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Evaluación de la calidad del servicio en redes de riego a presión

Pérez Urrestarazu, L.(1), Camacho Poyato, E.(2), López Luque, R.(3), Rodríguez Díaz, J.A.(4)

1 Área de Ingeniería Agroforestal. EUITA. Universidad de Sevilla

2 Departamento de Agronomía. Universidad de Córdoba

3 Departamento de Física aplicada. Universidad de Córdoba

4 IFAPA "Churriana”. Junta de Andalucía.

23/07/2009
Resumen Al usar una red de distribución de agua de riego se le está dando un servicio al regante. Dicho servicio depende de factores de gestión y estructurales, los cuales en muchos casos están sujetos a unos procesos de modernización. Así pues, es importante que se desarrollen metodologías para poder hacer un seguimiento y evaluación de la calidad del servicio en redes de riego. En este trabajo, se han desarrollado, clasificado y definido una serie de indicadores de calidad de servicio que pueden utilizarse para llevar a cabo la evaluación del servicio prestado en redes de riego a presión. De este modo, se han determinado indicadores descriptores de la red e indicadores de funcionamiento de dos tipos: periódicos e instantáneos y se ha establecido la manera de calcularlos. Se ha comprobado como gracias a los indicadores de calidad de servicio se obtiene información sobre la calidad del servicio o cómo trabaja la red de riego y también sobre cómo la usan los regantes y si ésta responde correctamente a sus exigencias y hasta qué nivel utilizan su capacidad.

1.- Introducción y objetivos

Una red de distribución de agua de riego tiene como finalidad proporcionar al agricultor el servicio de distribuir el agua desde el lugar en el que se encuentra hasta el lugar donde se va a realizar la actividad del riego.

Este servicio depende de multitud de factores, tanto de gestión como estructurales. Los primeros están directamente relacionados con el personal de las comunidades de regantes o entidades que realicen el servicio así como de las decisiones que éstos tomen. Dichas decisiones tienen que verse condicionadas por las necesidades de los usuarios, en este caso los regantes.

Los factores estructurales por otro lado, están relacionados directamente con la red de riego (cómo se ha proyectado y ejecutado) y su estado de mantenimiento. Se ha comprobado ampliamente que la mejora de las redes de conducción y distribución evita o reduce las pérdidas de agua y, por tanto, aumentará la eficiencia global al conseguir mayores rendimientos de conducción y distribución. Así, por ejemplo, se estima que en la cuenca del Guadalquivir un 45 % de las acequias revestidas se encuentra en mal estado según el último inventario de regadíos (Aquavir, 2005) y por ello se deben realizar mejoras en estas redes de distribución.

Además, se están llevando a cabo grandes inversiones en modernización por lo que es necesario comprobar que las redes de riego mejoradas trabajan bien, ya que no se entiende que tras un proceso de modernización no se mejore la calidad del servicio.

Son frecuentes las situaciones en las que se proponen sistemas de telecontrol, sistemas de filtrado o sistemas de gestión que al cabo de un tiempo no funcionan o económicamente no resultan sostenibles por parte de la Comunidad de Regantes. Estos y otros aspectos deben tenerse en cuenta en su momento y no dejarse llevar por modas o por cuestiones comerciales. Siempre debe considerarse la opinión de los usuarios que, a la larga, serán los que deben soportar los resultados de la modernización. Tampoco se deben instalar equipos sólo por aprovechar la financiación de la Administración independientemente de si se van a utilizar o no.

Por esto, es importante que se desarrollen metodologías para poder hacer un seguimiento y evaluación de la calidad del servicio en redes de riego, ya sea por parte de los propios gestores de las zonas regables o de la Administración.

Por otro lado, parece lógico que la calidad del servicio de suministro de agua esté directamente relacionada con los resultados obtenidos por lo que si éstos tienen que ser mejorados, será importante saber qué cambios se requieren tanto en el servicio como en la gestión del mismo (Clemmens y Molden, 2007).

Como objetivo, en este trabajo se pretende definir, desarrollar y aplicar una serie de indicadores que permitan evaluar el funcionamiento de una red y, por tanto, la calidad del servicio ofrecido en una determinada zona regable. Para ello se realizará una clasificación de los indicadores, estableciendo la manera de calcularlos y su utilidad.

2.- Metodología

Evaluar la calidad del servicio que da una red de riego de una determinada zona regable no es tarea fácil. Algunos autores, dividen estos indicadores en cuatro grupos (Malano y Burton, 2001 y Burt y Styles, 2000):

• Adecuación: capacidad para alcanzar las necesidades requeridas por los cultivos

• Fiabilidad: seguridad en el suministro del agua

• Equidad: justo reparto del agua en periodos de escasez

• Flexibilidad: disponibilidad para elegir la frecuencia, caudal y duración del suministro de agua

Neri (1998) establece otra clasificación dependiendo de qué aspecto estudien:

• De distribución del riego

• Agronómicos (área de riego, intensidad de cultivos, productividad…)

• Financieros, sociales y ambientales (sostenibilidad, rendimiento económico por unidad de superficie, variación de la superficie regada…)

• De procesos internos al sistema (nivel de actividad del sistema, nivel de conocimientos técnicos…)

Por otro lado, Gorantiwar y Smouth (2005) establecen dos tipos de indicadores, los que estudian la asignación o disposición de los recursos en el espacio (allocation), aportando información acerca de si el servicio es equitativo o se da mejor a unos que a otros, y los que tratan de evaluar el manejo de los recursos (scheduling) como la adecuación del servicio o su fiabilidad. La asignación de los recursos está más bien referida a la fase de planificación de la red, en la cual se toman las decisiones de cómo repartir los recursos de que se dispone. El manejo de los recursos corresponde ya a la fase de operación y evaluación en la que se distribuyen los recursos asignados a cada uno de los usuarios.

En este trabajo, se han seleccionado una serie de indicadores propuestos por otros autores y se han desarrollado otros nuevos. Dada la diversidad de los mismos, se ha procedido a establecer una serie de categorías para poder estructurarlos en función de diversos factores como pueden ser los distintos procesos involucrados en la gestión del agua, el tipo de datos que utilizan, la periodicidad a la que se refieren o la escala sobre la que se aplicacan (red, parcela…).

Además, los indicadores propuestos han sido aplicados a modo de ejemplo, en la comunidad de regantes de Palos de la Frontera (Huelva)..

3.- Resultados y discusión

Se han establecido dos grupos fundamentales de indicadores de calidad de servicio (en adelante ICS) (Pérez Urrestarazu, 2007) de acuerdo a Gorantiwar y Smouth (2005): indicadores descriptores de la red, únicos y generalmente estáticos en el tiempo e indicadores de funcionamiento, los cuales variarán según el instante en el que sean calculados.

Indicadores descriptores de la red

Estos ICS describen las características que tiene la red en la que se está evaluando la calidad del servicio. Estas características permanecen prácticamente invariables en el tiempo y sólo presentan cambios menores como la adición de alguna boca de riego o la ampliación de un sector. En el caso de que las modificaciones sean ya de importancia, como es el caso de una modernización, los valores de estos indicadores sí que presentarán cambios apreciables. Los ICS que se proponen son los siguientes:

- Cobertura de la red (CR): muestra la superficie abarcada por la red de riego, dando una idea de la optimización alcanzada en el diseño de la red para llegar a todos los puntos que requieren abastecimiento. Se obtiene su valor de la forma que sigue:

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(1)

donde L es la longitud de las distintas tuberías que componen la red y Sp es la superficie de cada una de las parcelas abastecidas. Se mide en m/ha.

- Cobertura de servicio (CS): informa sobre la cantidad de parcelas que son suministradas en referencia al total de las que componen la zona regable a la que pertenece la red. Su cálculo se establece según la expresión:

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(2)

su valor es adimensional.

- Superficie abastecida por boca (SUPab): da una idea de la superficie media abastecida por una boca de riego. Se trata de una media ponderada por el número de parcelas como del cociente de la superficie de cada una de ellas (Sp) entre el número de bocas de riego existentes en las mismas, midiéndose por tanto en ha/boca.

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(3)

siendo i cada una de las parcelas.

Indicadores de funcionamiento

Con este tipo de ICS se trata de evaluar el funcionamiento propiamente dicho de la red a través de parámetros básicos como son la presión, el volumen y el caudal, aunque también se tratan aspectos como el número de cortes o averías o el número de bocas de riego que están funcionando. La característica principal de estos indicadores es que varían con el tiempo, dependiendo de cómo esté trabajando la red de riego, y son adimensionales.

Según su carácter temporal y espacial pueden clasificarse de dos formas distintas. Atendiendo al rango de tiempo en que se calculan, pueden ser periódicos o instantáneos. En los primeros, se hace referencia a un periodo determinado, normalmente una campaña de riego, aunque se puede especificar cualquier otro. En el caso de los segundos, el valor del indicador se refiere a un instante determinado, en el cual se calcula. Otra manera de clasificar estos indicadores es según su referencia espacial, esto es, si se calculan para toda la red o existe un valor para cada parcela, boca de riego o punto de control.

Periódicos

- Adecuación del caudal (AD): con él se pretende comprobar si el caudal asignado en una determinada parcela ha sido suficiente para suplir las necesidades del cultivo en el momento más desfavorable. Se debe tener en cuenta la periodicidad del riego, es decir, que si se establecen turnos, por ejemplo, cada cuatro días, el caudal necesario para satisfacer las necesidades máximas se tendrá que referir a las de esos cuatro días en los que no se regará. Por otro lado también influye la duración del riego para obtener el caudal que ha de suministrarse. Se considera que no existe ninguna reserva de agua en el suelo. El indicador se calcula de la forma que sigue:

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(4)

donde Qa es el caudal asignado (m3/h) en total a la parcela en que se está calculando el indicador (si existe más de una boca de riego en la parcela, se tomará la suma de los caudales asignados a cada una de ellas); tr es la duración del riego (h); Ef es la eficiencia en la aplicación del riego en tanto por uno; ETc es la evapotranspiración del cultivo en el período de cálculo (mm); Pef es la precipitación efectiva (mm) y Sp indica la superficie de la parcela (ha). Cuando los valores del indicador estén próximos a la unidad, los caudales asignados serán adecuados para satisfacer las necesidades hídricas de los cultibos. Si está muy por encima, existirá un sobredimensionamiento y si es menor, el caudal asignado será insuficiente en la situación más desfavorable.

También es posible expresarlo en función de la dotación asignada a cada parcela (D en L/s/ha) mediante la expresión análoga:

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(5)

Por último, si se conocen la demanda máxima de agua de los cultivos en el período establecido (L/s/ha), la expresión se simplifica de la siguiente forma:

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(6)

- Eficiencia en la distribución (ED): Es la relación entre el volumen de agua que entra en la red y el que realmente llega a las bocas de riego, estimando, por tanto, las pérdidas de agua han tenido lugar a lo largo del recorrido por la red de riego. Su cálculo se realiza por medio de la siguiente expresión:

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(7)

donde Vac es el volumen acumulado (m3) medido en cada una de las bocas en un determinado período y Vcab es el volumen de agua que entra al sistema en la cabecera del mismo (m3). Cuanto más próximo sea su valor a la unidad, menores pérdidas tendrá la red y por lo tanto, mejor comportamiento.

- Fiabilidad

Un sistema es fiable si trabaja de la forma adecuada, es decir bajo los parámetros que le han sido asignados y por lo tanto da el servicio requerido. Así pues, la fiabilidad se puede considerar como la probabilidad de que no haya fallos (Renault y Vehmeyer, 1999).

Su valor estará entre 0 (nada fiable) y 1 (totalmente fiable). Este indicador puede estar referido a las presiones, al abastecimiento (volumen) y también a los sistemas de control.

En el caso de fiabilidad de presión, se puede calcular a escala de parcela (o punto de control) (FPp) o de red (FPr). Para cada una de las parcelas se tendrá en un determinado período un valor de FPp que dará información sobre el número de días en los que se ha trabajado a una presión inferior a la requerida. Atiende a la siguiente expresión:

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(8)

donde Nd es el número de días totales de servicio en el período estudiado y Ndp representa el número de días en los que la presión ha estado por debajo de la requerida.

Estudiando la fiabilidad de presión en la red, se estima el número de bocas de riego o puntos de control que han trabajado por debajo de la presión requerida en algún momento durante el período estudiado con respecto al total de bocas o puntos de control:

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(9)

donde Nb es el número de bocas de riego de la red y Nbp representa el número de bocas cuya presión media diaria ha estado por debajo de la presión requerida.

Por otro lado, la fiabilidad en el abastecimiento (FA) tiene en cuenta los cortes de suministro que se han producido en la red y su duración. De este modo:

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(10)

donde Ds es la duración total del servicio y Dc la de cada uno de los cortes de suministro. La duración se medirá en horas o días dependiendo del intervalo de tiempo usado.

Por último, la fiabilidad de sistemas de control, se refiere al porcentaje de días que dicho sistema funciona correctamente (que no existen fallos en los contadores, cortes en el flujo de información, valores anómalos, etc.):

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(11)

donde Nd es el número de días totales de servicio en el período estudiado y Ndf representa el número de días en los que el sistema ha estado funcionando correctamente.

Puede tratarse de varios sistemas de adquisición de datos (contadores de volumen, caudalímetros, medidores de presión, sistema de telecontrol…) y puede referirse a nivel de punto de control (o parcela) o de red.

- Funcionalidad del hidrante (Fuh): informa sobre el número de días que un hidrante o boca de riego ha estado funcionando con respecto al total en un determinado período:

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(12)

donde Ndf indica el número de días en el que el hidrante está funcionando y Nd es el número total de días en el período estudiado.

Instantáneos

- Equidad en las presiones (EQp): estudia cómo se realiza el reparto de las presiones en la red utilizando la relación intercuartil (Gorantiwar y Smouth, 2005) de presiones:

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(13)

donde es la media de presiones del peor cuarto y la del mejor cuarto. Cuanto más parecidas sean esas medias (EQp = 1), más equitativo será el servicio. Este indicador también es referido como Reparto Intercuartil Modificado (RIM) (Bos et al., 1994).

Relación de presiones (Pr/a): relaciona el valor de la presión que se obtiene en una boca de riego o en un punto de control con el que se supone que debería tener. De este modo:

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(14)

donde P es la presión real en el instante de cálculo y Pa la asignada en ese punto.

Relación de caudales (Qr/a): también llamado relación de gestión de suministro (Delivery Performance Ratio, DPR) (Mondal et al., 2003). Al igual que el anterior, relaciona el valor del caudal instantáneo en una boca de riego con el asignado como máximo para esa boca de riego para conocer a qué rendimiento está trabajando dicha boca. Se expresa del siguiente modo:

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(15)

donde Q es el caudal real en el instante de cálculo y Qa el asignado para esa boca de riego.

- Funcionalidad de la red (Fur): informa sobre el estado de funcionamiento de la red, es decir, el número de bocas de riego que están suministrando agua con respecto al total:

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(16)

donde Nbf indica el número de bocas que están funcionando en el instante de cálculo y Nb es el número total de bocas de riego en la red.

De este modo, se han establecido un total de catorce ICS que servirán para evaluar la calidad del servicio de un determinado sistema o red de riego.

Los indicadores desarrollados se muestran en la Tabla 1, indicando al nivel al que se calculan (red, hidrante o punto de control).

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Tabla 1. Indicadores desarrollados.

Aplicación de los indicadores a la Comunidad de Regantes de Palos de la Frontera

Se han incluido en este trabajo a modo de ejemplo los resultados del cálculo de dos de los indicadores propuestos para analizar la calidad del servicio prestado en la Comunidad de Regantes de Palos de la Frontera. Dicha comunidad posee un sistema de telecontrol a escala de parcela en donde se registran de forma continua tanto caudales como presiones a escala de parcela. Cuenta con tres sectores que comprenden una superficie regable total de 3343 ha repartidas entre los municipios de Palos de la Frontera y Moguer y dedicadas casi exclusivamente al cultivo de la fresa, lo cual hace que las necesidades hídricas sean homogéneas. Sus infraestructuras de riego permiten a los regantes disponer del agua a la demanda.

Fiabilidad de presión (FP)

Siendo la presión de consigna de 3 atm, se obtiene un valor de FP de 0.77 aunque si se tiene en cuenta el número de puntos de control que han estado por debajo de 3 atm en algún momento se tiene una FPr de 0.2 lo cual significa que tan sólo un 20 % de los puntos de control nunca han tenido presiones medias diarias por debajo de la de consigna en el período estudiado.

Por otro lado se ha hallado la FPp en cada uno de los 82 puntos de control para presiones mínimas y medias. Posteriormente se ha establecido una clasificación de los valores del indicador estableciendo 6 grupos: FPp =1, de 1 a 0.9, de 0.9 a 0.8, de 0.8 a 0.7, de 0.7 a 0.6 y menos de 0.6.

Se observa cómo el 11 % de los puntos de control tienen una FPp mayor de 0.9 (Figura 1), es decir que en esos puntos de control únicamente se han tenido presiones mínimas por debajo de 3 atm en el 10 % de los días o menos. Si en vez de las presiones mínimas se tienen en cuenta las medias en cada punto, el porcentaje aumenta al 92.7 %. Sí que llama la atención que en casi el 16 % de puntos de control la FPp es menor del 0.6 (2.4 % considerando las presiones medias), lo cual constituye una fiabilidad muy pobre en los mismos.

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Figura 1. Porcentaje de puntos de control en los distintos intervalos de FPp.

Es en cierta medida lógico que para el indicador calculado a partir de las presiones mínimas diarias existan fiabilidades pobres ya que es frecuente que existan caídas de presión muy puntuales que condicionen el valor del mismo.

Funcionalidad del hidrante (Fuh)

Se han calculado los valores de Fuh para cada uno de los hidrantes viendo el número de días en los que circulaba caudal con respecto al total. Dichos resultados se han categorizado en 5 grupos de hidrantes con determinados intervalos de Fuh (Figura 2). Es muy llamativo el gran porcentaje de hidrantes con una funcionalidad menor de 0,2 (menos del 20% de los días funcionando) y entre 0,2 y 0,4, lo cual puede explicarse debido a que la mayoría de las parcelas se dedican a cultivo de la fresa y su ciclo de cultivo es relativamente corto por lo que sólo se riega en una parte de la campaña. Las bocas de riego con una Fuh entre 0,4 y 0,6 son las más abundantes y las que tienen una funcionalidad alta (> 0,8) apenas representan un 1,4 %. En general se puede decir que la Fuh de la zona estudiada es bastante baja.

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Figura 2. Porcentaje de hidrantes con distinta Fuh

4.- Conclusiones

Se hacen grandes inversiones en sistemas de telecontrol y adquisición de datos avanzados simplemente para volcarlos en un sistema informático y dejarlos almacenados por lo que se pierde todo el potencial de dicha información. Se ha demostrado cómo se puede ser de gran utilidad la interpretación de forma sintetizada de la ingente información disponible mediante el uso de Indicadores de Calidad del servicio (ICS).

Estos ICS pueden ser útiles tanto para los gestores de las comunidades de regantes como para la administración. Los primeros se pueden beneficiar de una información que les de una idea de cómo trabaja su red normalmente para comparar distintos comportamientos de la misma ante determinadas situaciones y de este modo establecer el mejor manejo en cada caso. Por otro lado puede resultar un instrumento interesante para que la administración (o los propios gestores) evalúen los cambios conseguidos en el servicio con distintas actuaciones acometidas como determinadas mejoras o incluso una modernización del sistema.

Además, con los ICS no sólo se obtiene información sobre la calidad del servicio o cómo trabaja la red de riego sino también sobre cómo la usan los regantes y si ésta responde correctamente a sus exigencias y hasta qué nivel utilizan su capacidad. Por otro lado, los indicadores descriptores de la red son una herramienta útil para conocer las características básicas de la red y poder compararlas con otras.

Para calcular los ICS se requiere manipular grandes cantidades de información procedente de los sistemas de telecontrol. Esta no es una tarea fácil ya que son necesarias herramientas informáticas específicas con las que habitualmente los gestores de las comunidades no están familiarizados. Por esto, para que los ICS pudieran llegar a ser una herramienta de uso común, deberían de integrarse en los sistemas informáticos encargados de gestionar el telecontrol. De esta forma se podría automatizar su cálculo y facilitar su interpretación.

5.- Referencias

Aquavir. 2005. Superficies de los cultivos de regadío y sus necesidades de riego, en la demarcación de la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir. Informe preliminar.

Bos, M. G.; Murria-Rust, D. H.; Merrey, D. J.; Jonson, H. G. y Snellen, W. B. 1994. Methodologies for assesing performance of irrigation and drainage management. Irrigation and Drainage Systems 4: 345 - 365.

Burt, C.M. y Styles, S. W. 1998. Water Balance – Related Performance Indicators for International Projects (Modern water control and management practices in irrigation: impact on performance). Modernization of irrigation system operations: proceedings on the 5th IT IS network international meeting, Aurangabad.

Clemmens, A. J. y Molden, D. J. 2007. Water uses and productivity of irrigation systems. Irrigation Science 25: 247 - 261.

Gorantiwar, S. D. y Smouth, I. K. 2005. Performance assessment of irrigation water management of heterogeneous irritation schemes: 1. A framework for evaluation. Irrigation and Drainage Systems 19: 1 - 36.

Malano, H. y Burton, M. 2001. Guidelines for Benchmarking performance in the irrigation and drainage sector. International Programme for Technology and Research in Irrigation and Drainage.

Mondal, M. S. y Saleh, A. F. 2003. Evaluation of some deep and shallow tubewell irrigated schemes in Bangladesh using performance indicators. Agricultural Water Management 58: 193 - 207.

Neri, L. 1998. Considerazioni su alcuni indicatoi di prestazione dei sistemi irrigui. Rivista di Irrigazione e Drenaggio 45: 61 - 65.

Pérez Urrestarazu, L. 2007. Aplicación de los indicadores para el análisis de las acciones de mejora en zonas regables y para el desarrollo de un modelo de gestión integral del agua de riego. Tesis doctoral. Universidad de Córdoba.

Renault, D. y Vehmeyer, P. W. 1999. On reliability in irrigation service preliminary concepts and application. Irrigation and Drainage Systems 13: 75 - 103.

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