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8/18/2019 Plataforma Modular Integrada para sistemas de riego 1. Antecedentes de la solución.pdf

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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

ISSN: 1010-2760

[email protected]

Universidad Agraria de La Habana Fructuoso

Rodríguez Pérez

Cuba

Gómez Crespo, Modesto R.; León Méndez, Alcides J.; Martínez Rodríguez, José B.

Plataforma Modular Integrada para sistemas de riego 1. Antecedentes de la solución

Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 17, núm. 3, 2008, pp. 56-60

Universidad Agraria de La Habana Fructuoso Rodríguez Pérez

La Habana, Cuba

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=93215941012

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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 17, No. 3, 2008

integrada que responda a la necesidad de realizar una gestiónmultilateral de las fuentes de recursos hidráulicos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Una revisión de la literaturaA continuación se describen en dos grupos, algunas de

las soluciones encontradas en la literatura relativas al estu-dio, operación y manejo de los sistemas de recursos hidráuli-cos. El primer grupo se refiere a métodos y sistemas patentados en los que se aplican diferentes estrategias decontrol en tiempo real. El segundo se refiere a modelos mate-máticos articulados mediante SIG.

Revisión de patentes

En el presente, la administración de los recursos hidráu-licos y los servicios que esta involucra, ha mostrado avancessignificativos en materia de automatización de las operacio-nes. Muchas de las soluciones actuales proponen sistemas ymétodos específicos para atender determinados procesos delos si stemas de distribución de agua (monitoreo del servicio,tratamiento y purificación de las aguas, bombeo, etc.). Noobstante, no se aprecian tendencias claras diri gidas a la inte-gración de soluciones que aporten un enfoque global ymultifacético a la administración del recurso agua, desde el punto de vista del conjunto de herramientas y procesos quese requieren. Dentro de las soluciones técnicas conocidas seencuentran: – System and Method for Developing a Farm Management

Plan for Production Agriculture: Esta patente estáconcedida a un sistema de hardware, software y manejo

de negocios para el desarrollo y manejo óptimo del plande una finca y en particular la selección para uno ovarios años de los cultivos, locali zación de los mismosy las estrategias de producción agrícolas. El métodoemplea modelos matemáticos y análisis de sensibilidad para ayudar a optimizar la solución. No abarca el recur-so agua ni superficial ni subterráneo, ni integra la geo-grafía, con los modelos específicos y con la toma dedecisiones

– Irrig at ion control and mana gement sy stem: Seimplementa un sistema y método de control cooperati-vo para riego que establece la comunicación entre el personal de campo y el centro remoto con vistas a a te-nuar los efectos de pérdida de agua por evapo-

transpiración. Las estimaciones se realizan con base aun factor de evapotranspiración, pero no aplica lamodelación matemática que involucre otras variablessignificativas del área de interés, ni aporta solucionesdesde el punto de vista de las interfases de usuario para l a supervisión

– Irr igat ion cont rol and flow management sy stem: Seimplementa un método y equipo para el riego de unazona, según un plan de riego predeterminado. El con-trol de la actividad de riego se realiza considerando lasrestricciones de capacidad de bombeo y capacidad de

los elementos de conducción. El método propuesto per-mite establecer las horas de riego y la política de opera-ción de las bombas en función de la demanda y lascondiciones cl imáticas. Como l imitaciones fundamen-tales se encuentran no considerar otros criterios de

optimización de la operación como el costo energéticodel bombeo, la interacción de los datos espaciales, conla información de tiempo real y el chequeo de condicio-nes críticas o de alarma durante la operación

– System and Method for Optimized Control of MovingIrrigation Sy stem: Esta patente se concede a un siste-ma para optimizar a través de la computadora un área

bajo ri ego. Emplea sistema de información geográfico y posic ionador por sa télite para ubicar los pivotes de rie-go que componen el sistema y controlarlos a dis tancia . No abarca el uso racional de l recurso agua en ningunade sus facetas

– Water management system: Desarrolla un sistema,método y programa de computación para la renovación

del agua y el manejo de pronósticos en sistemas hi-dráulicos. Incluye una interfase gráfica y una base dedatos del pasado (histórica) y futura (pronosticada),del clima y los cultivos, que se emplea para la renova-ción del agua en los embalses y el pronóstico del manejo de es tos cuerpos de agua. El trabajo que presenta nointegra las características y bases de datos geográficascon las bases de datos específicas que caracterizan elrecurso agua. Se aplica solamente al recurso agua em- balsado en las presas y su objetivo es e l pr onóstico dela distribución dejando de integrar en el mismo el recur-so agua subterránea, por lo que limita el análisis inte-gral de la región de estudio. No actúa tampoco sobrelos eventos extremos del ciclo hidrológico: sequías y

grandes lluvias que provocan inundacionesComo se observa, las soluciones patentadas conocidas

proponen sistemas y métodos específicos, desde el punto devista de elementos físicos de las instalaciones, componenteselectrónicos y medios de supervisión y control. De modogeneral, la toma de decisiones se basa en el procesamiento deinformación de tiempo real a partir de la existencia deequipamiento e instrumentación electrónica. No se integranherramientas para el análisis espacial que pudieran comple-mentar la efectividad de las decisiones adoptadas.

Revisión de modelos matemáticos sobre SIG

Paralelo al desarrollo de sistemas de control de la opera-ción, han ido surgiendo y perfeccionándose múltiples méto-dos y herramientas informáticas para la modelaciónmatemática y representación de la información. Dentro de lassoluciones y herramientas más reconocidas en el campo de laHidráulica se encuentran los desarrollos siguientes: – HydroGeo Analyst: tecnología para la administración y

visualización del comportamiento de las aguas subte-rráneas y acuíferos que permite la gestión de los datosdel acuífero, el análisis del comportamiento de los nive-les de agua para la entrega a distritos y la elaboraciónde mapas sobre las formaciones geológicas


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– AquaChem: Diseñado para el análisis y manejo de los proyectos de estudio de la cal idad de las aguas. Per mi-te calcular los índices de dureza del agua para el uso por la s pl antas de tra tamiento, la s tend encias demineralización y salinización de las aguas, así como los

niveles de calidad que ésta presenta para el consumohumano – AquiferTestPro: Diseñado para el análisis gráfico y la

generación de reportes basados en los datos de las pruebas de bombeo. Analiza los datos de las pruebas de bombeo para predecir las propiedades hidráulicas deun acuífero (conductividad hidráulica, almacenamientoy trasmisividad)

– Visual ModFlow: Constituye la herra mienta de mode-lación más avanzada de Waterloo Hydrogeologic Soft-ware en términos de combinaciones de caracterís ticas yfuncionalidades que ofrece. Permite gran flexibilidad para su aplicación en diversos escenarios de simula-ción, incluidos las configuraciones de acuíferos más

complejas, la predicción del impacto de la intrusión sa-lina durante el bombeo y la s imulación de la atenuaciónnatural de los compuestos orgánicos. La articulacióncon la tecnología SIG permite seleccionar los sitios parael bombeo y delinear las áreas p rincipales para la pro-tección de los pozos

– Mike Basin: Herramienta versátil de soporte a las deci-siones basada en SIG para el manejo y planificaciónintegrada de los recursos hidráulicos. Brinda solucio-nes alternativas para la asignación de agua y la aten-ción a los problemas de escasez de ésta, optimiza laoperación de embalses y establece medidas de costo- benefici o dentro de la temática de la cali dad del agua.Permite resolver problemas de asignación multisector ialde agua y los problemas ambientales que se presentanen una cuenca

– Mike She: Plataforma para la modelación, que permiteadicionar e l ciclo hidrológico al modelo de agua subte-rránea o adicionar todos los datos de uso del terre no almodelo de ll uvia-escorrentía. Permite reali zar estudiosdel impacto de cambios en el uso de la tierra y el cl ima,inundaciones, y de transporte de sólidos en aguas sub-terráneas y superficiales

– FeFlow: Herramienta para la modelación del flujo y transporte de sustancias disueltas. La discretización del el e-mento finito permite utilizar mallas complejas noestructuradas, que se ajustan con gran precisión a la

estructura natural, al tiempo que obedecen a requeri-mientos como tamaño del elemento, ángulos de l os ele-mentos, entre otros. Sus aplicaciones fundamentalesse dirigen hacia el análisis de problemas de intrusiónsalina, recuperación del agua subterránea, interacciónentre agua subterránea y superficial, entre otras

– Temporal Analyst for ArcGIS: Única extensión deArcGIS que resuelve las l imitaciones tradicionales deltratamiento del fac tor tiempo en las bases de datos pro-cesadas por el SIG. Esta extensión permite el tratamien-to de series temporales de datos directamente dentro

de ArcGIS, el a lmacenamiento, manejo y visualizaciónde datos temporales, en un contexto espacial, así comoanálisis y procesamiento de datos desde múltiples dis-cipli nas. No obstante, su concepción no permite el ma-nejo de i nformación en línea, ni la conexión con SCSAD

para la operación de los r ecursos hidráulicosDe este análisis se concluye que estas plataformas pro-fesionales, no obstante sus altas potencialidades en el trata-miento y representación de la información, desarrollan sólolos aspectos relativos a la modelación y simulación del comportamiento hidrodinámico de los sistemas, bajo la ocurren-cia de determinadas circunstancias y escenarios, pero sinintegrar, en una misma plataforma, el conjunto: monitoreo ycontrol en tiempo real que facilite las tareas de operación delos sistemas, manejo temporal del dato y mecanismos que permitan compartir información para la comunicación einterrelación dinámica de estos componentes sustancialesde un sistema de recursos hidráulicos de gran escala. Es de-cir, por sí solas no permiten la gestión completa de los recur-

sos hidráulicos de una región o zona de interés.

Una Plataforma Modular Integrada para la operaciónde sistemas de riego

La plataforma modular integrada (PMI) que se enunciaen este trabajo, y la estrategia que la sustenta, está desti-nada a la i mplantación de una metodología para ej ecutar laoperación de fuentes de agua, superficiales o subterrá-neas en sistemas de riego y drenaje con el propósito delabastecimiento de usuarios rurales con un empleo racionaldel agua y la energía.

Para la operación de sistemas de riego pueden imple-mentarse las siguientes vari antes:

– Campos de pozo y red de conducción principal has ta elabasto a los usuarios – Opera ción de embalses y los sistemas de conducción

desde estos hasta los usuarios – La operac ión de embalses interconectados por canale s

que trasvasan grandes volúmenes de agua de una re-gión a otra y la red de distribución a los usuarios

– La opera ción conjunta de campos de pozos, embalses ,canales de trasvase y canales de conducción hasta losusuarios

– El pronóstico de los caudales que se producirán en unacuenca al paso de una tormenta y la determinación delmovimiento de los volúmenes de agua por los cauces,

con el fin de prever áreas de inundaciones como fun-ción de la variable tiempo, y de esta forma pronosticar las estrategias de evacuación necesarias y prevenir pérdidas humanas y materiale s

Esta lista de aplicaciones no es exhaustiva y puede ex-tenderse a otros casos. En cualquiera de ellos, no obstante,está previsto que la plataforma y su estrategia incluya: – La detección de condiciones críti cas o de alarma duran-

te la operación, producidas por fallos o averías de lo scomponentes de la instalación y el tratamiento oportu-no de éstas


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– La detecci ón de ir regularidades en la disc iplina de trabajo y tecnológica de los operadores a par tir del análi-sis de la información almacenada en la base de datos

Implantación de la PMI y análisis integral

de la informaciónLa PMI está estructurada sobre una estrategia de desa-

rrollo por escalones. Los escalones representan etapas suce-sivas que van desde la aplicación de elementos sencillo s queimplican pequeñas inversiones, hasta la introducción de ele-mentos con alto grado de desarrollo tecnológico.

El análisis integral de la solución se logra mediante laconcepción de una base de datos única a la cual tributantodas las herramientas que componen la plataforma. Esta es-trategia permite un método consistente de almacenamientode la información, sin necesidad de duplicar su contenido y elacceso a esta desde los diferentes componentes. Por otra parte, garantiza la inclusión de nuevos módulos en etapas

posteriores, si n interferencia con los existentes.

Los Escalones de la solución

La secuencia de implantación de la PMI podría ser comola que a continuación se detalla:1. Estudio a nivel regional del problema, recopilación y

procesamiento de bases de datos di sponibles. Prepara-ción de la primera versión del SIG.

2. Calibración de los Modelos Matemáticos necesarios para la gestión de la operación. Comienzo de la opera-ción, basado en pronósticos realizados a través de losmodelos de simulación del si stema (SIG + MM) con latoma de decisiones en tiempo diferido y entrada de da-

tos no automatizada.3. Aplicación parcial de la PMI (SIG + MM + Sensores yRegistradores de Variables) para la toma de decisi onesen tiempo diferido con entrada de datos parcialmenteautomatizada.

4. Aplicación parcial de la PMI (SIG + MM + Sensores yTelemedida + Sensores con Registradores de Variables) para oper ación y toma de decisiones en tiempo diferi docon entrada de datos parcialmente automatizada.

5. Aplicación total de la PMI (SIG + MM + Sensores yactuadores con Telegestión y Sensores con Registra-

dores de Variables + SCSAD) con toma de informaciónen tiempo real y diferido y operación en tiempo real,empleando la mejor estrategia para cada aplicación.

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

Hasta el presente los autores, no han encontrado en laliteratura reportes sobre la aplicación de plataformas modularesintegradas para la administración de los SMDA, similares a la propuesta en este trabajo.

No obstante, en Langsdon (2001) se aborda la necesidadde aplicar un enfoque integrado en la utilización de los SIG,los modelos matemáticos de simulación y optimización y losSCSAD para la gestión de los servicios de distribución deelectricidad. También, en Shamsi (2001) se presenta un enfo-que parcial del tema para el manejo de los recursos hidráuli-cos, basado en la integración de los SIG y la modelaciónmatemática.

La existencia de la PMI permite desarrollar una gestión

multilateral de la operación de los recursos hidráulicos y en particular de un sistema de riego.

CONCLUSIONES

• A pesar de los avances significativos en la modelaciónmatemática, la aplicación de los sistemas de informa-ción geográfica y los si stemas de supervisión y controlde tiempo real para el manejo de los recursos hidráuli-cos, no ha sido desarrollado un enfoque integrado detales herramientas hasta el presente.

• En este trabajo se abordan las limitaciones que cadauna de las actuales herramientas utilizadas para el estu-dio de los sistemas de recursos hidráulicos presentan por separado y se mencionan diferentes eje mplos quehan sido revisados y estudiados por los autores.

• El enfoque aplicado para resolver las deficiencias en-contradas tiene como premisa, la interrelación tantodel dato espacial, como el de tiempo real. Por lo tan-to, la estrategia de solución que se enuncia, contem- pla la integración, media nte un enfoque modular yuna base de datos única, de cada una de estas herra-mientas, pr ocurando que cada cual apor te sus mayo-res fortalezas.

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