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DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOSDEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS
ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADOABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
CAPTACIONESCAPTACIONES
Ing.º Longa A Álvarez, José
CAJAMARCA
AGOSTO - 2011
CAPTACION
R
LC
LD
COMUNIDAD
CRP T-7
VALVULA DE PURGA
VALVULA DE PURGA
TUBO ROMPE CARGA
VC
Partes del sistema de agua potable
CAPTACIÓN
Estructura que inicia todo sistema de abastecimiento de agua potable. Para una comunidad rural, es general que dicha captación sea de un manantial, galería filtrante o de aguas de lluvia. Para una ciudad (>10,000 Hab) por lo general es desde un flujo superficial (río, quebrada permanente, embalse, etc.)
El caudal de diseño para esta estructura, es el caudal máximo 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 METORICAS
La presente guía puede obtenerse de la pagina web del CEPIS. De igual puede accederse a otra guía que complementa a la anterior, referida a las especificaciones técnicas de dicha captación.
AGUAS SUPERFICIALES
Estas obras, en lo posible, deben evitar modificar el flujo normal del río, se deben de controlar los efectos de la erosión y sedimentación.
Toda toma debe contar con una rejilla y un sistema de control y regulación. En los ríos de poco tirante debe proveerse de estructuras de represamiento.
La toma de lagos y embalses debe ubicarse lo más alejado de posible de descargas de líquidos cloacales o de otros deshechos.
CONTINUA……………..
La estructura de captación de un flujo superficial, es compleja, y se utiliza los principios fundamentales de la hidráulica, entre otros alcances se tiene:
Muro de encauzamiento (Max. Caudal, curva de remanso).
Barraje o azud (vertedero).
Compuerta de limpia.
Cámara de disipación de energía (resalto hidráulico).
Bocal o bocatoma (Vertedor u orificio).
Antecanal.
Vertedero lateral.
Captación Rio Grande
Captación Rio Grande
Captación Rio Grande
Captación Ronquillo
Captación Atarjea (LIMA)
AGUAS SUBTERRANEAS
GALERÍAS FILTRANTESGALERÍAS FILTRANTES
Se diseñaran de acuerdo al corte geológico, obtenido mediante perforaciones de prueba de acuerdo al estudio del rendimiento el acuífero.
El diámetro mínimo de las tuberías a utilizarse es de 300 mm, con perforaciones de 25 mm a 50 mm espaciadas a 10 cm, a 20 cm. La velocidad máxima será de 0.60 m/s.
Se proveerá de cámaras de inspección espaciadas convenientemente dependiendo del diámetro de la tubería CORTE y no a mayores de 100m.
CONTINUA…………
MANANTIALES (Puquiales o Jagueyes)MANANTIALES (Puquiales o Jagueyes)
El manantial es una formación superficial, en la que sin la intervención 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 tamaño del lugar del brote.
En el desarrollo del proyecto, se deben evaluar las condicionas que conducen a la formación del manantial:
a) Permanencia del afloramiento (caudal) del manantial. b) Posibilidad de incrementar la producción por trabajos convenientes. c) Probable descubrimiento de otros alumbramientos cercanos.
CAPTACION
MANANTIAL DE LADERA
Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captación constará de tres partes: la primera, corresponde a la protección del afloramiento; la segunda: a una cámara húmeda que sirve para regular el gasto a utilizare; y la tercera, a una cámara seca que sirve para proteger la válvula de control. El comportamiento de protección de la fuente consta de una losa de concreto que cubre toda la extensión o área adyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando así sellado para evitar la contaminación.
CAPTACION
MANANTIAL DE FONDO
Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captación podrá reducirse a una cámara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Consta de dos partes: la primera, la cámara húmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizare, y la segunda, una cámara seca que sirve para proteger las válvulas de control de salida y desagüe. La cámara húmeda estará provista de una canastilla de salida y tuberías de rebose y limpia.
AFLORAMIENTO DE AGUA SUBTERRANEASAFLORAMIENTO DE AGUA SUBTERRANEAS ANTES DE SER CAPTADO ANTES DE SER CAPTADO
Captación RuralCaptación Rural:
• Niveles – C. Rebose• Tapa inspección• Relleno C° pobre
Dado móvilDado móvil:
En Captación, Reservorios, CRP, Válvulas de Purga
AGUA SUBTERRANEA CAPTADA CON ORIFICIOS DEAGUA SUBTERRANEA CAPTADA CON ORIFICIOS DE INGRESO SOBRE EL NIVEL DEL AGUA INGRESO SOBRE EL NIVEL DEL AGUA
BRUÑADO SOBRE LA CAPTACION, PARA HACER ELBRUÑADO SOBRE LA CAPTACION, PARA HACER EL MANTENIMIENTO DEL PREFILTRO MANTENIMIENTO DEL PREFILTRO
CAJA HUMEDA CON DOS ORIFICIOS DE INGRESO DE AGUACAJA HUMEDA CON DOS ORIFICIOS DE INGRESO DE AGUA CAPTADA / TUBERIA DE REBOSE Y LIMPIEZA – CANASTILLA DE CAPTADA / TUBERIA DE REBOSE Y LIMPIEZA – CANASTILLA DE
INGRESO A LA CONDUCCIÓN.INGRESO A LA CONDUCCIÓN.
AGUA SUBTERRANEA CAPTADA, CAJA HUMEDA AGUA SUBTERRANEA CAPTADA, CAJA HUMEDA ENTERRADAENTERRADA
Captación con caja válvula
Captación sin caja válvula
CAPTACION DEL AGUA SUBTERRANEA
A TRAVES DE POZOS
El agua subterránea 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 características físicas de la región no se dispone de aguas superficiales de utilización factible.Las aguas subterráneas para utilizarlas en el abastecimiento de una comunidad, cumplen tres etapas
Exploración Evaluación Explotación
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJASEl agua a tenido filtración natural por lo que el agua no requiere un tratamiento de turbiedad ni de microorganismos (vierte agua cristalina y limpia)La línea de conducción es relativamente corta, pues la captación normalmente esta cerca a la población a la cual se la abastecerá de agua.
DESVENTAJASEl agua como disolvente extraordinario va disolviendo las rocas del suelo y el agua se va contaminando con diversos minerales y sales.Su extracción requiere de equipo mecánico y utilización de energía
EXPLORACION
Esta etapa consiste en la localización del depósito de agua mediante diversos métodos.Al depósito de agua se le suele llamar acuífero y se lo define como una formación geológica capaz de proporcionar agua en cantidad y calidad suficiente para las necesidades del hombre a un costo razonable. La diferencia entre la cantidad de precipitación y la cantidad de agua arrastrada por los ríos, se filtra bajo el suelo y forma los acuíferos. La filtración depende de las características físicas de las rocas. La porosidad no es sinónimo de permeabilidad, pues determinadas rocas como las arcillosas, aunque tienen una gran porosidad, son prácticamente impermeables ya que no disponen de conductos que se comuniquen.Los métodos de exploración pueden ser geológicos o geofísicos, y cada uno de ellos puede ser superficial o profundo
MÉTODOS GEOLÓGICOS
Se recurre a métodos tales como la interpretación de mapas, fotogrametría y fotointerpretación, y perforaciones en el campo
FOTOGRAFÍAFOTOGRAFÍA AÉREAAÉREA
MÉTODOS GEOFÍSICOSConsiste en la utilización de métodos tales como refracción sísmica, resistividad eléctrica y perfiles eléctricos
GRÁFICOS DE RESISTIVIDAD
ELÉCTRICA
(ohm-m).
RESULTADO BIDIMENSIONALRESULTADO BIDIMENSIONALDE LA PROSPECCIÓN ELÉCTRICADE LA PROSPECCIÓN ELÉCTRICA
EVALUACION
El objetivo de esta segunda etapa es la evaluación del caudal máximo de producción del acuífero, mediante la medición en el terreno de los parámetros hidrogeológicos y de producción del acuífero 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 extracción. El cambio más inmediato resultante del bombeo es el descenso del nivel piezométrico del acuífero. Teniendo en cuenta el concepto anterior, se puede hacer las siguientes definiciones:
Producción del acuífero: El caudal máximo obtenido sin que haya una disminución perjudicial de la altura hidráulica que impida el flujo de agua en cantidad suficiente hacia el pozo
Producción del pozo: Es el caudal máximo obtenido de manera que evite un descenso en el nivel del agua por debajo de la tubería de succión
Continuación…….
De acuerdo con el grado de confinamiento de la formación geológica saturada, los acuíferos se pueden clasificar como:
ACUÍFERO CONFINADO, el agua se encuentra a presión, de modo que si extraemos agua de el, ningún poro se vacía, solo disminuye la presión del agua y en menor medida la de la matriz sólida. Al disminuir la presión del agua, que colaboraba con la matriz sólida en la sustentación de todos los materiales suprayacentes, pueden llegar a producirse asentamientos y subsidencia del terreno. La superficie virtual formada por los puntos que alcanzaría el agua si se hicieran infinitas perforaciones en el acuífero, se denomina superficie piezométrica, y en un punto concreto, en un pozo, se habla de nivel piezométrico, (en griego: piezo= presión)
ACUIFERO CONFINADO
ACUÍFERO 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 freática, cuando esta superficie es cortada por un pozo se habla del nivel freático en ese punto. En los acuíferos libres se habla también de espesor saturado, que será menor o igual que el espesor del estrato o formación geológica correspondiente
ACUIFERO LIBRE
COMPORTAMIENTO HIDROGEOLOGICO DE LOS
ACUIFEROS (Hidráulica de las aguas subterráneas)
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 también 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 parámetro que relaciona a la porosidad total y eficaz es la Retención específica, que esta definida de la siguiente manera:
Re = mt - me
POROSIDAD
B. PERMEABILIDAD. (Conductividad Hidráulica) "K"
Se define como la facilidad que un cuerpo ofrece a ser atravesado por un fluido, en este caso el agua .
En hidrogeología, la permeabilidad es un concepto mas preciso. Es la constante de proporcionalidad lineal entre el caudal y el gradiente hidráulico.
Caudal por unidad de sección = K x Gradiente hidráulicoCaudal por unidad de sección = K x Gradiente hidráulico.
Debemos de entender que el gradiente obliga al agua a circular a través del medio poroso, y, lógicamente, 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 números mas cómodos, por tradición se continua utilizando metros/día. En geotecnia y otras ramas de la ingeniería se utiliza el cm./seg.
PERMEABILIDAD
C. TRANSMISIVIDAD
Si observamos el dibujo intuimos que los dos estratos acuíferos deben proporcionar el mismo caudal: uno tiene la mitad de permeabilidad, pero el doble de espesor que el otro.
Por tanto el parámetro que nos indique la facilidad del agua de circular horizontalmente por una formación geológica será una combinación de la permeabilidad y el espesor.
Transmisividad = Permeabilidad x EspesorTransmisividad = Permeabilidad x Espesor
Como las unidades de la permeabilidad son (L/T) y las del espesor L, las unidades de la transmisividad serán L2/T.
TRANSMISIVIDAD
D. COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO
Hemos visto que el volumen de agua que proporciona un acuífero libre se puede calcular mediante la porosidad eficaz. Pero este parámetro no nos sirve en el caso de los acuíferos confinados: cuando proporcionan agua, todos sus poros continúan saturados, solo disminuye la presión, de modo que el dato de la porosidad eficaz no indica nada. Necesitamos un parámetro que indique el agua liberada al disminuir la presión en el acuífero.
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 acuífero cuando el nivel piezométrico desciende una unidad.
S = VL/Vts S = VL/Vts
Donde:
VL = Volumen de agua liberado Vts = Volumen total que ha bajado la superficie
piezométrica
Vts
VLS
Vts
VLS
Vts
VLS
Figura a.- Se representa el concepto de una columna de 1 m2 de acuífero, 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 acuífero libre y hacemos descender 1 metro de superficie freática el volumen de agua que habremos extraído, será la porosidad eficaz .
COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO
COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO
A pesar que son conceptos equivalentes, reparemos en que el acuífero 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 freática), mientras que en el acuífero cautivo, cuando el nivel desciende 1 metro, es toda la columna de acuífero que aporta el volumen de agua S.
El coeficiente de almacenamiento es, como la porosidad eficaz, adimensional (volumen/volumen), y los valores típicos serian estos:
Acuíferos libres: 0.3 a 0.01 Acuíferos confinados: 0.00001 a 0.000001
HIDRAULICA DE POZOS
La hidráulica de pozos, está largamente basada en la ecuación derivada por Darcy. Con ella se pueden determinar las características de los pozos, las mismas que servirán en una fase posterior, al dimensionamiento de los mismos.
FLUJO RADIAL PERMANENTE Este tipo de flujo exige al material del acuífero las siguientes condiciones:
- Homogéneo, compuesto por elementos de igual condición o naturaleza - Isotrópico, presenta las mismas propiedades en todas sus direcciones
Estas condiciones probablemente no se verifican en un acuífero real, pero los resultados obtenidos de su aplicación suelen ser suficientemente aproximados (DUPUIT).
CONTINUA…………..
FLUJO RADIAL NO PERMANENTE HACIA UN POZOCuando se bombea un pozo que está en toda la extensión del acuífero, la influencia del mismo se extiende a lo largo del tiempo, pues se producen los abatimientos que suponen una declinación constante de la altura de carga, esta situación puede prolongarse un tiempo indefinido pues se seguirán observando abatimientos, aun cuando el caudal de bombeo se mantenga constante; esto situación da origen a que aparezcan flujos de tipo no permanente.
Cuando ocurre un flujo de este tipo, existen métodos mediante los cuales, podemos extraer las características del acuífero del cual se está bombeando. Se estudiara el METODO DE THEISS.
Este tipo de flujo esta sujeta a las siguientes suposiciones básicas:
- El acuífero es homogéneo e isotrópico - El acuífero se extiende hasta el infinito - El pozo de bombeo penetra en el acuífero en todo su espesor - Se bombea con un caudal constante - El abastecimiento es mínimo comparado con el espesor saturado - El agua es tomada del almacenamiento en forma instantánea
PRUEBAS DE EQUILIBRIO
Con el fin de determinar los parámetros de producción del acuífero se realizan pruebas de equilibrio que consiste en perforar un pozo central y dos pozos de observación de menor diámetro. Se inicia luego el bombeo del agua para extraer el caudal necesario, según los requerimientos del diseño hasta que los niveles en los pozos se mantengan constantes. Bajo estas condiciones se puede calcular los parámetros necesarios según el tipo de acuífero que se tenga.
POZO EN ACUÍFERO CONFINADO
POZO EN ACUÍFERO NO CONFINADO
METODO DE THEISS
El coeficiente de almacenamiento es una de las variables más importantes tomadas en cuenta con la ecuación de Theiss.
Donde:H0- h = Abatimiento en el radio “r” del pozo
Q = Caudal T = Transmisividad r = Radio al pozo de observación S = Coeficiente de almacenamiento (Sv para acuíferos no
confinados )t = Tiempo desde el inicio del bombeo
La anterior ecuación no se resuelve fácilmente por lo que Theiss introdujo una manera mediante la cual, la ecuación podría ser resuelta.El limite inferior es dado por: u = r⋅ 2.S / 4.T.t (adimensional) y el abatimiento puede ser resuelto mediante una serie infinita:
CONTINUA…………….
Se puede encontrar una solución gráfica mediante curvas tipo para encontrar coeficiente de almacenamiento (S) y transmisividad (T) de manera que:
- Los datos de la prueba del acuífero se plotean en un papel log-log donde se dibuja el abatimiento h0-h en función de r2/t.
-El gráfico (h0-h en función de r2/t) de composición se superpone al
gráfico W(u) versus u, de modo que los ejes de ambos gráficos se mantengan paralelas.-Se selecciona un punto donde los gráficos coinciden, como se muestran en la siguiente y las coordenadas se reemplazan en las ecuaciones siguientes:
SUPERPOSICION DE LAS GRAFICAS, METODO DE THIES
CURVA DE CURVA DE PRUEBAPRUEBA
CURVA CURVA PATRONPATRON
EXPLOTACION
En esta última etapa del desarrollo de los recursos de agua subterránea, se consideran las estrategias óptimas de desarrollo, la interacción entre la explotación del agua subterránea y el balance general de agua en la cuenca. Al explorar un acuífero para el abastecimiento de agua a una comunidad, se perfora por lo general más de un pozo. La superposición de las áreas de influencia de cada uno de ellos trae consigo la reducción de la producción total del sistema de pozos. El porcentaje de interferencia se puede estimar a partir de la siguiente tabla, en función de la distancia de cada uno de los pozos.
POZOS EXCAVADOS
El diámetro mínimo de excavación es 1.50 m.
En caso de requerirse revestimiento se harán perforaciones en la zona situada en estrato permeable. Se recomienda que sean de 25 a 50 mm de diámetro espaciadas a 20 cm de centro a centro.
Cuando se instale un bomba dentro del pozo será necesario proteger el agua de la contaminación mediante una plataforma de operación con una altura superior al nivel
POZOS PROFUNDOS
Su ubicación se fundamenta en los estudios e investigación de las aguas subterráneas.
La construcción debe evitar el arenamiento futuro del pozo.
Todo pozo deberá ser aforado después de un bombeo continúo mínimo de 72 horas.
El rendimiento definitivo se obtiene de la evaluación de los pozos de prueba.
GRACIAS………………..