DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS

ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

CAPTACIONES

Ing. Longa A lvarez, Jos CAJAMARCA

Enero - 2014

Partes del sistema de agua potable

Partes DE LA CAPTACIN CON BARRAGE FIJO-FUSIBLE

CAPTACINEstructura que inicia todo sistema de abastecimiento de agua potable. Para una comunidad rural, es general que dicha captacin sea de un manantial, galera filtrante o de aguas de lluvia. Para una ciudad (>10,000 Hab) por lo general es desde un flujo superficial (ro, quebrada permanente, embalse, etc.)

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.

AGUAS METORICASLa presente gua puede obtenerse de la pagina web del CEPIS. De igual puede accederse a otra gua que complementa a la anterior, referida a las especificaciones tcnicas de dicha captacin.

AGUAS SUPERFICIALESEstas obras, en lo posible, deben evitar modificar el flujo normal del ro, se deben de controlar los efectos de la erosin y sedimentacin.

Toda toma debe contar con una rejilla y un sistema de control y regulacin. En los ros de poco tirante debe proveerse de estructuras de represamiento.

La toma de lagos y embalses debe ubicarse lo ms alejado de posible de descargas de lquidos cloacales o de otros deshechos.

CONTINUA..La estructura de captacin de un flujo superficial, es compleja, y se utiliza los principios fundamentales de la hidrulica, entre otros alcances se tiene:

Muro de encauzamiento (Max. Caudal, curva de remanso).

Barraje o azud (vertedero).

Compuerta de limpia.

Cmara de disipacin de energa (resalto hidrulico).

Bocal o bocatoma (Vertedor u orificio).Antecanal.

Vertedero lateral.

Captacin Rio Grande

Captacin Rio Grande

Captacin Rio Grande

Captacin Ronquillo

Captacin Atarjea (LIMA)

AGUAS SUBTERRANEASGALERAS FILTRANTES

Se disearan de acuerdo al corte geolgico, obtenido mediante perforaciones de prueba de acuerdo al estudio del rendimiento del acufero.

El dimetro mnimo de las tuberas a utilizarse es de 300 mm, con perforaciones de 25 mm a 50 mm espaciadas a 10 cm, a 20 cm. La velocidad mxima ser de 0.60 m/s.

Se proveer de cmaras de inspeccin espaciadas convenientemente dependiendo del dimetro de la tubera CORTE y no a mayores de 100m.

CONTINUA MANANTIALES (Puquiales o Jagueyes)

El manantial es una formacin superficial, en la que sin la intervencin del hombre, brota (alumbra) el agua de las rocas o del suelo a la tierra o dentro de una masa de agua, siendo relativamente restringido el tamao del lugar del brote.

En el desarrollo del proyecto, se deben evaluar las condicionas que conducen a la formacin del manantial:

a)Permanencia del afloramiento (caudal) del manantial.

b)Posibilidad de incrementar la produccin por trabajos

convenientes.

c)Probable descubrimiento de otros alumbramientos cercanos.

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.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.

CAPTACION

MANANTIAL 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, 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.

AFLORAMIENTO DE AGUA SUBTERRANEAS ANTES DE SER CAPTADO

Captacin Rural: Niveles C. ReboseTapa inspeccinRelleno C pobre

Dado mvil:En Captacin, Reservorios, CRP, Vlvulas de Purga

AGUA SUBTERRANEA CAPTADA CON ORIFICIOS DE INGRESO SOBRE EL NIVEL DEL AGUA

BRUADO SOBRE LA CAPTACION, PARA HACER EL MANTENIMIENTO DEL PREFILTRO

CAJA HUMEDA CON DOS ORIFICIOS DE INGRESO DE AGUA CAPTADA / TUBERIA DE REBOSE Y LIMPIEZA CANASTILLA DEINGRESO A LA CONDUCCIN.

AGUA SUBTERRANEA CAPTADA, CAJA HUMEDA ENTERRADA

Captacin con caja vlvula

Captacin sin caja vlvula

CAPTACION DEL AGUA SUBTERRANEA

A TRAVES DE POZOSEl 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, cumplen tres etapas.

Exploracin

Evaluacin

Explotacin

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

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 campoFOTOGRAFA AREA

MTODOS GEOFSICOS

Consiste en la utilizacin de mtodos tales como refraccin ssmica, resistividad elctrica y perfiles elctricosGRFICOS DE RESISTIVIDAD ELCTRICA (ohm-m).

RESULTADO BIDIMENSIONAL

DE LA PROSPECCIN ELCTRICA

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 piezomtrico 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 pozoProduccin 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.POROSIDADPorosidad 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 x Gradiente hidrulico.Debemos de entender que el gradiente obliga al agua a circular a travs del medio poroso, y, lgicamente, a mayor gradiente, circulara mayor caudal.La unidad de "K" es el de la 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 EspesorComo las unidades de la permeabilidad son (L/T) y las del espesor L, las unidades de la transmisividad sern L2/T.

TRANSMISIVIDAD

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

Figura a.- Se representa 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 conside-ramos 1 m2 de acufero libre y hacemos descender 1 metro de superficie fretica el volumen de agua que habremos extrado, ser la porosidad eficaz .COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO

COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTOA 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 aparece 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 0.01Acuferos confinados: 0.00001 a 0.000001

HIDRAULICA DE POZOSLa hidrulica de pozos, est largamente basada en la ecuacin derivada por Darcy. Con ella se pueden determinar las caractersticas de los pozos, las mismas que servirn en una fase posterior, al dimensionamiento de los mismos. FLUJO RADIAL PERMANENTE

Este tipo de flujo exige al material del acufero las siguientes condiciones: -Homogneo, compuesto por elementos de igual condicin o naturaleza -Isotrpico, presenta las mismas propiedades en todas sus direcciones Estas condiciones probablemente no se verifican en un acufero real, pero los resultados obtenidos de su aplicacin suelen ser suficientemente aproximados (DUPUIT).

CONTINUA..FLUJO RADIAL NO PERMANENTE HACIA UN POZO

Cuando se bombea un pozo que est en toda la extensin del acufero, la influencia del mismo se extiende a lo largo del tiempo, pues se producen los abatimientos que suponen una declinacin constante de la altura de carga, esta situacin puede prolongarse un tiempo indefinido pues se seguirn observando abatimientos, aun cuando el caudal de bombeo se mantenga constante; esto situacin da origen a que aparezcan flujos de tipo no permanente.

Cuando ocurre un flujo de este tipo, existen mtodos mediante los cuales, podemos extraer las caractersticas del acufero del cual se est bombeando. Se estudiara el METODO DE THEISS.

Este tipo de flujo esta sujeta a las siguientes suposiciones bsicas:

-El acufero es homogneo e isotrpico -El acufero se extiende hasta el infinito -El pozo de bombeo penetra en el acufero en todo su espesor -Se bombea con un caudal constante -El abastecimiento es mnimo comparado con el espesor saturado -El agua es tomada del almacenamiento en forma instantnea

PRUEBAS DE EQUILIBRIOCon 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.

POZO EN ACUFERO CONFINADO

POZO EN ACUFERO NO CONFINADO

METODO DE THEISSEl coeficiente de almacenamiento es una de las variables ms importantes tomadas en cuenta con la ecuacin de Theiss. Donde:H0- h = Abatimiento en el radio r del pozo Q = Caudal T = Transmisividad r = Radio al pozo de observacin S= Coeficiente de almacenamiento (Sv para acuferos no confinados )t = Tiempo desde el inicio del bombeo

La anterior ecuacin no se resuelve fcilmente por lo que Theiss introdujo una manera mediante la cual, la ecuacin podra ser resuelta.El limite inferior es dado por: u= r2.S / 4.T.t (adimensional) y el abatimiento puede ser resuelto mediante una serie infinita:

CONTINUA.Se puede encontrar una solucin grfica mediante curvas tipo para encontrar coeficiente de almacenamiento (S) y transmisividad (T) de manera que:

Los datos de la prueba del acufero se plotean en un papel log-log donde se dibuja el abatimiento h0-h en funcin de r2/t. El grfico (h0-h en funcin de r2/t) de composicin se superpone al grfico W(u) versus u, de modo que los ejes de ambos grficos se mantengan paralelas.Se selecciona un punto donde los grficos coinciden, como se muestran en la siguiente y las coordenadas se reemplazan en las ecuaciones siguientes:

SUPERPOSICION DE LAS GRAFICAS, METODO DE THIESCURVA DE PRUEBACURVA PATRON

EXPLOTACIONEn 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.

POZOS EXCAVADOSEl dimetro mnimo de excavacin es 1.50 m.

En caso de requerirse revestimiento se harn perforaciones en la zona situada en estrato permeable. Se recomienda que sean de 25 a 50 mm de dimetro espaciadas a 20 cm de centro a centro.

Cuando se instale un bomba dentro del pozo ser necesario proteger el agua de la contaminacin mediante una plataforma de operacin con una altura superior al nivel

POZOS PROFUNDOSSu ubicacin se fundamenta en los estudios e investigacin de las aguas subterrneas.

La construccin debe evitar el arenamiento futuro del pozo.

Todo pozo deber ser aforado despus de un bombeo contino mnimo de 72 horas.

El rendimiento definitivo se obtiene de la evaluacin de los pozos de prueba.

GRACIAS..

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