Captacin de Aguas Superficiales

Las aguas superficiales son aquellas que escurren en los cauces y presentan una superficie libre sujeta a la presin atmosfrica, estas pueden ser corrientes perennes es decir, cauces que llevan flujo todo el ao, producto del drenaje natural de los acuferos que la alimentan durante la temporada de sequas y que adems, en temporada de lluvias, recibe los escurrimientos generados en la cuenca de captacin aguas arriba y corrientes intermitentes las cuales presentan un flujo igualmente sujeto a la presin atmosfrica y cuya duracin se limita a la presencia de precipitaciones en la cuenca drenada.

Los arroyos son el producto de la precipitacin pluvial de corta duracin y fuerte intensidad, la cual en combinacin con la morfologa del terreno puede favorecer la formacin de corrientes con altas velocidades de escurrimiento.

1. DescripcinLa captacin de aguas de fuentes superficiales, sean ros, lagos e incluso el mar deben llevar obras de captacin adaptadas a las condiciones y caractersticas de la masa de agua a captar. La regulacin de las aguas nos permite disponer de ste en casi todo momento, sea la estacin que sea y sin importar las variaciones de la demanda. Para lograr la regulacin se debe almacenar el agua de diferentes maneras como: tanques compensadores, presas, etc.

Provienen en gran parte del escurrimiento, pueden recibir aporte de manantiales. Estn sometidas a la accin del calor, la luz, estos pueden ser contaminados por el vertido de ciertos afluentes cargados de sustancias orgnicas.

Las Obras de Captacin de agua superficial, derivacin o toma en ros se conoce como bocatoma. A travs de estas estructuras se puede captar el caudal de diseo de un proyecto, que por lo general corresponde al caudal mximo diario.

La eleccin del punto de captacin en un ro es muy variable, ya que depende de varios factores: caudal, materiales de arrastre, navegabilidad, etc. Requirindose un estudio particular para cada caso. En consecuencia pueden efectuarse tomas en el fondo, laterales, por sifn, etc.La captacin debe hacerse siempre aguas arriba de la poblacin que se quiere abastecer, habitualmente se sita la toma de agua en la zona central del cauce prxima a la superficie.

En los lagos y embalses la captacin depende de la profundidad pudiendo clasificarlos en: Lagos y embalses profundos de nivel relativamente constante. Lagos y embalses de poca profundidad y nivel variable.

La captacin en los embalses profundos se har mediante torres a una profundidad de 30-35 metros para obviar los problemas de aparicin de Plancton por efecto de la luz solar. Y al menos a 7 metros por encima del fondo para evitar la contaminacin por partculas ocasionadas por las corrientes profundas.

En los embalses de poca profundidad, la toma debe de estar alejada de las orillas y al menos a 20 cm de la superficie, con objeto de eliminar los contaminantes flotantes y que el agua este aireada, lo que favorece la autodepuracin. Utilizndose tomas flotantes.

Debido a que en los embalses poco profundos el nivel es variable, se suelen instalar torres con tomas a diferentes alturas. Para asegurar el agua a la poblacin se recurre a embalses de regulacin que en funcin de sus caractersticas: Capacidad, Mecanismos de autodepuracin, Renovacin del agua, etc.

Los embalses de regulacin se clasifican en: Embalses con restricciones en sus aprovechamientos secundarios (caza, pesca, bao y actividades nuticas. Embalses sin restricciones pero con condiciones naturales poco favorables (fangos, turbidez, superficie reducida). Embalses sin restricciones.

2. Clasificacin de las Aguas Superficiales

a) Sin regulacin de caudal: Son aquellas donde el caudal mnimo observado en el perodo de registro disponible es superior al consumo de mximo das correspondientes al perodo de diseo.

b) Con regulacin de caudal: Son aquellos donde el caudal mnimo observado no es suficiente para satisfacer la demanda de diseo, pero cuyo rgimen de caudales permite almacenar, mediante represamiento de agua en pocas de crecidas, la cantidad suficiente para compensar el dficit en poca de estiaje (seca).

Los mtodos ms comunes para determinar el caudal en fuentes superficiales es realizar los aforos, mediante los mtodos de molinete hidromtricos, vertederos, flotadores y trazadores qumicos. Estos mtodos se utilizan principalmente en la medicin de ros o cauces; y el balance hdrico que sirve para determinar los caudales tericos mximos, mnimos y flujo base de ros, o para calcular las masas de agua en lagos, lagunas y embalses.

3. Tipos de obras en Aguas Superficiales

Obra de toma directa: La forma de captar agua de una corriente superficial mediante una toma directa, vara segn el volumen de agua por captar y las caractersticas de la corriente, es decir, el rgimen de escurrimiento, que puede ser del tipo permanente o variable, su caudal en poca de secas y durante avenidas, velocidad, pendiente del cauce, topografa de la zona de captacin, constitucin geolgica del suelo, material de arrastre, niveles de agua mximo y mnimo en el cauce, naturaleza del lecho del ro y de otros factores que saltan a la vista en el proceso de seleccin del tipo de obra de captacin por toma directa.

La bocatoma se localizar en un tramo de la corriente que est a salvo de la erosin, del azolve y aguas arriba de cualquier descarga de tipo residual. La clave del conducto de la toma se situar a un nivel inferior al de las aguas mnimas de la corriente. En la boca de entrada llevar una rejilla formada por barras y alambrn con un espacio libre de 3 a 5 cm., la velocidad media a travs de la rejilla ser de 0.10 a 0.15 m/s, para evitar en lo posible el arrastre de material flotante. La velocidad mnima dentro del conducto ser de 0.6 m/s, con el objeto de evitar azolve. El lmite mximo de velocidad queda establecido por las caractersticas del agua y el material del conducto.

Captacin en Barraje: El barraje es una estructura provisional y rudimentaria que obtura el cauce en poca de estiaje para mantener un nivel de agua y alimentar una obra de toma; en poca de avenidas es posible que se destruya, pero al terminar sta poca se reconstruye nuevamente para utilizarlo en el siguiente estiaje. Su uso se recomienda en cauces pequeos.

Captacin en dique: En escurrimientos perennes, cuando en poca de estiaje el nivel del agua no alcanza a cubrir la toma y el barraje es una estructura dbil, lo ms conveniente es la construccin de un dique.

Los diques son estructuras definitivas construidas para obstruir el cauce, que se han simplificado en cuanto a los elementos que la componen, incorporando la obra de toma, el vertedor de excedencia y el desage de fondo dentro del propio cuerpo del dique. Se han estudiado una variedad muy amplia de diques en los que en la mayora se pretende captar el agua libre del acarreo propio del ro.Este tipo de captacin puede ser adaptado en ros con fuerte pendiente, en aguas con poco contenido de finos y en ros con variaciones de gasto estacinales.

Captacin en Presa Derivadora: Las presas, en trminos generales son aprovechamientos hidrulicos superficiales que cumplen el propsito de facilitar la captacin del agua en corrientes de bajo tirante, para diversos usos. Cuando el agua de un ro se requiere aprovechar, pero ste por sus bajos niveles no permite captarlas de manera apropiada, es posible la construccin de una pequea cortina que interrumpa el paso de la corriente en la seccin elegida, con objeto de que los niveles mencionados aumenten, permitiendo de esta manera su captacin, a este aprovechamiento se le denomina presa derivadora.

Una presa derivadora cuenta con las siguientes estructuras auxiliares cortina vertedora, obra de toma, obras de control y obra de desvo. En este captulo se aborda exclusivamente la obra de toma en lo referente a su diseo hidrulico y de operacin.

La obra de captacin en ros que quiz ofrezca el mejor funcionamiento es la presa derivadora. Bsicamente consiste en una cortina vertedora, la obra de toma y la estructura de limpia.

La cortina vertedora construida para obturar el cauce conserva un nivel de agua constante aguas arriba de la presa, en cualquier poca del ao, lo que permite disear la obra de toma con esta caracterstica, dimensionando los conductos y dems elementos en funcin del gasto a derivar.La obra de toma est formada por orificios alojados en un muro vertical obturados con compuertas y operados con mecanismos manuales o elctricos. Con el fin de evitar la entrada del azolve a la obra de toma se construye una estructura de limpia o desarenador, la cual est localizada hacia aguas abajo y su plantilla por debajo del umbral de la obra de toma para dar cabida a un volumen para azolve. La limpieza de la estructura se logra mediante la apertura de compuertas radiales.

Captacin en Presa de almacenamiento: La seleccin del mejor tipo de presa para un sitio en particular depende de diversos factores: topografa, geologa y clima, entre otros. El costo relativo de los diversos tipos de presas depende principalmente de los bancos de material cercanos y de su factibilidad de transporte hasta el lugar de la construccin

Las presas cuentan con diversas obras que garantizan su operacin eficiente bajo diversas circunstancias: cortina, obra de toma y obra de excedencia. El agua que fluye por el cauce de un ro es atrapada y almacenada por medio de la cortina, llevando a cabo su explotacin mediante la obra de toma, y, por otro lado, garantizando la seguridad de la estructura propia y de la infraestructura urbana o rural ubicada aguas abajo sobre el cauce, mediante las obras de excedencia; este libro trata sobre el diseo de las estructuras necesarias para disponer del recurso segn los requerimientos de demanda, es decir, las obras de toma.

En general, una obra de toma consiste en: estructura de entrada, conductos, mecanismos de regulacin y emergencias con su equipo de operacin y dispositivos para disipacin de energa.

Captacin en almacenamientos: En un almacenamiento natural, como un lago o laguna, o dentro del vaso de una presa ya construida, la obra de toma presenta la geometra de una obra de toma directa, localizada en las orillas o dentro del lago e incluso si la orilla no presenta condiciones topogrficas o geolgicas adecuadas la obra de toma puede ser flotante.

En general, las obras de toma descritas son adaptables a un almacenamiento, sin embargo, existe una obra de toma que es posible instalar dentro de un lago, laguna o en el vaso de una presa de almacenamiento; a esta estructura se le denomina obra de toma selectiva.La obra de toma selectiva permite obtener siempre agua de la mejor calidad sin importar el nivel que se presente en la captacin.

Consiste en brazo rgido articulado en un extremo y provisto de una abertura o toma protegida con rejillas, a su vez el brazo rgido permite la conduccin del agua hacia su destino. El mecanismo de operacin del brazo rgido se encuentra alojado en una balsa y el cual soporta al brazo por medio de un cable. Con el fin de facilitar la operacin, el brazo rgido cuenta con flotadores.

Captacin de Manantiales: No siempre es de buena calidad bacteriolgica el agua de un manantial; en muchos casos no son ms que pozos superficiales cuya agua procede de un estrato acufero compuesto de piedra caliza fragmentada, arena o grava, situada a escasa profundidad. Debido a que no siempre es posible determinar la profundidad del estrato en que se encuentran las aguas, ni si el agua est protegida de la contaminacin superficial por la impermeabilidad del terreno, es necesario tomar precauciones rigurosas antes de aprovecharla para el consumo humano y para beber.

Los manantiales que se enturbian despus de las lluvias indican que el acufero ha recibido una carga posiblemente contaminada.

Los manantiales se clasifican segn su punto y forma de brotar en la superficie en:a) Manantial de Afloramiento: suelen aparecer en el fondo de los valles, en las laderas de los mismos o en los afloramientos de formaciones impermeables, saliendo a travs de sus discontinuidades.

b) Manantial emergente: proceden de la elevacin del nivel fretico hasta alcanzar una vaguada, estando sujetos al caudal del manto y a las variaciones estacinales del nivel del agua.

c) Manantial de Grieta o Filn: surgen cuando hay veneros ascendentes que tienen carga suficiente para salir al exterior. Muchas de las fuentes termales y medicinales son de este tipo. Otro nombre dado a estas fuentes es el de manantial ascendente.

Canal de Derivacin: Consiste en simples bocatomas acopladas a un canal de derivacin. Se utilizaran en ros de gran caudal en los cuales los mnimos de estiaje aportan el tirante de agua necesario para derivar el caudal requerido. Debern preverse rejas, tamices y compuertas para evitar el ingreso de slidos flotantes. Son recomendables en zonas de muy baja pendiente.

El canal de derivacin se construir sobre tramo rectilneo o en tramo de transicin entre curvas del curso superficial para el nivel mnimo de aguas.

Captacin de toma lateral: Es la obra civil que se construye en uno de los flancos del curso de agua, de forma tal, que el agua ingresa directamente en una caja de captacin para su posterior conduccin a travs de tuberas o canal.

Este tipo de obra debe ser empleada en ros de caudal limitado y que no produzcan socavacin profunda. La obra de toma se ubicar en el tramo del ro con mayor estabilidad geolgica, debiendo prever adems muros de proteccin para evitar el desgaste del terreno natural.

La obra de toma lateral, tambin es empleada en presas derivadoras. La toma se localiza lateralmente a la presa o en cualquier punto del permetro del vaso de agua.

Captacin de toma en dique: Es la obra que consiste en un dique de represamiento construido transversalmente al cauce del ro, donde el rea de captacin se ubica sobre la cresta del vertedero central y est protegida mediante rejas que permiten el paso del agua.

4. Aplicacin y/o recomendaciones para el uso de cada obra hidrulica

Captaciones del agua en embalses La regulacin de caudales a lo largo del ao, lo que permite un mejor aprovechamiento de las aguas superficiales. Al disminuir la velocidad del agua en el embalse se produce una decantacin de las materias en suspensin lo que contribuye a mejorar la calidad del agua y en concreto a clarificarla. Las aguas fluyentes al mezclarse con las aguas embalsadas contribuyen a una mejora de la calidad. La autodepuracin propia del ecosistema que constituye el embalse, contribuye a la mejora de la calidad de sus aguas siempre y cuando este no entre en fase de eutrofizacin. Los grmenes patgenos se encuentran en un medio inadecuado (alimento, temperatura, pH, radiacin solar, etc.) y mueren rpidamente atacados por los protozoos.

5. Ventajas y Desventajas de su utilizacin

VariablesAgua Superficial

Disponibilidad de caudalMayor disposicin

Variacin de caudalMuy variado

LocalizacinCasi siempre se sitan largos del sitio de consumo.

ExtraccinNo siempre se requiere de bombeo.

Costo de BombeoMs Bajos

Caractersticas FsicasPresentan mayor turbiedad en invierno.

Grado de MineralizacinVariable

Contaminacin Alta posibilidad de contaminacin bacteriolgica sobre todo en poca de invierno.

TratamientoEn general el costo es muy alto.

6. Operacin Y Mantenimiento de Obras de Captacin de Aguas Superficiales.

Control de Turbiedad Se debe fijar un lmite permisible de turbiedad para captar el agua que debe estar de acuerdo con la capacidad de la planta de tratamiento, aguas debajo de la captacin, para la remocin de este parmetro. Se debe controlar la turbiedad del agua de la fuente con cierta frecuencia al da, la cual se debe incrementar en pocas de lluvias o avenidas. Si la turbiedad excede el lmite permisible fijado, se debe suspender la captacin del agua, para lo cual se debe abrir totalmente la compuerta de represamiento o cerrar la vlvula o compuerta aguas debajo de la toma. Para realizar el control se recomienda el empleo del turbidmetro de Jackson. Los operadores deben estar entrenados en este control.

Limpieza de las rejas Se debe limpiar en forma permanente las rejas y rejillas que retienen los slidos flotantes, para evitar reducir el caudal de captacin. Desprender los residuos flotantes de las rejas verticales y extraerlos de las rejas inclinadas. Los residuos extrados deben ser dispuestos adecuadamente con contenedor desde donde se trasladar al relleno sanitario de la comunidad. Para la extraccin de slidos se debe emplear herramientas construidas localmente. El operador debe contar con la indumentaria adecuada para la ejecucin de esta tarea.

Desarenado del lecho del ro Cuando el nivel de sedimentos en el lecho del ro, se encuentre prximo a la ventana o tubo de captacin se debe abrir la compuerta de represamiento y desarenar por espacio de 30 a 60 minutos. Realizar esta actividad slo en temporadas de lluvias o avenidas, cuando el flujo en la fuente sea mayor a la demanda de poblacin.

Regulacin de compuertas La compuerta de captacin se regular de acuerdo al caudal que requiera la planta de tratamiento. La compuerta de represamiento se operar slo en temporadas de avenidas, regulndola para captar lo necesario y dejando pasar el remanente.Caja de captacin Desarenar la caja de captacin cuando el nivel de sedimentos afecte el flujo de agua a travs del vertedero. En promedio cada seis meses. Levantar el vertedero de alivio y abrir la vlvula de la lnea de desage. Desarenar por un tiempo entre 30 a 60 minutos.

Mantenimiento de canales Una vez por ao realizar el mantenimiento de los canales, retirando los sedimentos acumulados. Semanalmente o con una frecuencia determinada en base a la experiencia local, retirar hierbas del talud, retirar troncos de rboles o piedras voluminosas u otros materiales que puedan interrumpir el flujo en el canal y originar el rebose. Inspeccionar que no se empleen los canales como botadero de basura o vertido de residuos lquidos.

Calibracin de elementos de medicin Por lo menos cada seis meses, se deben calibrar los vertederos de medicin del caudal que ingresa a la planta, determinando la ecuacin Caudal vs Altura correspondiente. Se debe instalar una regla graduada en el vertedero para leer el tirante de agua sobre el mismo. El operador debe disponer una tabla de altura vs caudal, con el cual determinar el caudal captado. Se deben llevar el control de registros del caudal captado.

Mantenimiento mecnico Semanalmente se debe realizar un mantenimiento preventivo a las instalaciones de la captacin. Consiste principalmente en garantizar el funcionamiento adecuada de vlvulas y compuertas en todo el sistema de captacin- Construccin de herramientas para la limpieza de las rejas y rejillas. Mantenimiento del cauce, cuando las estructuras de defensa se encuentran daadas por la erosin del ro.

Control de calidad Se debe realizar el control bacteriolgico del agua captada por lo menos una vez cada seis meses. Si se tiene conocimiento de la existencia de una fuente de contaminacin local, se debe incrementar la frecuencia del control.

Turbidmetro de buja Jackson

1. DescripcinEl Turbidmetro de buja Jackson se emplea para la medicin de la turbiedad, siguiendo el mtodo del mismo nombre, el cual consiste en lo siguiente:

a) Tubo de cristal graduadoDebe presentar un fondo plano pulido del cristal ptico y debe satisfacer las necesidades para tubos de Nessler, debe conservarse limpio y libre de ralladuras, y debe tener una graduacin en la cual se mida directamente la turbiedad.

b) Buja o vela patrnSe debe fabricar de cera de abejas y esperman y debe estar calibrado para quemar7,39 a 8,16 g (114 a 126 granos) por hora.

Se debe mantener una distancia uniforme entre la llama y el fondo del tubo. Hasta donde sea posible se debe mantener el tamao de la flama constante, para lo cual se debe evitar las corrientes de aire y despabilar frecuentemente la vela para eliminar la porcin calcinada.

c) Soporte de la bujaConsiste en un cilindro con resorte interior, que obliga a la buja a que se mantenga a presin contra la corona del soporte, segn se vaya consumiendo, debiendo encontrarse dicha corona a 7,6 cm abajo del fondo del tubo de cristal.

El soporte mantiene el alineamiento de la buja y el tubo, de tal manera que coincidan sus ejes longitudinales.

2. Principio de determinacin de turbiedadLa determinacin de turbiedad se basa en el paso de la luz a travs de una suspensin, que justamente haga desaparecer la imagen de la flama de una buja patrn, esto es, que la haga indistinguible contra el fondo de la iluminacin general, cuando se observa la flama a travs de la suspensin. A mayor trayectoria de la luz es ms bajo el valor de la turbiedad.

3. Procedimiento

3.1 Para turbiedades entre 25 y 100 unidadesSe vierte la muestra en el tubo de cristal hasta que justamente desaparezca de la vista la imagen de la flama; en ese instante se debe observar un campo uniformemente iluminado, sin manchas brillantes. Hacia el final, la muestra se debe ir agregando muy lentamente, y despus de la desaparicin de la imagen, con slo retirar el 1 por 100 de la muestra, la imagen debe ser nuevamente visible. Leer en el tubo graduado el valor de turbiedad.

3.2 Turbiedades mayores a 10000 unidadesLa muestra se debe diluir con uno o ms volmenes de agua exenta de turbiedad, hasta que la turbiedad de la dilucin sea menor de 1000 unidades. La turbiedad de la muestra original se calcula a partir de la turbiedad de la muestra diluida y del factor de dilucin. Por ejemplo, si se agregan cinco volmenes de agua exenta de turbiedad a un volumen de muestra, y si la muestra diluida tiene una turbiedad de 500 unidades, la turbiedad de la muestra original resulta de 3000 unidades.

Captacin de Aguas Superficiales