa
y reciente sobre la operación real del sistema de riego, incluyendo el acuífero
como un modelo distribuido, así como las demandas del último año agrícola,
para corroborar y tener una mejor apreciación sobre los resultados obtenidos
en forma preliminar en este estudio.
También es necesaria la integración y participación de los productores
agrícolas en este intento de estudio e implementación del Uso Conjunto de las
Aguas Superficiales y Subterráneas en la Región Lagunera.
15