Cap. III Fuentes y Captacion

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CAPITULO III: FUENTES DE ABASTECIMIENTO Y CAPTACION

CAPITULO III. FUENTES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA Y CAPTACION 3.1

FUENTES DE ABASTECIMIENTO: ABASTECIMIENTO : Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable y antes de dar cualquier paso es necesario definir su ubicación, tipo, cantidad y calidad. De acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento así como de la topografía del terreno, se consideran dos tipos de sistemas: gravedad y bombeo.

3.2

TIPOS DE FUENTE DE AGUA De acuerdo a la forma f orma de abastecimiento se considera tres tipos principales de fuente: A guas subterráneas.  Aguas de lluvia, Aguas superficiales y Aguas

3.2.1

AGUAS DE LLUVIA O PLUVIAL La captación de aguas de lluvia se emplea en aquellos casos en las que no es posible obtener aguas superficiales y subterráneas de buena calidad y cuando el régimen de las lluvias sea importante. Para ello se utilizan los techos de las casas o algunas superficies impermeables para captar el agua y conducirla a sistemas cuya capacidad depende del gasto requerido y del régimen pluviométrico. 3.2.1.1 AGUA PLUVIAL El término pluvial se refiere al agua proveniente de precipitaciones atmosféricas. La lluvia se mide en milímetro en milímetro al año, menos de 200 son insuficientes, entre 200 y 500 son escasas, entre 500 y 1000 son suficientes, entre 1000 y 2000 son abundantes y más de 2000 son excesivas. 3.2.1.2 AGUA PLUVIAL COMO FUENTE DE ABASTECIMIENTO El agua pluvial se utiliza en actividades donde no se requiere agua potable, lavadora, tanque del servicio, lavado de auto, aunque su uso más extendido es para el riego de jardines aprovechando este recurso el ahorro anual puede llegar a ser de hasta 759.6mm en promedio. En muchos lugares del mundo con alta o media precipitación y en donde no se dispone de agua en cantidad y calidad necesaria para consumo humano, se recurre al agua pluvial como fuente de abastecimiento. 3.2.1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE AGUA DE LLUVIA Algunos de las ventajas más importantes del uso de agua pluvial son: 1. Menor uso de agua potable. 2. Disponibilidad del recurso prácticamente en cualquier c ualquier lugar. 3. Posibilidad de convertirse en potable con el debido tratamiento.

Algunas de las desventajas del agua pluvial son: 1. Lluvia Acida, (se considera más su propiedad corrosiva sobre los materiales). 2. Su distribución espacial y temporal, dado que no llueve todos los días ni todos los meses.  24

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3. Contaminación por contacto con superficies. 3.2.1.4 SISTEMA DE CAPTACION DE AGUA PLUVIAL Para afrontar la problemática del agua a nivel mundial y nacional, una de las alternativas es la captación de agua de lluvia. Los Sistemas de Captación y Aprovechamiento del Agua de lluvia para uso domestico y consumo humano a nivel de familia y comunitario representan una solución para abastecer en cantidad y calidad a las numerosas poblaciones rurales, periurbanas y urbanas que sufren la carencia de este vital líquido. La precipitación pluvial representa un valioso recurso natural que se debe aprovechar, es una de las opciones más reales para proporcionar agua a aquellos que no cuentan con este recurso. 3.2.1.5 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO DEL SISTEMA En el diseño del Sistema de Captación y Conservación de Agua de Pluvial es necesario considerar:  



Factor técnico, la precipitación en la zona donde será instalado Factor económico, los costos del sistema propuesto deben ser comparados con los costos de otras alternativas. Factor social, representado por los hábitos y costumbres que pueden afectar la sostenibilidad de la intervención.

3.2.1.6 COMPONENTES DEL DISEÑO A) Elementos de un sistema de captación de agua de lluvia Área de recolección o captación del agua pluvial (tejado y reservorios) Elemento de recolección, canaletas para sistema de conducción Depósito o cisterna con filtro o tanque de almacenamiento.

B) Criterios para diseñar un sistema de captación de agua de lluvia  En función de la precipitación 1 mm de lluvia en un área de 1 m2 produce 1 litro de agua/año  Dimensiones de la cisterna La demanda o cantidad de agua necesaria para abastecer la vivienda. La superficie de recolección disponible.  La demanda de agua que se puede calcular en base a las dotaciones asignadas para el medio rural. Especificación dotación Persona Caballo Buey, vaca, novillo Vaca lechera, (incluye limpieza del establo) 100 pollos Lavado, limpieza de herramientas y utensilios  25

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Dotación (lt/día) 75 – 100 45 55 130 65 110 – 135 Ing. Ángel Y. Urbano Martínez

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3.2.1.7 CALCULOS

a) Demanda:  D



 P n

* Dot 

86,400

(lt / s )   D   P n * Dot   * N d  / 1000 (m 3 / mes )

………………….. (3.01)

Donde: D = Demanda de agua para la población (lt/s) Pn = Número de beneficiarios del sistema (hab) Dot = Dotación (lt/hab/día) Nd = numero del mes  Ejemplo: 3.01 Determinar el agua necesaria para las actividades domésticas para un año consumida por 04 integrantes de una familia. Las actividades a tomar en cuenta dentro del proyecto de captación y conservación de agua pluvial son las que a continuación se mencionan: Inodoro = 24.0 lt/día, Limpieza del hogar = 21 lt/semana, (considerando la limpieza 3 días/semana) Áreas verdes (riego de plantas)= 17 lt/semana (considerando riego 3 días/semana). Determinar la demanda de agua mensual y anual en (m3 ).  Ejemplo: 3.02 Qué volumen de agua puede ser almacenado en una cisterna próxima en una casa rural con un área de captación de 200 m2 , si la precipitación media anual es de 900 mm. η captación= eficiencia de captación del agua de lluvia, 0.81?  Ejemplo: 3.03 Se desea instalar un sistema de abastecimiento con agua de lluvia en una granja, en la cual es necesario abastecer 5 personas, 2 caballos y 1000 pollos. Se sabe que la granja está ubicada en una región de selva, donde la precipitación promedio anual es de aproximadamente 3000 mm. y que esta precipitación esta uniformemente distribuida a lo largo de todo el año. Determinar el área de recolección necesaria y la capacidad de la cisterna, suponiendo que el lapso máximo de seca dure 7 días.  Ejemplo: 3.04 - Consumo humano estimado por persona por día = 25 litros - Número de personas en la vivienda = 5 - Precipitación media anual P75% = 360 mm - Coeficiente de escorrentía del techo = 0,70 - Número de días de uso del agua = 365 Calcular: Área de captación (m2 ) y Volumen total de la estructura o cisterna (litros, m3 )

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3.2.2 AGUAS SUPERFICIALES Las aguas superficiales están constituidas por los ríos, arroyos, lagos, etc. Que discurren naturalmente en la superficie terrestre. Para su utilización contar con información detallada y completa que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles, y calidad de agua, seguridad y costo de las instalaciones.

Son en general aguas turbias y con color,  y además, por ser superficiales están sujetas a contaminarse. Por estas causas exigen tratamiento potabilizador, incluido desinfección previa a su entrega al consumo. a) Hidráulica fluvial: Transporte de sedimentos y morfología de ríos. b) Hidrología: Características hidrológicas del área del proyecto:  Descripción de ríos y quebradas del área del proyecto.  Descargas hídricas: caudales medios mínimos y máximos mensuales. 3.2.3 AGUAS SUBTERRANEAS Parte de la precipitación de la cuenca se infiltra en el suelo hasta la zona de saturación, formando así las aguas subterráneas. La explotación de estas dependerá de las características hidrológicas y de la formación geológica del acuífero. La captación de aguas subterráneas se puede realizar a través de manantiales, galerías filtrantes y pozos.

3.3

EVALUACION DE CANTIDAD DE AGUA Existen varios métodos para determinar el caudal de agua y los más utilizados en los proyectos de abastecimiento de agua potable en zonas del Proyecto, son los métodos volumétrico y de velocidad - área. El primero es utilizado para calcular caudales hasta un máximo de 10 lt/s y el segundo para caudales mayores a 10 lt/s

3.3.1

METODO VOLUMETRICO Dicho método consiste en tomar el tiempo que demora en llenarse un recipiente de volumen conocido. Posteriormente, se divide el volumen en litros entre el tiempo promedio en segundos, obteniéndose el caudal (lt/s). Q

V  

t 

…………………………………..………..  (3.02)

Donde: Q = Caudal (lt/s) V  = Volumen del recipiente (lt) t = Tiempo promedio (seg)

 27

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3.3.2

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METODO VELOCIDAD - AREA Con este método se mide la velocidad del agua superficial que discurre tomando el tiempo que demora un objeto flotante en llegar de un punto a otro en una sección uniforme, habiéndose previamente definido la distancia entre ambos puntos.  Cuando la profundidad del agua es menor a 1 m., la velocidad promedio del flujo se considera el 80% de la velocidad superficial. Q



vA

…………………………………..………..  (3.03)

Donde: Q = Caudal (lt/s) v = Velocidad superficial (m/s)  A = Área de la sección transversal (m2 ) 3.3.3 VERTEDEROS Un vertedero es una simple apertura sobre el cual fluye un líquido, los vertederos más utilizados por su facilidad de construcción y calibración son los rectangulares y triangulares. 3.3.3.1 VERTEDEROS RECTANGULARES En general se utilizan para caudales entre 200 y 1600 lt/s. la ecuación general se deduce al plantear la ecuación de Bernoulli. De esta ecuación se obtiene: Q

2 

3

3/ 2

2 g   H  L

…………………………………..………..  (3.04)

Donde: Q = Caudal (m3 /s) L = Longitud del vertedero (m) H = Carga sobre la cresta del vertedero (m)  µ = Coeficiente de descarga Para un vertedero rectangular sin contracciones laterales el coeficiente de descarga µ, es aproximada 0.62, y la ecuación se convierte en:

Q  1.83 H  L

3/ 2

…………………………………..………..  (3.05)

 

3.3.3.2 VERTEDEROS TRIANGULARES Se utilizan para caudales menores de 30 lt/s. y las cargas hidráulicas comprendidas entre 6 y 60 cm. La ecuación general es:

     5 / 2  H  2    

Q  c ' tan

Donde: Q = Caudal (m3 /s) = ángulo central θ  28

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…………………………………..………..  (3.06)

H c’

= Carga hidráulica (m) = Coeficiente de corrección por pérdidas y contracciones. Ing. Ángel Y. Urbano Martínez

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Para triángulos con 90 y c’=0.60, la ecuación se transforma en: °

Q 3.3.4



1.42 H 

2.5

 

…………………………………..………..  (3.07)

CORRENTOMETROS O MOLINETES Son equipos utilizados para medir la velocidad de la corriente en diferentes puntos de la sección y a distintas profundidades. El correntómetro mide el número de revoluciones. Mediante la ecuación de calibración del aparato, se determina la velocidad en el punto. vm



Q s 

vi



vi1

2

 (vm Ai )

 

…………………………………..………..  (3.08)

 

…………………………………..………..  (3.09)

Donde: vm = velocidad media en la sección Ai (m/s)  Ai = área medida entre secciones (m2 ) Qs = Caudal de la sección (m3 /s) 3.3.5

ESTACIONES DE AFORO CON LIMNIMETROS Son secciones fijas en un rio, en las cuales se llevan un registro continuo de caudales medidos mediante molinetes y niveles medidos con mira de tal manera con el nivel de la sección se obtiene el caudal a través de una curva de calibración de sección.

3.4

OBRAS DE CAPTACION Consiste en una estructura colocada directamente en la fuente, a fin de captar el gasto deseado y conducirlo a la línea de aducción.

3.4.1

OBRAS DE CAPTACION DE AGUA SUPERFICIAL El empleo de estas captaciones será aplicado en aguas superficiales de desplazamiento continuo tales como ríos, quebradas, tributarios y canales de irrigación. 3.4.1.1 REQUISITOS PREVIOS:  Calidad del agua  Cantidad del agua  Reconocimiento geológico superficial  Estudios geotécnicos  Levantamiento topográfico

Para el diseño de obras de captación de aguas superficiales habrá que considerar aquellos aspectos característicos de las fuentes de abastecimiento y que nos conduce a tomar en cuenta dos tipos:  Captación superficial sin regulación  29

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Captación superficial con la regulación de sus caudales

El diseño de una obra de captación de una fuente sin regulación supone:  Qmin del rio > Qmd --- para cualquier época. Pero si ocurre que:  Qmin del rio < Qmd --- necesita regulación mediante almacenamiento. 3.4.1.2 TIPOS DE CAPTACION

A) Canal de derivación Consiste en simples bocatomas acopladas a un canal de derivación. Se utilizaran en ríos de gran caudal en los cuales los mínimos de estiaje aportan el tirante de agua necesario para derivar el caudal requerido B) Captación de toma lateral Es la obra que se construye en uno de los flancos del curso de agua, de forma tal, que el agua ingresa directamente a una caja de captación para su posterior conducción a través de tuberías o canal. Este tipo de obra debe ser empleada en ríos de caudal limitado y que no produzcan socavación profunda. C) Captación de toma en dique Es la obra que consiste en un dique de represamiento construido transversalmente al cauce del río, donde el área de captación se ubica sobre la cresta del vertedero central y está protegida mediante rejas que permiten el paso del agua 3.4.1.3 PARAMETROS DE DISEÑO a) Caudal de diseño Para un sistema por gravedad se debe considerar el caudal máximo diario para la población de diseño.

b) Determinación del nivel del río Deberá obtenerse los niveles máximos y mínimos anuales en estaciones hidrológicas cercanas; en el caso de falta de datos hidrológicos se debe investigar niveles en periodos de avenidas y estiaje, apoyándose en información de personas conocedoras de la región. 3.4.1.4 DISEÑO DE ELEMENTOS a) Dispositivos de mantenimiento de nivel Son obras ejecutadas en un río o en curso superficial estrecho, ocupando toda su anchura, con la finalidad de elevar el nivel de agua en la zona de captación y asegurar el sumergimiento permanente de la toma de agua. Se pueden emplear presas, vertederos o colocar piedras en el lecho del río, constituyendo lo que se denomina enrocamiento. No se deben construir en ríos profundos con gran superficie de agua. 30

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b) Bocatoma Cuando se capta el agua derivando un curso superficial, la bocatoma consiste en una estructura acoplada al canal de derivación, donde se encuentran empotradas las rejas que permiten el paso del agua y retienen los sólidos flotantes c) Rejas El área efectiva de paso a través de las rejas será dos veces el área necesaria para el ingreso del caudal de diseño. d) Caja de captación Elemento estructural de las obras de toma lateral, mediante el cual se reparte el caudal deseado a los demás componentes de la captación y el caudal remanente es retornado al río a través de un aliviadero. El diseño del aliviadero es para el flujo máximo. e) Canal de derivación El canal de derivación se construirá para conducir al agua desde la bocatoma hasta una cámara colectora, desarenador o planta de tratamiento. Los canales deberán ser construidos cuidando que la velocidad no ocasione erosión ni sedimentación de material. 3.4.1

OBRAS DE CAPTACION PARA AGUA SUBTERRANEA Las aguas subterráneas constituyen importantes fuentes de abastecimiento de agua. Tienen muchas ventajas, en general, el agua no requiere tratamiento complicado y las cantidades de agua son más seguras. Las posibles obras de captación para este tipo de agua son: a) Cajas de manantial b) Pozos c) galerías filtrantes 3.4.1.1 MANANTIALES Los manantiales pueden ser de filtración, de fisura o tubulares según los intersticios de donde proviene el agua y de gravedad o artesianos según su origen. La captación puede hacer mediante cajas cerradas de concreto reforzado o mampostería de piedra o tabique. 3.4.1.2 POZOS Un pozo es una perforación vertical, en forma cilíndrica y de diámetro mucho menor que la profundidad. El agua penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de tipo radial. Se clasifica en pozos “poco profundos o someros” y “profundos”. Los “someros excavados” son aquellos que permiten su explotación del agua freática o

subáleva.

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3.4.1.3 NOCIONES DE HIDROGEOLOGIA

a) Acuífero. Es un estrato del subsuelo que contiene volúmenes de agua dulce en cantidades tales que su extracción constituye un aprovechamiento hidráulico. b) Acuífero confinado Es aquel que está limitado superior e inferiormente por estratos impermeables y que contiene agua a una presión mayor que la atmosfera. Los estratos impermeables ofrecen mucha resistencia al flujo del agua. c) Acuífero semiconfinado Es aquel que está limitado por estratos menos permeables que él, pero que puede recibir o ceder cantidades significativas de agua. d) Acuífero libre Es aquel cuyo límite superior coincide con el nivel freático, esto es, la superficie del agua que está a la presión atmosférica. e) Porosidad. 3.4.1.4 GALERIAS DE FILTRACION La captación consiste en un tubo perforado o ranurado, rodeado de una capa de granzón o piedra picada gradada, instalada en el acuífero subsuperficial, o en el caso de captación indirecta de aguas superficiales, en el estrato permeable que se comunica con dichas aguas.

3.5

SELECCIÓN DEL TIPO DE CAPTACION: De la selección del punto de captación depende el abastecimiento de agua, de él depende el tipo de toma que se va a adoptar ya que estamos interesados en captar no solo la cantidad de agua que necesita la población en las mejores condiciones económicas, sino también en suministrar aguas de buena calidad por tal razón el punto de toma siempre se elige teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

a) Aguas arriba de la población b) Protegida contra efectos dinámicos c) El agua debe tener un mínimo de impurezas d) Niveles máximos y mínimos e) Regularidad del cauce f) Estudio de la posibilidad de abastecimiento por gravedad.

 Ayacucho, 09 de setiembre del 2014

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