sesiÓn+04

ING . MANUEL ANTONIO MACHADO D IEZ

INGENIERÍA SANITARIA

SESIÓN 04

• Fuentes de abastecimiento alternativas técnico-económicas en la determinación de la fuente.• Estudio de las cuenca. Precipitaciones,

intensidad, duración, frecuencias. Pluviómetros. Escorrentía. Aforos, captaciones en lagos, represas y ríos. Ejecución de diagramas de descarga de un río.

FUENTES DE ABASTECIMIENTO

• Las fuentes de agua constituyen el elemento primordial en el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable 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: los de gravedad y los de bombeo.

• En los sistemas de agua potable 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. En los sistemas de agua potable por bombeo, la fuente de agua se encuentra localizada en elevaciones inferiores a las poblaciones de consumo, siendo necesario transportar el agua mediante sistemas de bombeo a reservorios de almacenamiento ubicados en elevaciones superiores al centro poblado.


• Para el diseño de un sistema de abastecimiento de agua potable, es importante seleccionar una fuente adecuada o una combinación de fuentes para abastecer de agua en cantidad suficiente a la población. De acuerdo a la forma de abastecimiento se consideran tres tipos principales de fuente: aguas de lluvia, aguas superficiales y aguas subterráneas


TIPOS DE FUENTES DE AGUA

• 1.-Agua de Lluvia

• La captación de agua de lluvia 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 ello se utilizan los techos de las casas o algunas superficies impermeables para captar el agua y conducirla a sistemas cuya capacidad depende del gasto requerido y del régimen pluviómetro.


• 2.-Aguas Superficiales

• Las aguas superficiales están constituidas por los arroyos, ríos, 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 necesario para su utilización, contar con información detallada y completa que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y calidad 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).

ALTERNATIVAS TÉCNICO - ECONÓMICAS EN LA DETERMINACIÓN DE LA FUENTE

• SELECCION DEL TIPO DE FUENTE

• En la mayoría de poblaciones rurales de nuestro país, existen dos tipos de fuentes de agua: superficial y (manantial) subterránea. La primera representada por las quebradas, riachuelos y ríos, que generalmente conduce agua contaminada con la presencia de sedimentos y residuos orgánicos; siendo necesario plantear para su captación un sistema de tratamiento, que implica la construcción de obras civiles como bocatomas, desarenadores, cámaras de filtros e instalación de sistemas de cloración.


• SELECCION DEL TIPO DE FUENTE• Plantear dicha alternativa representa un costo

elevado y en la mayoría de centros poblados rurales del país esta propuesta no tiene resultados satisfactorios debido principalmente al mantenimiento que requiere el sistema. • La segunda alternativa representada por

manantiales localizados en la parte alta de la población, generalmente tienen agua de buena calidad, y es el tipo de fuente considerada en los sistemas de abastecimiento de agua potable por gravedad sin tratamiento.


• SELECCION DEL TIPO DE FUENTE:• Se puede definir un manantial como un lugar

donde se produce un afloramiento natural de agua subterránea. El agua del manantial fluye por lo general a través de una formación de estratos con grava, arena o roca fisurada. En los lugares donde existen estratos impermeables, estos bloquean el flujo subterráneo del agua y permiten que aflore a la superficie.

• El agua del manantial es pura y, por lo general, se la puede usar sin tratamiento, a condición de que el manantial este adecuadamente protegido con una estructura que impida la contaminación del agua. Se debe asegurar que el agua provenga realmente de un acuífero y que no se trate de agua de un arroyo que se ha sumergido a corta distancia.


• En el país, el Ministerio de Salud, clasifica los manantiales por su ubicación y su afloramiento. De acuerdo a lo primero, pueden ser de ladera o de fondo; y de acuerdo a lo segundo, de afloramiento concentrado o difuso. • Los manantiales generalmente se localizan en las

laderas de las colinas y los valles ribereños. En los de ladera el agua aflora en forma horizontal; mientras que en los de fondo el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie.


• Para ambos casos, si el afloramiento es por un solo punto y sobre un área pequeña, es un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos en un área mayor, es un manantial difuso.


CANTIDAD DE AGUA

• La mayoría de sistemas de abastecimientos de agua potable en las poblaciones rurales de nuestro país, tiene como fuente los manantiales. La carencia de registros hidrológicos nos obliga a realizar una concienzuda investigación de las fuentes. Lo ideal seria que los aforos se efectuaran en la temporada critica de rendimientos que corresponde a los meses de estiaje y lluvias, con la finalidad de conocer los caudales mínimos y máximos. El valor del caudal mínimo debe ser mayor que el consumo máximo diario (Qmd) con la finalidad de cubrir la demanda de agua de la población futura.

CANTIDAD DE AGUA

• Se recomienda preguntar a los pobladores de mayor edad acerca del comportamiento y las variaciones de caudal que pueden existir en el manantial, ya que ellos conocen con mayor certeza si la fuente de agua se seca o no. Existen varios métodos para determinar el caudal de agua y los mas utilizados en los proyectos de abastecimiento de agua potable en zonas rurales, son los métodos volumétrico y de velocidad-area. • El primero es utilizado para calcular caudales

hasta un máximo de 10 11% y el segundo para caudales mayores a 10 11s.

CALIDAD DEL AGUA

• El agua potable es aquella que al consumirla no daña el organismo del ser humano ni daña los materiales a ser usados en la construcción del sistema.

• Los requerimientos básicos para que el agua sea potable, son'':

• - Estar libre de organismos patógenos causantes de enfermedades.• - No contener compuestos que tengan un efecto adverso, agudo o

crónico sobre la salud humana.• - Ser aceptablemente clara (por ejemplo: baja turbidez, poco color,

etc.).• - No salina. • - Que no contenga compuestos que causen sabor y olor

desagradables.• - Que no cause corrosión o incrustaciones en el sistema de

abastecimiento de agua, y que no manche la ropa lavada con ella.

CALIDAD DE AGUA

• En cada país existen reglamentos en los que se consideran los limites de tolerancia en los requisitos que debe satisfacer una fuente.

• Con la finalidad de conocer la calidad de agua de la fuente que se pretende utilizar se deben realizar los análisis físico, químico y bacteriológico, siendo necesario tomar muestras de agua siguiendo las instrucciones que se dan a continuación.

ASPECTOS LEGALES

• La fuente de agua seleccionada puede estar ubicada en la propiedad de una persona o pertenecer a otro pueblo siendo necesario resolver los derechos del agua.

• A pesar de no ser responsabilidad del investigador, es importante asegurarse que las disputas se resuelvan satisfactoriamente. El Ministerio de Salud exige para aprobar los proyectos un certificado de la comunidad o de las personas afectadas como una constancia de que la fuente no tiene problema legal

• Diagnóstico del Sistema de Agua potable

• Enfoque de las alternativas técnicas.

• Costos de las alternativas

• Evaluación Técnico-Económico y Social de las alternativas.

• Elección de la alternativa Técnico-Económico-Social ,rentable.


ESTUDIO DE LAS CUENCAS


• Es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso de agua


Una cuenca tiene su superficie (km²) perfectamente definida por su contorno y viene a ser el área drenada comprendida desde la línea de división de las aguas (divisorium acuarium), hasta el punto convenido (Área de estación de aforos, desembocadura etc.).


• Para la determinación del área de la cuenca es necesario previamente delimitar la cuenca, trazando la línea divisoria, esta línea tiene las siguientes particularidades:

• Debe seguir las altas cumbres.• Debe cortar ortogonalmente a las curvas de

nivel.• No debe cortar ninguno de los cauces de la red

de drenaje.


• Clasificación de las cuencas:

- Cuenca Grande: Es aquella en la que predominan las características fisiográficas de la misma( Pendiente, elevación, área, cauce). Son aquellas cuya área es mayor a 250Km2.

- Cuenca Pequeña: Corresponde a las lluvias de fuerte intensidad y pequeña duración y en las que sus características físicas( tipo de suelo y vegetación) son mas importantes que las del cauce. Son aquellas cuya área es menor o igual a 250Km2.

ESTUDIO DE LA S CUENCAS

• Partes de una cuenca: Tiene tres partes:

- Cuenca alta: Corresponde a la zona donde nace el río, el cual se desplaza por una gran pendiente

- Cuenca media: Corresponde a la parte de la cuenca en la cual hay un equilibrio entre el material sólido que llega traído por la corriente y el material que sale. Visiblemente no hay erosión.

- Cuenca baja: Es la parte de la cuenca en la cual el material extraído de la parte alta se deposita en lo que se llama cono de deyección.

ESTUDIO DE LA S CUENCAS

• Tipos de cuencas:

- Exorreicas: drenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudamérica.

- Endorreicas: desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del río Desaguadero, en Bolivia.

- Arreicas: las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta patagónica central pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia. También son frecuentes en áreas del desierto del Sahara y en muchas otras partes.

PRECIPITACIONES

PRECIPITACIONES

• Es toda forma de humedad que originándose en las nubes, llega hasta la superficie del suelo; de acuerdo a esta definición la precipitación puede ser en forma de:

- Lluvias. - Granizadas. - Garúas. - Nevadas.

PRECIPITACIONES

PRECIPITACIONES

Origen de las precipitaciones:

• Una nube esta constituida por pequeñísimas gotas de agua, que se mantienen estables gracias a su pequeño tamaño• Características de las gotitas de las nubes: - Diámetro aproximado de las gotitas 0.02mm. - Espaciamiento de gotitas 1 mm. - Masa 0.5 a 1 gr/m3

PRECIPITACIONES

• Por el contrario, las gotas de lluvia, tienen un diámetro de 0.5 a 2 mm, es decir, un aumento en el volumen de las gotitas de las nubes de 100.000 a 1.000.000 de veces. En este sorprendente aumento, está el origen de las precipitaciones y asume principalmente gracias a dos fenómenos:

- Unión entre numerosas gotitas - Engrosamiento de una gota por la fusión y condensación

PRECIPITACIONES

Forma de precipitación:

- La lluvia (del lat. pluvĭa)

• Fenómeno atmosférico de tipo acuático que se inicia con la condensación del vapor de agua contenido en las nubes.

• Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial, la lluvia es la precipitación de partículas líquidas de agua, de diámetro mayor de 0,5 mm o de gotas menores, pero muy dispersas. Si no alcanza la superficie terrestre no sería lluvia, sino virga, y, si el diámetro es menor, sería llovizna.1 La lluvia se mide en milímetros.

• La lluvia depende de tres factores: la presión atmosférica, la temperatura y, especialmente, la humedad atmosférica.

PRECIPITACIONES

- Llovizna: Pequeñas gotas de agua, cuyo diámetro varía entre 0.1 a 0.5 mm, las cuales tienen velocidades muy bajas - Escarcha: Capa de hielo por lo general transparente y suave pero que usualmente de forma compleja. - Nieve: Compuesta de cristales de hielo blanco translúcidos - Granizo: Precipitación en forma de bolas o formas irregulares de hielo, que se producen por nubes convectivas, pueden ser esféricos, cónicos o de forma irregular, su diámetro varía entre 5 y 125 mm.

PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL

PRECIPITACIONES

• Clasificación de la precipitación: - Precipitación por convección - Precipitación Orográfica. - Precipitación Ciclónica

PRECIPITACIONES

• Precipitación por convección:

Suelen producirse en zonas llanas o con pequeñas irregularidades topográficas, donde puede presentarse un ascenso de aire húmedo y cálido dando origen a nubes del tipo de cumulonimbos con lluvias intensas.

PRECIPITACIONES

• Precipitación Orográfica:

Es la producida por el ascenso de una columna de aire húmedo al encontrarse con un obstáculo orográfico, como una montaña.1 En su ascenso el aire se enfría hasta alcanzar el punto de saturación del vapor de agua, y una humedad relativa del 100%, que origina la lluvia

http://es.wikipedia.org/wiki/Lluvia_orogr%C3%A1fica#cite_note-Whiteman-1

PRECIPITACIONES

• Precipitación por ciclónica:

Se producen cuando dos masas de aire de características diferentes se ponen en contacto (frente) y el desplazamiento de una provoca la ascensión frontal de la otra. A lo largo del frente, el aire cálido y húmedo se eleva por encima del aire frío, engendrando nubes y lluvias; a lo largo del frente frío, la masa de aire cálido es levantada por el impulso del aire frío, de lo que se siguen intensas lluvias y chubascos tormentosos separados por claros. Este tipo de lluvias es característico de los países templados

INTENSIDAD – DURACIÓN FRECUENCIA

INTENCIDAD

• Es la cantidad de agua caída por unidad de tiempo. Lo que interesa particularmente de cada tormenta, es la intensidad máxima (i Max) que se haya presentado, ella es la altura de agua caída por unidad de tiempo.

imáx = intensidad máxima (mm/hr)

P= Precipitación en altura de agua (mm)

Td= Tiempo (hr)

DURACION

• Corresponde al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin de una tormenta.

• Es importante señalar, que cuando sólo se dispone de un pluviómetro en una estación, es evidente que, en general, sólo se podrá conocer la intensidad media en 24 horas. Como se comprenderá, esta información puede inducir a grandes errores por defecto, por cuanto las lluvias de corta duración son, en general, las más intensas.

Es natural entonces que las determinaciones de intensidades de lluvia se hagan a partir de los registros proporcionados por los pluviógrafos.

FRECUENCIA Y PERIODO DE RETORNO

• Frecuencia (f): Es el numero de veces que se repite una tormenta de características de intensidad y duración definidas en un periodo de tiempo más o menos largo, tomando generalmente en años• Periodo de retorno (T): Intervalo de tiempo

promedio, dentro del cual un evento de magnitud x, puede ser igualado o excedido, por lo menos una vez en promedio.

T=

INTENSIDAD – DURACION FRECUENCIA

• Las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF) son curvas que resultan de unir los puntos representativos de la intensidad media en intervalos de diferente duración, y correspondientes todos ellos a una misma frecuencia o período de retorno.

Junto con la definición de las curvas, surgen otros elementos a considerar, como son la intensidad de precipitación, la frecuencia o la probabilidad de excedencia de un determinado evento. Por ello, es de suma importancia tener claro el concepto de cada una de estas variables, de modo de tener una visión más clara de las curvas Intensidad-Duración-Frecuencia.

INTENSIDAD – DURACION FRECUENCIA

• Las curvas intensidad-duración-periodo de retorno, son complicadas de obtener, por la gran cantidad de información que hay que procesar, pero son sumamente útiles para la obtención de la intensidad máxima, para una duración y un periodo de retorno dado.

• En este sentido, se debe destacar que la intensidad, según Chow (1994), se define como la tasa temporal de precipitación, o sea, la profundidad por unidad de tiempo (mm/hr), y ésta se expresa como:

PLUVIOMETRO

PLUVIOMETRO

• El pluviómetro es un instrumento que se emplea en las estaciones meteorológicas para la recogida y medición de la precipitación. Se usa para medir la cantidad de precipitaciones caídas en un lugar durante un tiempo determinado.

• La cantidad de agua caída se expresa en milímetros de altura. El diseño básico de un pluviómetro consiste en una abertura superior (de área conocida) de entrada de agua al recipiente, que luego es dirigida a través de un embudo hacia un colector donde se recoge y puede medirse visualmente con una regla graduada o mediante el peso del agua depositada. Normalmente la lectura se realiza cada 12 horas.

PLUVIOMETRO

• Un litro caído en un metro cuadrado alcanzaría una altura de 1 milímetro. Para la medida de nieve se considera que el espesor de nieve equivale aproximadamente a diez veces el equivalente de agua.

• El pluviómetro consiste en un recipiente cilíndrico de lamina, de aproximadamente 20 cm de diámetro y de 60 cm de alto.

PLUVIOMETRO

Pluviómetros ( Casero, metálico y plástico)

ESCORRENTIA

ESCORRENTIA O ESCURRIMIENTO

• Es una de las componentes del ciclo hidrológico, y 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 ( Estación de aforo).

• Comportamiento de la precipitación al llegar al suelo: - Una parte de la precipitación se infiltra, satura al suela y recarga el agua subterránea. - Otra parte, tiende a escurrir sobre la superficie terrestre ( superficie saturada) - Una pequeña porción se pierde


• Clasificación del escurrimiento:

- Escurrimiento superficial (Q) - Escurrimiento subsuperficial (Qs) - Escurrimiento subterráneo (Qg)


• Escurrimiento superficial (Q):

Es aquel que proviene de la precipitación no infiltrada y que escurre sobre la superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existirá durante la tormenta e inmediatamente después de que esta termine.La parte de la precipitación total que da lugar a este escurrimiento, se denomina precipitación en exceso (hp).


• Escurrimiento subsuperficial (Qs):

Es aquel que proviene de una parte de la precipitación infiltrada. El efecto sobre el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como escurrimiento subterráneo.


• Escurrimiento subterráneo (Qg):

Es aquel que proviene del agua subterránea, la cual es recargada por la parte de la precipitación que se infiltra, una vez que el suelo se ha saturado.


Con base en la forma en que contribuyen al escurrimiento total, el escurrimiento, se clasifica en escurrimiento directo, cuando su efecto es inmediato, y escurrimiento base si su efecto es retardado.


Relación entre la precipitación y el escurrimiento total

5% 95%

95%

5%

ANALIZAR

AFORO

• Es la medición del escurrimiento, significa determinar a través de mediciones, el caudal que pasa por una sección dada y en un momento dado.

• Existen diversos métodos, para la determinar el caudal de una corriente de agua, cada uno aplicable a diversas condiciones. Estos son:

• Aforo con flotadores• Aforo volumétricos• Aforos químicos• Aforos con vertederos• Aforos con correntómetro o molinete

CAPTACIONES EN LAGOS, REPRESAS Y RÍOS.


• Se entienden por captación el punto o puntos de origen de las aguas para un abastecimiento, así como las obras de diferente naturaleza que deben realizarse para su recogida. • Las captaciones de aguas superficiales pueden

ser: - De agua de lluvia (pluviales) • - De arroyos y ríos – - De lagos o de embalses


• Desde la antigüedad, el hombre aprovecha el agua superficial como primera fuente de abastecimiento, consumo e incluso vía de transporte, estableciéndose en los valles de los ríos las primeras civilizaciones.


• Las captaciones se realizarán por medio de obras de toma en el cauce o en las márgenes de las corrientes de agua, previo estudio hidrológico que justifique los caudales utilizables en el río o el arroyo.

• El estudio hidrológico debe ser completo, comprendiendo la pluviometría, realización de aforos, coeficientes de escorrentía, regulación del río, garantías y cualquier otro estudio q e fuera necesario.


• Se realizará un estudio completo de las captaciones, de forma que se garantice su explotación en lo que se refiere a máximas avenidas, máximo estiaje, erosión, sedimentación, entrada de cuerpos extraños, facilidad de explotación y limpieza, garantía de acceso, desagüe, garantía de suministro de energía eléctrica, etc.

EJECUCIÓN DE DIAGRAMAS DE DESCARGA DE UN RÍO

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