Fuentes de Abastecimiento de Agua
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FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CURSO : ABASTECIMIENTO DE AGUA TEMA : FUENTES DE ABASTECIMIENTO ESTUDIO DE LA CUENCA, PRECIPITACIÓN, ESCURRIMIENTO PRESENTADO POR: Valladares Consuelo, Tony Huaraz, Abril del 2015 DOCENTE : Ing. FLOR JARA
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Fuentes de abastecimiento de agua
Transcript of Fuentes de Abastecimiento de Agua
FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE
INGENIERÍA CIVIL
CURSO : ABASTECIMIENTO DE AGUA
TEMA : FUENTES DE ABASTECIMIENTO
ESTUDIO DE LA CUENCA,
PRECIPITACIÓN, ESCURRIMIENTO
PRESENTADO POR:
Valladares Consuelo, Tony
Huaraz, Abril del 2015
DOCENTE : Ing. FLOR JARA
CONTENIDO
I. FUENTES DE ABASTECIMIENTO.
TIPOS DE FUENTES DE AGUA.
AGUA DE LLUVIA (O AGUAS METEÓRICAS)
AGUAS SUPERFICIALES.
AGUAS SUBTERRÁNEAS.
II. ALTERNATIVAS TÉCNICO – ECONÓMICOS EN LA DETERMINACIÓN
DE LA FUENTE.
CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN TÉCNICA DE ABASTECIMIENTO DE
AGUA
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
III. ESTUDIO DE LA CUENCA, PRESIPITACIÓN Y ESCURRIMIENTO
CONCEPTO DE CUENCA.
CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA Y LOS CAUCES
PRECIPITACIÓN.
ESCURRIMIENTO.
FUENTES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ESCURRIMIENTO
HIDROGRAMAS Y SU ANÁLISIS.
ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN MEDIO ANUAL DE ESCURRIMIENTO.
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.
FUENTES DE ABASTECIMIENTO
Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el
diseño de un sistema de abastecimiento de agua 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 a la topografía del
terreno, se consideran dos
tipos de sistemas de
abastecimiento por
gravedad y por bombeo.
TIPOS DE FUENTES DE AGUA.
1. AGUA DE LLUVIA (O AGUAS METEÓRICAS)
La captación de aguas de lluvia o de nieve se emplea en aquellos
casos en los que no es posible obtener aguas superficiales y
subterráneas de buena calidad y cuando el régimen de lluvias sea
importante.
Para su recolección se requieren
superficies muy extensas para
poder recolectar cantidades
suficientes, usándose
comúnmente el techo de las casas
o algunas superficies
impermeables para captar el agua
y conducirla a sistemas cuya
capacidad depende del gasto
requerido.
TIPOS DE FUENTES DE AGUA.
2. AGUAS SUPERFICIALES.
Las aguas superficiales están constituidas por los arroyos, ríos,
lagos, lagunas, embalses etc. que discurren naturalmente en la
superficie terrestre.
TIPOS DE FUENTES DE AGUA.
3. AGUAS SUBTERRÁNEAS
Parte de la precipitación en 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
(excavados y tubulares).
Con frecuencia, el agua subterránea
es más barata, más conveniente y
menos vulnerable a la contaminación
que las aguas superficiales. Por lo
tanto, estas aguas son comúnmente
usadas para el abastecimiento de
agua.
SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO
1. En los sistemas de abastecimiento por gravedad, la fuente
de agua debe estar ubicada en la parte alta de la población
para que el agua fluya a través de tuberías, usando solo la
fuerza de la gravedad.
SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO
2. En los sistemas de abastecimiento por bombeo, la fuentede agua se encuentra localizada en elevaciones inferiores alas poblaciones de consumo, siendo necesario transportar elagua mediante sistemas de bombeo a reservorios dealmacenamiento ubicados en elevaciones superiores alcentro poblado.
ALTERNATIVAS TÉCNICO – ECONÓMICOS EN LA
DETERMINACIÓN DE LA FUENTE.
Los criterios para la selección de alternativas técnico –
económicos para la determinación de la fuente de
abastecimiento, se refieren básicamente a aspectos técnicos,
económicos, sociales y culturales.
1. FACTORES TÉCNICOS
a. Dotación.- Se entiende por dotación la cantidad de agua que se
asigna para cada habitante y que incluye el consumo de todos los
servicios que realiza en un día, tomando en cuenta las pérdidas. Se
expresa en litros ./ habitante-día.
La dotación esta integrada por los siguientes consumos:
Consumo domestico
Publico
Industrial
Comercial
Fugas y desperdicios
ALTERNATIVAS TÉCNICO – ECONÓMICOS EN LA
DETERMINACIÓN DE LA FUENTE.
1. FACTORES TÉCNICOS
b. Fuente.- Las fuentes de abastecimiento de agua se
clasifican en función de su procedencia y facilidad de
tratamiento como:
Superficial: lagos, ríos, canales, etc.;
Subterránea: aguas subálveas y profundas; y
Pluvial: aguas de lluvia.
c. Rendimiento de la Fuente.- Determina la cantidad y
disponibilidad de agua que puede ser destinada al
abastecimiento, y permite definir el nivel de servicio al
que puede acceder la población a ser beneficiada.
ALTERNATIVAS TÉCNICO – ECONÓMICOS EN LA
DETERMINACIÓN DE LA FUENTE.
1. FACTORES TÉCNICOS
d. Ubicación de la Fuente.- La fuente de agua puede estar
ubicada por encima o por debajo de la localidad y permite
definir si el abastecimiento es por gravedad o por bombeo.
2. FACTORES ECONÓMICOS
a. Condición económica
Es un factor que permite definir la opción técnica y el nivel
de servicio, al afectar directamente el monto de inversión
para la construcción del sistema y los gastos de
administración, operación y mantenimiento.
ALTERNATIVAS TÉCNICO – ECONÓMICOS EN LA
DETERMINACIÓN DE LA FUENTE.
3. FACTORES SOCIALES.
a. Categoría de la población
La categoría de la población se considera según su
densidad poblacional. Ejemplo: Se considera como
comunidad rural a las localidades cuya población sea
menor a 2.000 habitantes.
b. Características de la población
Están vinculadas con la distribución espacial de la población
y puede ser concentrada o dispersa.
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
1. SISTEMAS POR GRAVEDAD SIN TRATAMIENTO
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
1. SISTEMAS POR GRAVEDAD SIN TRATAMIENTO
VENTAJAS DESVENTAJAS
Proporciona agua segura a la
población.
Mínima operación y
mantenimiento.
No requiere de energía
adicional o externa para su
funcionamiento.
Generalmente implica menores
costos de inversión.
Bajas cotas familiares por el
servicio.
Alta confiabilidad del sistema.
No requiere de tratamiento.
Bajo o nulo contenido de
coliformes.
Por su origen, el agua puede
tener un alto contenido de sales
disueltas u otros compuestos
químicos.
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
2. SISTEMAS POR GRAVEDAD CON TRATAMIENTO
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
2. SISTEMAS POR GRAVEDAD CON TRATAMIENTO
VENTAJAS DESVENTAJAS
No requiere de energía adicional
o externa para su
funcionamiento.
Proporciona agua segura a la
población.
Requiere de personal
capacitado para operar y
mantener la planta de
tratamiento.
Mayores costos de inversión por
la estructura de tratamiento.
Mayor costo de O & M que los
sistemas sin tratamiento, que
inciden en la cuota familiar más
elevada.
Si la operación y mantenimiento
es deficiente, puede ser un
medio de transmisión de
enfermedades
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
3. SISTEMAS POR BOMBEO SIN TRATAMIENTO
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
3. SISTEMAS POR BOMBEO SIN TRATAMIENTO
VENTAJAS DESVENTAJAS
Menor riesgo a contraer
enfermedades con el
agua, por mejor calidad
de la fuente.
Proporciona agua segura
a la población
Requiere de personal
capacitado para operar y
mantener el sistema.
Requiere elevada
inversión para su
implementación.
Las cuotas familiares del
servicio son elevadas,
debido a los mayores
costos de O&M.
Muchas veces el servicio
se vuelve discontinuo a
causa de la morosidad.
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
4. SISTEMAS POR BOMBEO CON TRATAMIENTO
OPCIONES TECNICAS EN ABASTECIMIENTO DE AGUA
4. SISTEMAS POR BOMBEO CON TRATAMIENTO
VENTAJAS DESVENTAJAS
Proporciona agua segura a la
población
Requiere de personal capacitado
para operar y mantener la planta de
tratamiento y el sistema de bombeo.
Requiere de mayores costos de
inversión y de operación y
mantenimiento que otros sistemas
convencionales.
Requiere elevada inversión para su
implementación.
Las cuotas familiares por el servicio,
son las más altas entre los diferentes
sistemas convencionales de
abastecimiento de agua.
Muchas veces el servicio se vuelve
discontinuo a causa de la
morosidad.
Sistemas convencionales de mayor
complejidad.
ESTUDIO DE LA CUENCA, PRESIPITACIÓN Y
ESCURRIMIENTO
ESTUDIO DE LA CUENCA, PRESIPITACIÓN Y
ESCURRIMIENTO
TIPOS DE CUENCAS
Desde el punto de vista de su salida, existen fundamentalmente dos
tipos de cuencas: endorreicas y exorreicas.
• Endorreicas, el punto de salida está dentro de los límites de la
cuenca y generalmente es un lago.
• exorreicas, el punto de salida se encuentra en los límites de la
cuenca y está en otra corriente o en el mar
ESTUDIO DE LA CUENCA, PRESIPITACIÓN Y ESCURRIMIENTO
Part
eaguas
Áre
a d
e la c
uenca
Corr
entí
as
trib
uta
rias
Cauce p
rincip
alCUENCA HIDROGRÁFICA
CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA Y LOS CAUCES
El ciclo hidrológico, visto a nivel de una cuenca, se puede
esquematizar como un estímulo, constituido por la precipitación, al
que la cuenca responde mediante el escurrimiento en su salida.
Entre el estímulo y la respuesta ocurren varios fenómenos que
condicionan la relación entre uno y otra, y que están controlados
por las características geomorfológicas de la cuenca y su
urbanización.
Dichas características se clasifican en dos tipos, según la manera
en que controlan los fenómenos mencionados:
a. Las que condicionan el volumen de escurrimiento, como el
área de la cuenca y el tipo de suelo, y
b. Las que condicionan la velocidad de respuesta, como son el
orden de corrientes, pendiente de la cuenca y los cauces, etc.
CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA Y LOS CAUCES
EL CICLO HIDROLÓGICO DE LA CUENCA
PRECIPITACIÓN
Desde el punto de vista de la ingeniería hidrológica, la
precipitación es la fuente primaria del agua de la superficie
terrestre, y sus mediciones forman el punto de partida de la
mayor parte de los estudios concernientes al uso y control del
agua.
Formas de precipitación
Llovizna o garúa
Lluvia
Granizo
Nieve
PROCESO DE PRECIPITACIÓN
Para que se formen las nubes, el agua que se evapora
de la superficie terrestre debe elevarse hasta que la
presión y la temperatura sean las necesarias para
que exista condensación, es decir, hasta que se pueda
alcanzar el punto de rocío.
Cuando una masa de aire
asciende, se ve sujeta a
una presión gradualmente
decreciente; entonces se
expande y, al expandirse,
en virtud de las leyes de
los gases, disminuye su
temperatura. Si la
temperatura disminuye lo
suficiente como para
quedar por abajo del
punto de rocío, puede
comenzar la
condensación.
PROCESO DE PRECIPITACIÓN
De esta manera se forman gotas mucho más grandes (con
diámetros de 100 a 500 μ) que tienen ya suficiente peso para caer
bajo la acción de la fuerza de gravedad. Durante su caída las
gotas crecen aún más en virtud de su coalescencia, con lo que
pueden alcanzar diámetros de 5 a 7 mm o mayores.
FORMAS DE PRECIPITACIÓN
MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN
Los aparatos más usuales para medir la precipitación son los
pluviómetros y los pluviógrafos
Los pluviómetros están formados por
un recipiente cilíndrico graduado de
área transversal a al que descarga un
embudo que capta el agua de lluvia, y
cuya área de captación es A. Se
acostumbra colocar en el embudo un
par de mallas para evitar la entrada de
basura u otros objetos. El área de
captación A es normalmente diez
veces mayor que el área del
recipiente a, con el objeto de que, por
cada milímetro de lluvia, se deposite un
centímetro en el recipiente
MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN
Los pluviógrafos son semejantes a
los pluviómetros, con la diferencia de
que tienen un mecanismo para
producir un registro continuo de
precipitación. Este mecanismo está
formado por un tambor que gira a
velocidad constante sobre el que se
coloca un papel graduado
especialmente. En el recipiente se
coloca un flotador que se une
mediante un juego de varillas a una
plumilla que marca las alturas de
precipitación en el papel (véase
figura 3.5). El recipiente normalmente
tiene una capacidad de 10 mm de
lluvia y, al alcanzarse esta capacidad,
se vacía automáticamente mediante
un sifón.
Pluviómetros y los Pluviógrafos
ANÁLISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN.
En general, la altura de lluvia que cae en un sitio dado difiere de la
que cae en los alrededores aunque sea en sitios cercanos. Los
aparatos antes descritos registran la lluvia puntual, es decir, la que
se produce en el punto en que está instalado el aparato y, para los
cálculos ingenieriles, es necesario conocer la lluvia media en una
zona dada, como puede ser una cuenca.
Para calcular la lluvia media de una tormenta dada, existen tres
métodos de uso generalizado:
Metodologías:
Promedio aritmético
Polígonos de Thiessen
Método delas Isoyetas
ANÁLISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN.
Es el método más simple para obtener la precipitación
media sobre una cuenca; consiste en efectuar un
promedio aritmético de las cantidades de lluvia medidas
en dicha áreas. Este método se recomienda en: regiones
planas, con estaciones distribuidas uniformemente, con
elevado número de pluviómetros y donde el gradiente de
precipitación tenga una variación menor al 10% con
respecto a la media.
A. MÉTODO MEDIA ARITMÉTICA.
Donde: hp es la altura de precipitación
media,
hpi es la altura de precipitación registrada
en la estación i y n es el número de
estaciones bajo análisis.
ℎ𝑝 =1
𝑛 𝑖=1𝑛 ℎ𝑝𝑖
ANÁLISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN.
B. POLÍGONOS DE THIESSEN
Este método se basa en ponderar el valor de la variable
climática en cada estación en función de un área de influencia
(ai), superficie que se calcula según un procedimiento de
poligonación. El procedimiento asume que en el área de
influencia, definida por la poligonal, ocurre el mismo valor de
lluvia de aquel observado en la estación meteorológica más
cercana.
Donde:
D = altura de precipitación media, mm.
ai = área de influencia de la estación, km2.
Di = precipitación media en la estación i, mm.
A = área total de la cuenca, km2.
ANÁLISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN.
B. POLÍGONOS DE THIESSEN
Donde:
D = altura de precipitación media, mm.
ai = área de influencia de la estación, km2.
Di = precipitación media en la estación i, mm.
A = área total de la cuenca, km2.
ANÁLISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN.
C. MÉTODO DE LAS ISOYETAS
Consiste en obtener, a partir de los datos de las estaciones
meteorológicas, las líneas que unen los puntos con igual valor
de precipitación (isoyetas). Este método, hasta donde la red de
estaciones meteorológicas lo permita, proporciona un plano
con la distribución real de la precipitación dentro de la cuenca
El valor de la precipitación media, en la cuenca, se obtendrá a
partir de la siguienteDonde:
D = altura de precipitación media, mm.
ai = área entre cada dos isoyetas, km2.
Di = promedio de precipitación entre dos
isoyetas, mm.
A = área total de la cuenca, km2.
ANÁLISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN.
C. MÉTODO DE LAS ISOYETAS
• Se necesita de un buen criterio
para el trazado de isoyetas
• Precipitación orográfica sigue
el patrón de curvas a nivel
ESCURRIMIENTO.
El escurrimiento se define como el agua proveniente de la
precipitación que circula sobre o bajo la superficie
terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser
drenada hasta la salida de la cuenca.
El agua proveniente de la precipitación que llega hasta la
superficie terrestre (una vez que una parte ha sido
interceptada y evaporada) sigue diversos caminos hasta
llegar a la salida de la cuenca. Conviene dividir estos
caminos en tres clases:
Escurrimiento superficial,
Escurrimiento sub superficial, y
Escurrimiento subterráneo.
ESCURRIMIENTO.
El flujo sobre el terreno, junto con el escurrimiento en corrientes, forma el
escurrimiento superficial.
Una parte del agua de precipitación que se infiltra escurre cerca de la superficie
del suelo y más o menos paralelamente a él. A esta parte del escurrimiento se le
llama escurrimiento subsuperficial;
la otra parte, que se infiltra hasta niveles inferiores al freático, se denomina
escurrimiento subterráneo.
a. Escurrimiento superficial o
exceso de precipitación.
b. Escurrimiento sub superficial.
c. Escurrimiento subterráneo.
ESCURRIMIENTO.
HIDROGRAMAS Y SU ANÁLISIS
Si se mide el gasto (que se define como el volumen de
escurrimiento por unidad de tiempo) que pasa de manera continua
durante todo un año por una determinada sección transversal de un
río y se grafican los valores obtenidos contra el tiempo, se
obtendría una gráfica que se denomina hidrograma.
ESCURRIMIENTO.
HIDROGRAMAS Y SU ANÁLISIS
Aunque la forma de los hidrogramas producidos por tormentas
particulares varía no sólo de una cuenca a otra sino también de tormenta a
tormenta, es posible, en general, distinguir las siguientes partes en cada
hidrograma.A: punto de levantamiento.
B: pico.
C: punto de inflexión.
D: final del escurrimiento directo.
Tp: tiempo de pico.
Tb: tiempo base.
Rama ascendente.
Rama descendente o curva de
recesión.
HIDROGRAMAS Y SU ANÁLISIS
El área bajo el hidrograma, 𝒕𝒐𝒕𝑸𝒅𝒕, es el volumen total
escurrido; el área bajo el hidrograma y arriba de la línea de
separación entre gasto base y directo,
𝒕𝒐𝒕(𝑸 − 𝑸𝒃)𝒅𝒕, es el volumen de escurrimiento directo
HIDROGRAMAS Y SU ANÁLISIS
Cierta parte de la lluvia se infiltra en el suelo y percola hasta que se
incorpora al almacenamiento a largo plazo, con lo cual contribuye al
caudal base. El caudal base es la parte del caudal que responde
lentamente a las variaciones de precipitación y mantiene los arroyos
durante los períodos secos.
CONCLUSIONES
Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño
de un sistema de abastecimiento y antes de dar cualquier paso es
necesario definir su ubicación, tipo, cantidad y calidad.
Para el diseño de un sistema de abastecimiento, es importante
seleccionar una fuente adecuada o una combinación de fuentes para
abastecer de agua en cantidad suficiente a la población
Los criterios técnico – económicos para la selección de la fuente de
abastecimiento, se refieren básicamente a aspectos técnicos,
económicos, sociales y culturales, de las cuales dependerá el futuro
del proyecto
Una cuenca es una zona de la superficie terrestre en donde las gotas
de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de
corrientes hacia un mismo punto de salida.
GRACIAS
