calidad de agua y agua subterranea
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4. CALIDAD DE AGUA
Para los proyectos es importante determinar la calidad del agua que se utilizará para el
proyecto, así como identificar las fuentes de contaminación. Además se deberá conocer la
calidad de agua que el proyecto devuelve al sistema, cumpliendo la reglamentación relacionada
con la finalidad de evitar contaminar el medioambiente.
La calidad del agua se define en relación con su uso o actividad a la que se le destine. Se definen
los parámetros para cada caso y se comparan con los indicadores de calidad. Todo ello bajo el
marco de las Normas de Calidad. En el cuadro 1 se muestra la clasificación del agua según la ley
General de Aguas.
Cuadro 1. CLASIFICACIÓN DEL AGUA (*)
CLASIFICACIÓN
DEFINICIÓN
I.
Aguas de abastecimiento doméstico con simple desinfección.
II.
Aguas de abastecimiento doméstico con tratamiento equivalente a procesos
combinados de mezcla y coagulación, sedimentación, filtración y cloración,
aprobados por el Ministerio de Salud.
III.
Aguas para riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales.
IV.
Aguas de zonas recreativas de contacto primario (baños similares).
V.
Aguas de zonas de pesca de mariscos bivalvos.
VI.
Aguas de zonas de preservación de Fauna Acuática y Pesca Recreativa o
Comercial.
* Según Ley General de Aguas, D.L. 17752 Art. 81º
4.1 Calidad de agua municipal
Para el uso de la ciudad es importante conocer los siguientes parámetros:
- Concentración de ciertos iones
- Solidos totales disueltos (STD)
- Dureza total (DT)
- Sabor, color, olor
- pH
- DBO: Demanda Bioquímica de Oxígeno: Oxígeno consumido por los microorganismos en
la degradación bioquímica de la materia orgánica.
- OD: Oxigeno disuelto
- Patógenos dañinos: NMP: N° más probable de bacterias coliformes
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- Elementos tóxicos
- Presencia de carcinógenos
En el cuadro 2 se muestra los criterios establecidos por la OMS para el agua potable de acuerdo
a la siguiente clasificación de parámetros (Fuente: CETESB, 1990)
.
Cuadro 2. Síntesis de los patrones de potabilidad de la Organización Mundial de la Salud
Según la legislación de aguas en el Perú la calidad se establece según los Estándares de Calidad
Ambiental, ECA, mostrados en el cuadro 3.
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Cuadro 3. Estándares de calidad ambiental vigentes (D.S. 007-83-SA, modificado
por D.S.003-2003-SA):
Parámetro I II III IV V VI
Coliformes
Totales8,8 20 000 5 000 5 000 1 000 20 000
Coliformes
Fecales0 4 000 1 000 1 000 200 4 000
(*) Entendidos como valor máximo en 80% de 5 o más muestras mensuales
Parámetro I II III IV V VI
D.B.O. 5 5 15 10 10 10
O.D. 3 3 3 3 5 4
I. LÍMITES BACTERIOLÓGICOS (*)(Valores en N.M.P. / 100 mL)
Usos
II. LÍMITES DE DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO)
5 DÍAS, 20ºC Y DE OXÍGENO DISUELTO (O.D.)Valores en mg/L
Usos
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Parámetro I II III V VI
Selenio 10 10 50 5 10
Mercurio 2 2 10 0,1 0,2
PCB 1 1 1+ 2 2
Esteres Estalatos 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Cadmio 10 10 50 0,2 4
Cromo 50 50 1 000 50 50
Niquel 2 2 1+ 2 **
Cobre 1 000 1 000 500 10 *
Plomo 50 50 100 10 30
Zinc 5 000 5 000 25 000 20 **
Cianuros (CN) * Cianuro
WAD
80
Cianuro
WAD
80
Cianuro
WAD
100
Cianuro
Libre
22
Cianuro
Libre
22
Fenoles 0,5 1 1+ 1 100
Sulfuros 1 2 1+ 2 2
Arsénico 100 100 200 10 50
Nitratos (N) 10 10 100 N.A. N.A.
NOTAS:
* Pruebas de 96 horas LC50 multiplicadas por 0.1
** Pruebas de 96 horas multiplicadas por 0.02
LC50 Dosis Letal para provocar 50% de muertes o inmovilización de la especie del BIO ENSAYO.
1+ Valores a ser determinados. En caso de sospechar su presencia se aplicará los valores de la
columna V provisionalmente.
(2) Para el uso de aguas IV no es aplicable.
N.A. Valor no aplicable.
PESTICIDAS: Para cada uso se aplicará como límite, los criterios de calidad de aguas establecidas por el
Environmental Protection Agency de los Estados Unidos de Norteamérica.
* Parámetro modificado mediante D.S. Nº003-2003-SA (29.01.03)
III. LÍMITES DE SUSTANCIAS POTENCIALMENTE PELIGROSAS(Valores en mg/m3)
Usos
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4.2 Calidad de agua para la agricultura
Para el uso de agua para la agricultura es importante conocer los siguients parámetros:
- Concentración de iones inorgánicos (sales)
Donde: STD: Solidos totales disueltos EC: Electroconductividad
Concentración de boro Dureza total, DT:
- Donde Ca y Mg se miden en mg/l - Concentración de sodio (RAS)
Donde Na, Ca y Mg se miden en meq/l , que se calcula con:
Donde p.eq. Es el cociente entre el peso atómico y la valencia
De acuerdo a la salinidad y a la alcalinidad según se muestra en la figura 1.
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Figura 1. Clasificación de agua para irrigación
4.3 Calidad de agua para peces
- OD - Temperatura - Concentración de nitrógeno - Sedimentos en suspensión
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5. AGUA SUBTERRÁNEA
5.1 Definiciones
El agua que ocupa todos los vacíos dentro de un estrato geológico (debajo del nivel freático)
mayormente es producto de la percolación. El incremento se produce por la recarga que ocurre
principalmente en época de lluvias
a) Acuíferos: formación geológica,
que contiene agua subterránea, y
que permite su flujo.
b) Intersticios: tamaño, forma
irregularidad y distribución.
c) Porosidad, α (%):
V
W100
Donde:
V: Volumen de la roca o suelo.
W: volumen del agua requerida
para saturar todos los vacíos. Material α (%)
Suelos 50-60
Arena uniforme 30-40
Pizarra 1-10
Arcilla 45-55
Grava 30-40
Caliza 1-10
Limo 40-50
Arenisca 10-20
Zona de
aireación Humedad del
suelo
Agua
suspendida
redes de raíces de plantas
espesor de 1m a 5 m
Agua pedicular y
de gravedad
zona intermedia.
espesor zonas húmedas :nula
espesor zonas áridas :muy grande
Agua Capilar espesor de 0.5 m a > 2 m
(gradación gruesa , gradación fina)
Zona de
Saturación
Agua
Subterránea
espesor de cientos de metros
d) Rendimiento Específico, Sy (%): Volumen que puede se drenado por unidad de volumen
total, esta en función de los granos, forma y distribución de los poros y compactación del
estrato.
e) Retención específica,Sr(%):Volumen que queda retenido en los poros después del drenado.
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Se cumple: α = Sy + Sr
f) Entradas y salidas:
g) Clasificación de acuíferos
- Confinado o artesiano (con presión mayor que la presión atmosférica)
- Libre o no confinado
h) Cambio de volumen en el
acuífero
- No confinado: Volumen entre el
nivel inicial y final por Sy.
- Confinado sigue saturado, por
tanto el cambio de volumen
implica un cambio de presión
(coeficiente de almacenaje).
i) Coeficiente de almacenaje, S
Volumen de agua que un acuífero
toma o deja del almacenamiento
por unidad de área unitaria de superficie del acuífero por unidad de carga. En el acuífero
equivale al rendimiento específico.
RECARGA
Natural Artificial
ACUÍFERO
(Recipiente de agua
subterránea)
DESCARGA
Pozos
Flujo Base
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5.2 Movimiento del agua subterránea
5.2.1 Ley de Darcy
Ley de Darcy (1856) Acuíferos: medios porosos naturales.
5.2.2 Coeficiente de permeabilidad
Es función de las propiedades del medio poroso y del fluido:
K = función (μ,γ,d) Donde: μ: viscosidad dinámica del agua.
γ: peso específico del agua.
d: diámetro del grano representativo
dimensionalmente:
kcdK
2
k : permeabilidad intrínseca del medio. Por tanto: dL
dhkAQ
La permeabilidad intrínseca k, varia con la temperatura, puesto que tanto el peso especifico del
agua si como la viscosidad dinámica varían con la temperatura.
5.2.3 Determinación de la permeabilidad
a) Fórmulas y tablas: Ejemplo: Fair y Hatch (material gravoso)
2
3
2
100
1
1
d
Pm
k
donde:
d: media geométrica de la abertura entre dos mallas adyacentes
m: factor de compacidad con valores del oren de 5
P: % material retenido entre dos mallas adyacentes
α: porosidad
θ: factor de forma de los granos (igual a 6 para granos redondeados y 7,7 para granos
angulosos).
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b) Medidas de Laboratorio
Muestras Inalteradas:
Material compactado:
c) Medidas de Campo
Mediante pozos de poca profundidad, trazadores, y con pruebas de bombeo
5.3 Medidas de campo
i) Pozos poco profundos: En un suelo homogéneo: ecuación de Ernst:
Además puede requerir
realizar pruebas in-situ
Taludes de corte
Estabilidad de taludes
Terraplén
Presas
Filtros
Además se mide la velocidad de saturación,
el grado de saturación y su influencia sobre
permeabilidad intrínseca
K está en m/día
Todas las otras variables
están en cm ó segundos
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ii) Pruebas de bombeo: Su objetivo es determinar las propiedades del acuífero y sus fronteras,
así como el efecto de bombeo futuro. Los procedimientos varían si la prueba es con flujo
establecido o es impermanente y también si el acuífero es confinado o libre.
I. FLUJO ESTABLECIDO
i) Acuífero Confinado:
w
w
rrLn
hhKbQ
/2
0
0
Transmisibilidad : T = Kb
Y sino esta limitado:
Ecuación de Thiem:
w
w
rrLn
hhKbQ
/2
Utilizando 2 pozos de observación:
12
12
2
/
hhb
rrLnQK
Flujo radial establecido de un acuífero confinado a un pozo
ii) Acuífero Libre (no confinado):
w
w
rrLn
hhKQ
/0
22
0
Flujo radial establecido de un acuífero no confinado a un pozo
Acuífero
confinado b
2rw
Q Superficie del
terreno
hw
h
r
h0
Manto
Impermeabl
e
r0 Manto Impermeable
Curva de
abatimiento
Superficie piezométrica
original
hw
h0
Q
r0
h
r
2rw
Superficie del terreno
Manto Impermeable
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II) FLUJO RADIAL NO ESTABLECIDO ACUIFERO CONFINADO:
La ecuación diferencial correspondiente es: t
h
T
S
r
h
rr
h
12
2
donde: S= coeficiente de almacenaje,
T= Coeficiente de transmisibilidad, T= Kb, donde b es el espesor del acuífero y
t el tiempo desde que se inicia el bombeo
Solución de Theis: h=h0 para t =t0, h=h para t≥0 a una distancia r→ ∞
u
u
u
due
T
Qhh
40 donde
Tt
Sru
4
2
La solución permite expresar:
)u(WT
Qhh
40 donde W(u) es la función de pozo que se puede aproximar por:
( ) ( )
u 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0,219 0,049 0,013 0,0038 0,00114 0,00036 0,00012 0,000038 0,000012
10 -1 1,82 1,22 0,91 0,70 0,56 0,45 0,37 0,31 0,26
10 -2 4,04 3,35 2,96 2,68 2,48 2,30 2,15 2,03 1,92
10 -3 6,33 5,64 5,23 4,95 4,73 4,54 4,39 4,26 4,14
10 -4 8,63 7,94 7,53 7,25 7,02 6,84 6,69 6,55 6,44
10 -5 10,95 10,24 9,84 9,55 9,33 9,14 8,99 8,86 8,74
10 -6 13,24 12,55 12,14 11,85 11,63 11,45 11,29 11,16 11,04
10 -7 15,54 14,85 14,44 14,15 13,93 13,75 13,59 13,46 13,34
10 -8 17,84 17,15 16,74 16,46 16,23 16,05 15,90 15,76 15,65
10 -9 20,15 19,45 19,05 18,76 18,54 18,35 18,20 18,07 17,95
10 -10 22,45 21,76 21,35 21,06 20,84 20,66 20,50 20,37 20,25
10 -11 24,75 24,06 23,65 23,36 23,14 22,96 22,81 22,67 22,55
10 -12 27,05 26,36 25,96 25,67 25,44 25,26 25,11 24,97 24,86
10 -13 29,36 28,66 28,26 27,97 27,75 27,56 27,41 27,28 27,16
10 -14 31,66 30,97 30,56 30,27 30,05 29,87 29,71 29,58 29,46
10 -15 33,96 33,27 32,86 32,58 32,35 32,17 32,02 31,88 31,76
La ecuación se puede escribir:
)u(WT
Q,hh
9110
(1)
con Tt
Sr,u
2
57150 (2)
con las siguientes unidades:
h0, hw abatimiento, m
Q gasto, m3/s
T transmisibilidad, m3/día/m
W(u) función de pozo
s coeficiente de almacenaje,
adimensional.
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t tiempo de bombeo, día
Teniendo la gráfica de W(u) vs u en papel logarítmico, curva típica, se traza a la misma escala en
papel logarítmico h0 – h vs r2/t. Superponiendo ambas gráficas para lograr la coincidencia de
las dos curvas se determina las coordenadas de un punto común y sustituyendo la ecuación 1 en
la ecuación 2 se obtiene S y T.
Las medidas de campo son: h0-h, t y Q
u
1E-15
2,00E-15
3E-15
4,00E-15
5E-15
6,00E-15
7E-15
8,00E-15
9E-15
1E-14
2,00E-14
3E-14
4,00E-14
5E-14
6,00E-14
7E-14
8,00E-14
9E-14
1,00E-13
2,00E-13
3,00E-13
4,00E-13
5,00E-13
6,00E-13
7,00E-13
8,00E-13
9,00E-13
1,00E-12
2,00E-12
3,00E-12
4,00E-12
5,00E-12
6,00E-12
7,00E-12
8,00E-12
9,00E-12
1,00E-11
2,00E-11
3,00E-11
4,00E-11
5,00E-11
6,00E-11
7,00E-11
8,00E-11
9,00E-11
1,00E-10
2,00E-10
3,00E-10
4,00E-10
5,00E-10
0,01
0,10
1,00
10,00
100,00
1,E-09 1,E-08 1,E-07 1,E-06 1,E-05 1,E-04
w(u
)
u
0,01
0,10
1,00
10,00
100,00
1,E-14 1,E-13 1,E-12 1,E-11 1,E-10 1,E-09
w(u
)
u
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
1,E-04 1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01
w(u
)
u
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5.3.1 Aproximación logarítmica de Jacob
Este análisis es aplicable para valores de u < 0.03, aunque a veces basta con que u < 0.1. Los
valores mayores de u se obtienen en puntos alejados del pozo (r elevados) y/o en los primeros
momentos del bombeo (t pequeños).
Graficando en papel semilogaritmico el abatimiento s vs el tiempo transcurrido desde que
arrancó la bomba se puede determinar la transmisibilidad T y el coeficiente de almacenaje S con
las siguientes ecuaciones:
Donde T es la transmisibilidad en gpd/pie
Q, es el gasto en gpm
Δs es el abatimiento para un ciclo logarítmico
t0 es el intercepto para s=0 en días
r la distancia al pozo de observación en pies.
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Ejemplo: Determinar T y S, si los abatimientos se midieron en un pozo de observación situado a
400 pies de otro pozo que se bombeó a 500 gpm.
( )
( ) ( )
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Notas de clase, MSD 16
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Notas de clase, MSD 17
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Notas de clase, MSD 18
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Notas de clase, MSD 19