CAPTACION MANANTIALES

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DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDR ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARIL “CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRANEA: MANANTIALES POZOS” Ingº GASPAR V. MÉNDEZ CAJAMARCA ENERO - 2006

Transcript of CAPTACION MANANTIALES

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

CAPTACIONES DE AGUA SUBTERRANEA: MANANTIALES POZOS

Ing GASPAR V. MNDEZ CRUZCAJAMARCA

ENERO - 2006

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

EL AGUA ES EL

CONDUCTOR DE LA VIDA

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

DONDE EL AGUA VA,

LAS ENFERMEDADES SIGUEN SUS PASOS

DISPONIBILIDAD DE AGUANuestro planeta contiene un estimado de 1,450 millones de kilmetros cbicos de agua. Sin embargo, cerca del 95 % de este prodigioso abastecimiento lo constituye el agua salada de los mares y ocanos que cubren las dos terceras partes de la superficie terrestre. Del 5% restante, que corresponde a agua dulce, el 1% se halla congelado en los casquetes polares o en los vastos glaciares. El remanente de ese recurso, que alcanza aproximadamente a 14.45 millones de kilmetros cbicos y que tericamente se encuentra disponible para uso humano, se distribuye ms o menos en la siguiente forma:Agua subterrnea 98.55% Lagos 1.0 Suelo (entre partculas) 0.2 Ros y arroyos 0.1 Vapor atmosfrico 0.1 Biolgicamente ( en plantas y tejido animal) 0.05

COMPATIBILIZACIN OFERTA-DEMANDATodo proyecto de abastecimiento de agua potable, para lograr su sostenibilidad debe equilibrar o campatibilizar sus principales componentes, es decir compatibilizar la oferta y la demanda.OFERTA : (ciclo hidrolgico)

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La precipitacin. El agua superficial: Lagos y lagunas, ros, arroyos, embalses y cuencas. El agua subterrnea: Manantiales (de ladera, ascendentes ), pozos.

FUENTES DE AGUALas principales fuentes de abastecimiento de agua son el agua de superficie y el agua subterrneas. En el pasado, las fuentes de superficie incluan slo el agua dulce natural, como lagos, ros y arroyos, pero con la expansin demogrfica y el uso aumentado de agua por persona en relacin con estndares de vida ms altos, se deben tener tambin en cuenta la desalinizacin y el aprovechamiento de aguas residuales.TIPOS De acuerdo a la forma de abastecimiento se consideran tres tipos de fuente: aguas de lluvia, aguas superficiales y aguas subterrneas.

ContinuacinAGUA DE LLUVIA Es el agua meterica que se tiene debido a la precipitacin. Para su aprovechamiento, se utilizan los techos de las casas o algunas superficies impermeables para captar agua y conducirla a sistemas cuya capacidad depende del gasto requerido y del rgimen pluvial.AGUAS SUPERFICIALES Constituidas por arroyos, ros, lagos, etc., que discurren naturalmente en la superficie terrestre. Estas fuentes no son tan deseables, especialmente si existen zonas habitadas o de pastoreo animal aguas arriba, Sin embargo a veces no existe otra fuente alternativa en la comunidad, siendo necesaria su utilizacin, para ello se debe contar con la informacin detallada y completa, que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y calidad de agua. AGUAS SUBTERRANEAS Constituyen parte del ciclo hidrolgico y son las que se infiltran en el terreno, y que por percolacin se mantienen en movimiento a travs de estratos geolgicos capaces de contenerlas y permiten su circulacin, su explotacin depender de las caractersticas hidrolgicas y formacin geolgica del acufero.

SELECCIN DE FUENTESEn la seleccin de la fuente de abastecimiento, los factores a tomar en cuenta son: Cantidad, calidad, seguridad, costo, legalidad y otros. Estos criterios no se citan en ningn orden especial porque, en gran parte, son interdependientes. No obstante, el costo es quiz el ms importante, porque se podra usar casi cualquier fuente, si los usuarios estuvieran dispuestos a pagar un precio lo bastante alto. En algunas zonas, conforme la demanda creciente excede de la capacidad de las fuentes existentes, el costo cada vez mayor de cada nuevo suministro, enfoca la atencin hacia el aprovechamiento de las aguas de desecho y la desalinizacin El aprovechamiento de las aguas subterrneas se realiza a travs de manantiales, galeras filtrantes y pozos(excavados o tubulares).

MANANTIALESSe puede definir un manantial como un lugar donde se produce un afloramiento natural de agua subterrnea. El agua del manantial fluye por lo general a travs de una formacin de estratos gravo-arenosos (acufero) o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables, estos bloquean el flujo subterrneo del agua y permiten que aflore a la superficie. El agua de manantial es casi pura y, por lo general se la puede usar sin tratamiento, a condicin de que el manantial este adecuadamente protegido, con una estructura que impida la contaminacin del agua. Se debe asegurar que el agua provenga realmente de un acufero y que no se trate de un arroyo que se ha sumergido a corta distancia.

MANANTIAL

MANANTIAL ASCENDENTE

MANANTIAL ASCENDENTE

CAPTACINEstructura que inicia todo sistema de abastecimiento de agua potable. Para una comunidad rural, es general que dicha captacin sea de un manantial.El caudal de diseo para esta estructura, es el caudal mximo diario, para lo cual se debe verificar que la oferta otorgada por dicha fuente, en estiaje, sea mayor a la demanda de la comunidad a servir.

CAMARA DE CAPTACIONElegida la fuente de agua e identificada como el primer punto del sistema de agua potable, en el lugar del afloramiento se construye una estructura de captacin que permitir recolectar el agua, para que luego pueda ser conducida mediante las tuberas de conduccin hacia el reservorio de almacenamiento. El diseo hidrulico y dimensionamiento de la captacin depender de la topografa de la zona, de la textura del suelo y de la clase de manantial; buscando no alterar la calidad y la temperatura del agua, ni modificar la corriente y el caudal natural del manantial, ya que cualquier obstruccin puede tener consecuencias fatales: el agua crea otro cauce y el manantial desaparece. Es importante que se incorporen caractersticas de diseo que permitan desarrollar una estructura de captacin que considere un control adecuado de aguas, oportunidad de sedimentacin, estabilidad estructural, prevencin y operacin.

CAPTACION

MANANTIAL DE LADERACuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captacin constar de tres partes: la primera, corresponde a la proteccin del afloramiento; la segunda: a una cmara hmeda que sirve para regular el gasto a utilizare; y la tercera, a una cmara seca que sirve para proteger la vlvula de control. El comportamiento de proteccin de la fuente consta de una losa de concreto que cubre toda la extensin o rea adyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando as sellado para evitar la contaminacin.

CAPTACIONMANANTIAL DE FONDOSi se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captacin podr reducirse a una cmara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Consta de dos partes: la primera, la cmara hmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizare, y la segunda, una cmara seca que sirve para proteger las vlvulas de control de salida y desage. La cmara hmeda estar provista de una canastilla de salida y tuberas de rebose y limpia.

Captacin:

Niveles C. Rebose Tapa inspeccin Relleno C pobre

2 SALIDA

3

6 1 7

5 4 2

REBOSE Y LIM PIEZA

Dado mvil:

En Captacin, Reservorios, CRP, Vlvulas de Purga

Captacin con caja vlvula

Captacin sin caja vlvula

AGUAS SUBTERRNEASAntiguamente se crea que las aguas subterrneas procedan del mar y haban perdido su salinidad al filtrarse entre las rocas. Hoy se sabe que es agua procedente de la lluvia. Las aguas subterrneas forman grandes depsitos que en muchos lugares constituyen la nica fuente de agua potable disponible. A veces, cuando circulan bajo tierra, forman grandes sistemas de cuevas y galeras. En algunos lugares regresan a la superficie, brotando de la tierra en forma de fuentes o manantiales. Otras, hay que ir a recogerlas a distintas profundidades excavando pozos. El agua subterrnea es mas que una simple solucin del problema de abastecimiento de agua , es un elemento vital en el balance del ciclo hidrolgico y como tal debe tratarse con cuidado para no alterarlo o daarlo de manera radical. Su importancia es tal que ocupa el segundo lugar en la distribucin de volmenes de agua sobre la tierra con un 2%, mientras que el primer lugar es para los ocanos y mares con un 94%.

AGUAS SUBTERRANEAS

1. EL AGUA SUBTERRANEA COMO RECURSO NATURALEl agua subterrnea es el recurso natural que tradicionalmente a interesado al hombre con el fin de explotarlo para el abastecimiento de agua a una comunidad, cuando por las caractersticas fsicas de la regin no se dispone de aguas superficiales de utilizacin factible. Las aguas subterrneas para utilizarlas en el abastecimiento de una comunidad se cumplen en tres etapas

Exploracin Evaluacin Explotacin

CONTAMINACION DE AGUAS SUBTERRANEASCONTAMINACIN POR LA AGRICULTURA.- El uso del nitrato en

las plantaciones de caf, pues anlisis hechos mensualmente durante dos aos, demuestran que el uso directo del nitrgeno facilita su filtracin por las capas de la tierra y contamina las aguas subterrneas.CONTAMINACIN POR INDUSTRIAS.- En superficies aledaas a

fbricas de insecticidas, se reporta que las aguas subterrneas tienen un alto contenido de cromo en formas qumicas muy solubles, por lo que el elemento se esta dispersando en el entorno. Principalmente se infiltra y contamina aguas subterrneas. Esto se produce principalmente al urbanizar reas destinadas a la agricultura.CONTAMINACIN POR CONTAMINACIN POR MINERA.URBANISMO.-

Los productos residuales slidos y lquidos derivados de la actividad minera, afectan las aguas subterrneas

VENTAJAS Y DESVENTAJASVENTAJAS El agua a tenido filtracin natural por lo que el agua no requiere un tratamiento de turbiedad ni de microorganismos (vierte agua cristalina y limpia) La lnea de conduccin es relativamente corta, pues la captacin normalmente esta cerca a la poblacin a la cual se la abastecer de agua. DESVENTAJAS El agua como disolvente extraordinario va disolviendo las rocas del suelo y el agua se va contaminando con diversos minerales y sales. Su extraccin requiere de equipo mecnico y utilizacin de energa

2. EXPLORACIONEsta etapa consiste en la localizacin del depsito de agua mediante diversos mtodos. Al depsito de agua se le suele llamar acufero y se lo define como una formacin geolgica capaz de proporcionar agua en cantidad y calidad suficiente para las necesidades del hombre a un costo razonable. La diferencia entre la cantidad de precipitacin y la cantidad de agua arrastrada por los ros, se filtra bajo el suelo y forma los acuferos. La filtracin depende de las caractersticas fsicas de las rocas. La porosidad no es sinnimo de permeabilidad, pues determinadas rocas como las arcillosas, aunque tienen una gran porosidad, son prcticamente impermeables ya que no disponen de conductos que se comuniquen. Los mtodos de exploracin pueden ser geolgicos o geofsicos, y cada uno de ellos puede ser superficial o profundo

MTODOS GEOLGICOS Se recurre a mtodos tales como la interpretacin de mapas, fotogrametra y fotointerpretacin, y perforaciones en el campo

FOTOGRAFA AREA

MTODOS GEOFSICOS Consiste en la utilizacin de mtodos tales como refraccin ssmica, resistividad elctrica y perfiles elctricos

GRFICOS DE RESISTIVIDAD ELCTRICA(ohm-m).

RESULTADO BIDIMENSIONAL DE LA PROSPECCIN ELCTRICA

3. EVALUACIONEl objetivo de esta segunda etapa es la evaluacin del caudal mximo de produccin del acufero, mediante la medicin en el terreno de los parmetros hidrogeolgicos y de produccin del acufero durante el bombeo de agua en un pozo. Se busca mantener un balance favorable entre los beneficios que traen el bombeo del agua y los cambios indeseados que puede traer su extraccin. El cambio ms inmediato resultante del bombeo es el descenso del nivel piezometrito del acufero. Teniendo en cuenta el concepto anterior, se puede hacer las siguientes definiciones: Produccin del acufero: El caudal mximo obtenido sin que haya una disminucin perjudicial de la altura hidrulica que impida el flujo de agua en cantidad suficiente hacia el pozo Produccin del pozo: Es el caudal mximo obtenido de manera que evite un descenso en el nivel del agua por debajo de la tubera de succin

Continuacin.

De acuerdo con el grado de confinamiento de la formacin geolgica saturada, los acuferos se pueden clasificar como:

ACUFERO CONFINADO, el agua se encuentra a presin, de modo que si extraemos agua de el, ningn poro se vaca, solo disminuye la presin del agua y en menor medida la de la matriz slida. Al disminuir la presin del agua, que colaboraba con la matriz slida en la sustentacin de todos los materiales suprayacentes, pueden llegar a producirse asentamientos y subsidencia del terreno. La superficie virtual formada por los puntos que alcanzara el agua si se hicieran infinitas perforaciones en el acufero, se denomina superficie piezomtrica, y en un punto concreto, en un pozo, se habla de nivel piezomtrico, (en griego:piezo= presin)

ACUIFERO CONFINADO

ACUFERO LIBRE El agua se encuentra rellenando los poros o fisuras por gravedad, igual que el agua de una piscina llena el recipiente que la contiene. La superficie hasta donde llega el agua se denomina superficie fretica, cuando esta superficie es cortada por un pozo se habla del nivel fretico en ese punto. En los acuferos libres se habla tambin de espesor saturado, que ser menor o igual que el espesor del estrato o formacin geolgica correspondiente

ACUIFERO LIBRE

COMPORTAMIENTO HIDROGEOLOGICO DE LOS ACUIFEROS (Hidrulica de las aguas subterrneas)A. POROSIDAD Porosidad Total.mt = Volumen de huecos/Volumen total

Puede expresarse en porcentaje (%) o en tanto por uno (en cualquier caso es adimensional). Es decir que 12% es equivalente a 0.12, pero dejando claro como se esta expresando, porque tambin puede existir una porosidad del 0.12% Porosidad Eficaz.me= Volumen de agua drenada por gravedad / Volumen total

Se expresa igual que la porosidad total El parmetro que relaciona a la porosidad total y eficaz es la Retencin especfica, que esta definida de la siguiente manera: Re = mt - me

POROSIDAD

B. PERMEABILIDAD. (Conductividad Hidrulica) "K"Se define como la facilidad que un cuerpo ofrece a ser atravesado por un fluido, en este caso el agua En hidrogeologa, la permeabilidad es un concepto mas preciso. Es la constante de proporcionalidad lineal entre el caudal y el gradiente hidrulico. Caudal por unidad de seccin = K. gradiente hidrulico

Debemos de entender que el gradiente es como la pendiente que obliga a una bola rodar por un plano inclinado. Aqu obliga al agua a circular a travs del medio poroso, y, lgicamente, a mayor gradiente, circulara mayor caudal. La ecuacin anterior es la ecuacin de Darcy, y la citamos aqu solo para definir el concepto de permeabilidad y obtener sus unidades: despejando en la formula anterior se comprueba que las unidades de "K" son las de una velocidad (L/T). En el sistema internacional serian m/s, pero para manejar nmeros mas cmodos, por tradicin se continua utilizando metros/da. En geotecnia y otras ramas de la ingeniera se utiliza el cm./seg.

PERMEABILIDAD

C. TRANSMISIVIDAD

Si observamos el dibujo intuimos que los dos estratos acuferos deben proporcionar el mismo caudal: uno tiene la mitad de permeabilidad, pero el doble de espesor que el otro. Por tanto el parmetro que nos indique la facilidad del agua de circular horizontalmente por una formacin geolgica ser una combinacin de la permeabilidad y el espesor. Transmisividad = Permeabilidad x Espesor Como las unidades de la permeabilidad son (L/T) y las del espesor L, las unidades de la transmisividad sern L2/T. Por ejemplo: m2/da, o cm2/seg

TRANSMISIVIDAD

S

VL Vts

D. COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTOHemos visto que el volumen de agua que proporciona un acufero libre se puede calcular mediante la porosidad eficaz. Pero este parmetro no nos sirve en el caso de los acuferos confinados: cuando proporcionan agua, todos sus poros continan saturados, solo disminuye la presin, de modo que el dato de la porosidad eficaz no indica nada. Necesitamos un parmetro que indique el agua liberada al disminuir la presin en el acufero. El coeficiente de almacenamiento (S), es el volumen de agua liberada en una columna de base, una unidad cuadrada, y de altura todo el espesor del acufero cuando el nivel piezomtrico desciende una unidad.

S = VL/VtsDonde: VL = Volumen de agua liberado Vts = Volumen total que ha bajado la superficie piezomtrica

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO

Figura a.- se represente el concepto de una columna de 1 m2 de acufero, la superficie piezometrica a descendido 1 metro al extraer un volumen S. Es evidente que el concepto de porosidad eficaz encaja perfectamente en el concepto de coeficiente de almacenamiento.

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO

Figura b.- si consideramos 1 m2 de acufero libre y hacemos descender 1 metro de superficie fretica el volumen de agua que habremos extrado, ser la porosidad eficaz me

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO A pesar que son conceptos equivalentes, reparemos en que el acufero libre nos proporciona el volumen me por vaciado del 1 m3 superior (el volumen que aparese en el dibujo entre las dos posiciones de la superficie fretica), mientras que en el acufero cautivo, cuando el nivel desciende 1 metro, es toda la columna de acufero que aporta el volumen de agua S. El coeficiente de almacenamiento es, como la porosidad eficaz, adimensional (volumen/volumen), y los valores tpicos serian estos Acuferos libres: 0.3 a 0.01 Acuferos confinados 0.00001a 0.000001

PRUEBAS DE EQUILIBRIO

Con el fin de determinar los parmetros de produccin del acufero se realizan pruebas de equilibrio que consiste en perforar un pozo central y dos pozos de observacin de menor dimetro. Se inicia luego el bombeo del agua para extraer el caudal necesario, segn los requerimientos del diseo hasta que los niveles en los pozos se mantengan constantes. Bajo estas condiciones se puede calcular los parmetros necesarios segn el tipo de acufero que se tenga.

ACUFERO NO CONFINADO EN EQUILIBRIO

ACUFERO CONFINADO EN EQUILIBRIO

4.

EXPLOTACION

En esta ltima etapa del desarrollo de los recursos de agua subterrnea, se consideran las estrategias ptimas de desarrollo, la interaccin entre la explotacin del agua subterrnea y el balance general de agua en la cuenca. Al explorar un acufero para el abastecimiento de agua a una comunidad, se perfora por lo general ms de un pozo. La superposicin de las reas de influencia de cada uno de ellos trae consigo la reduccin de la produccin total del sistema de pozos. El porcentaje de interferencia se puede estimar a partir de la siguiente tabla, en funcin de la distancia de cada uno de los pozos.

ESQUEMA DE LA ESTRUCTURA DE UN POZO DE BOMBEO