Aguas superficiales (página 2)

La enumeración de los componentes de un sistema
de abastecimiento de agua guarda relación con los procesos
de potabilización necesarios a realizar al agua antes de
la entrega al consumo. Hemos estudiado anteriormente las
distintas fuentes de provisión y las
características físicas y químicas que
pueden presentar las aguas captadas en esas fuentes. Las aguas
provenientes de fuentes subterráneas profundas y de
galerías filtrantes no necesitan ningún
procedimiento de purificación, siempre que el agua sea
química y microbiológicamente apropiados. En estos
casos solo se recomienda el tratamiento con cloro para
resguardarlas de cualquier contaminación accidental en la
red de distribución.

En cambio, las aguas provenientes de fuentes
superficiales no presentan condiciones físicas ni
microbiológicas adecuadas. Por lo tanto es necesario
proceder a su corrección antes de su consumo.

La enumeración de los componentes que haremos a
continuación se refiere a la utilización de un agua
superficial, indicando en cada caso la finalidad que tiene cada
uno de los componentes.

• Obras de Captación ó de Toma.
  Son las obras necesarias para captar el agua de la fuente a
  utilizar y pueden hacerse por gravedad, aprovechando la
  diferencia de nivel del terreno o por impulsión
  (bombas). Las dimensiones y características de las
  obras de toma deben permitir la captación de los
  caudales necesarios para un suministro seguro a la
  población. Más adelante veremos los distintos
  tipos de obras de toma para cada una de las fuentes
  descriptas.

• Obras de Conducción. Tienen por
  finalidad transportar el agua captada en las tomas hasta la
  planta de tratamiento, o desde la planta hasta la ciudad para
  su distribución. La obra de conducción puede
  ser un cana abierto o por conducto cerrado. Si se transporta
  agua sin tratar la conducción puede ser a canal
  abierto. En cambio si se conduce agua tratada siempre debe
  hacerse por conducto cerrado, para de esta forma preservarla
  de la contaminación.

• Planta de Tratamiento. Cuando se utilizan las
  fuentes superficiales como ríos, lagos, arroyos, el
  agua requiere un procedimiento de corrección para la
  eliminación de turbiedad, es decir, la
  eliminación de materiales en suspensión
  finamente divididos que no asientan fácilmente,
  acompañados de materias orgánicas coloidales o
  disueltas que le dan color al agua natural. Para ello es
  necesario el agregado de un coagulante químico para el
  aglutinamiento de las pequeñas partículas que
  se realizan en estanques llamados floculadores. Luego sigue
  el proceso de decantación de las partículas
  aglutinadas que se realizan precisamente en piletas llamadas
  decantadores o sedimentadores. Continúa el proceso con
  la etapa de filtración a través de un manto de
  arena y por ultimo el tratamiento de desinfección con
  gas cloro.

• Obras de distribución. Las obras de
  distribución la componen el conjunto de
  cañerías que posibilitan que el agua ya
  potabilizada sea entregada a los usuarios en la puerta de sus
  viviendas.

Constan en general de un tanque de distribución
(puede no haberlo) que alimenta una red de cañerías
de mayor diámetro o encastres, a las cuales se empalman
cañerías de menos diámetro o distribuidoras,
desde las cuales salen las conexiones domiciliarias.

Desarrollaremos en detalle lo que resta de esta unidad y
en las siguientes las distintas componentes de un sistema de
abastecimiento de agua.

• Captación de aguas de
  lluvia:

Podemos dividir las obras de captación de aguas
de lluvia en dos tipos: las utilizadas para un servicio
público y las que se utilizan para un sistema individual
(se diferencian ambas solamente por el número de usuarios
a satisfacer).

Capacidad de las represas:

La capacidad de las represas debe ser suficiente para
almacenar el agua de la máxima lluvia
registrada.

Vrepresa = Sup. Platea x Lluvia máxima

Por último, la superficie filtrante necesaria
depende del tiempo en que se debe evacuar el volumen retenido en
las represas. Conviene que no exceda de una semana.

Captación Individual. se realiza
recogiendo el agua de lluvia que cae en las techos de las
viviendas. En general se deja escurrir las primeras aguas que
llevan la suciedad acumulada en los techos. Con este sistema se
satisface las necesidades básicas del consumo (bebida,
preparación de alimentos, lavado de vajillas, etc). El
agua se acumula en una cisterna de alrededor de 20 litros/
pers.xdía y con un tiempo de almacenaje de 2 a 3
meses..

• Captación de aguas
  Subálveas:

Galerías filtrantes: son pozos
horizontales dotados de una cierta pendiente que recogen agua en
toda su longitud. Son una forma simple de obtener agua filtrada.
Para que el proceso de filtrado sea completo las galerías
deben construirse por lo menos a 15 m de la orilla del río
o lago. Para su construcción se abre una zanja en las
capas de arenas acuíferas y luego se recoge el agua
mediante una tubería perforada con pendiente hacia un pozo
central donde se bombea. La longitud de la zanja es
función de la cantidad de agua necesaria y de las
dimensiones del acuífero. Alrededor de la tubería
colocada se ubican cantos rodados de 12 a 25 mm. El resto de la
capa filtrante se formará con arena y grava granulada. El
espesor del filtro debe ser de 30 cm a 40 cm desde la
tubería hacia fuera.

La descripta es la forma más sencilla. Otra forma
es con drenes dentro del lecho fluvial. Los drenes se forman con
medio caño de 30 cm de diámetro con orificios
apoyados sobre base de hormigón.

Cuando se trata de captar mayores caudales se construye
una verdadera galería de mampostería u
hormigón poroso. La longitud de la zanja en función
de la cantidad de agua necesaria y de las dimensiones del
acuífero. Se determina el rendimiento mediante ensayos de
bombeo. Una vez terminada se debe verificar el nivel de la napa.
Durante la construcción es necesario generalmente entibar
la excavación y achicar el agua de la
zanja. 

Pozos filtrantes: es otra forma de
aprovechar las aguas subálveas. Consisten en pozos
excavados en la orilla de los ríos en las arenas
acuíferas, generalmente son de gran diámetro.
Pueden ser de 2 tipos: a) pozo colector con perforaciones
radiales y b pozo filtrante completo (filtración lateral y
por el fondo

• Captación de aguas
  superficiales:

 Son consideradas con esta denominación las
aguas de los ríos, lagos y arroyos. Los aspectos
fundamentales de este tipo de captación son la
elección del tipo de toma a construir y la
ubicación de la misma. En general las obras de toma deben
satisfacer las siguientes exigencias básicas:

• Responder en todo momento a las situaciones
  cambiantes del curso de agua

• Tener una estructura adaptada al choque de la
  corriente líquida, al impacto de las embarcaciones, de
  objetos flotantes y material de arrastre.

• No deben causar estanques ni grandes erosiones en el
  curso de agua.

• La navegación no debe ser
  interferida.

• En cualquier condición del río debe
  permitir captar el caudal de cálculo.

• Debe ser estable al volcamiento, dotación y
  socavaciones.

En el proyecto de la obra de toma debemos tener la
precaución de tomar el agua de los niveles superiores.
Además debe protegerse el ingreso de agua con rejas u
otros dispositivos para evitar el ingreso de cuerpos gruesos. La
velocidad de ingreso del agua debe ser menor de 0,2
m/seg.

Tipos de toma:

En cuanto a los tipos de obras de toma podemos hacer la
siguiente clasificación.

a) Conducto a cámara de
aspiración

• Torre de toma

b) Conducto a bomba

• Con muelle de sustentación Con
  muelle

c) Con bomba en cabecera

Con muro nivelador

• Sin muro nivelador

• En embalse

Cuando debemos proyectar obra de toma para
pequeños cursos de montaña las más
convenientes son las de muro nivelador

La primera (con muro nivelador) consiste en un muro
transversal a la corriente que deriva el flujo de agua,
forzándola a pasar sobre la reja que cubre la parte
superior de un canal con pendiente hacia una de las
márgenes. La altura del muro no sobrepasa el metro
contando desde el lecho del río.

El segundo tipo sin muro nivelador consiste en un simple
canal transversal al río con pendiente hacia una de las
márgenes, donde está ubicada la boca de toma
protegida con una reja.

Para estos tipos de obra, dado el material de arrastre
del río, es muy conveniente la construcción del
desarenador en conjunto con la toma.

En ríos anchos o de llanura las obras
transversales son prohibitivas. Son aconsejables entonces las
obras laterales, como Conducto a cámara de
aspiración, Conducto a bomba las Con bomba en cabecera en
La adopción de una u otra dependerá de las
características del curso y la configuración de las
márgenes. Para el caso de las tomas donde el conducto
está conectado a la bomba es muy conveniente mantener las
bombas permanentemente cebadas. Para esto deberán ubicarse
por debajo del mínimo nivel del río.

• Captación de Manantiales:

Los manantiales son aguas subterráneas que
afloran a la superficie en forma de lugares húmedos. Se
puede originar por aguas descendentes o aguas ascendentes. En el
primer caso el agua corre sobre un estrato impermeable inclinado,
hasta que alguna depresión hace que el estrato quede al
descubierto, dando lugar al manantial. En el segundo caso el agua
confinada entre dos estratos impermeables asciende a
presión hasta la superficie por alguna grieta o falla del
terreno En la zona de afloramiento están expuestos a
contaminación, por lo que deben ser convenientemente
protegidos..

Obras de Conducción

Desde la toma hasta la planta de tratamiento tendremos
el caso de una conducción de agua sin tratar. Durante este
trayecto la conducción puede hacerse por conductos
cerrados o canales abiertos, dado que la contaminación que
pueda adquirir el agua en canales abiertos es corregida en el
establecimiento de potabilización. Desde el
establecimiento la conducción al centro de consumo o
distribución es el caso de agua tratada, y debe hacerse
siempre en conductos cerrados. En ambos casos, el transporte del
agua se puede realizar por la acción de la gravedad o por
bombeo o en forma mixta.

Captación
de agua superficial

• CAPTACIÓN DE AGUA DE RIO

En países tropicales, los ríos y arroyos a
menudo tienen una gran fluctuación estacional en su
caudal. Esto afecta la calidad del agua en períodos de
lluvia, el agua puede tener un bajo contenido de s&lidos
disueltos, pero a menudo tiene una turbiedad elevada. En periodos
de seca, el caudal de los ríos es bajo y la carga de
sólidos disueltos es menor diluida.

Los arroyos o corrientes montañosas llevan
algunas veces una carga elevada de sedimento pero el contenido
mineral es generalmente bajo y la contaminación humana
está frecuéntente ausente. En llanuras y estuarios,
los ríos, p r lo general, fluyen lentamente excepto cuando
hay una inundación. El agua puede ser relativamente clara
pero casi siempre está contaminada y será necesario
un tratamiento para hacerla apta para propósitos de bebida
y usos domésticos.

Por lo general la calidad de agua de río no
diferirá en mucho a través de la amplitud y
profundidad del lecho del río; por lo tanto, se puede
colocar la captación en cualquier punto adecuado en donde
se pueda extraer el agua del río en cantidad suficiente.
El diseño de las obras de captación de agua de
río debe ser tal que se evite el atoro y la
socavación. Se debe asegurar la estabilidad de la
estructura de captación aún bajo condiciones de
inundación.

En lugares donde el río no transporta pedruzcos o
cantos rodados que puedan dañar las obras de
captación, estas instalaciones aun sin protección
pueden ser adecuadas (Figura 8.1).

NIVEL FREATICO ALTO

Figura 8.

Obras de captación de río no
protegidas

En casos en los que se necesite la protección de
las instalaciones, las estructuras de captación del tipo
mostrado en la Figura 8.2 pueden ser adecuadas.

Figura 8.2

Estructura de una captación de
río

El fondo de la estructura de captación debe estar
por lo menos 1 m por sobre el lecho del río para evitar el
ingreso de cualquier pedruzco o cantos rodados. Se puede
necesitar un desviador para evitar los desechos y la materia
flotante, tales como troncos y palizadas. Para reducir el ingreso
de sedimentos y materia suspendida, la velocidad de flujo a
través de la captación debe ser baja,
preferiblemente inferior a 0.1 m/seg.

Una captación de río siempre requiere
profundidad suficiente de agua en el lecho del río. Pueda
que se tenga que construir un vertedero sumergido a través
del río, aguas abajo de la captación, para asegurar
que se dispondrá de la profundidad necesaria de agua, aun
en períodos secos.

Frecuentemente, se necesita de bombeo para la
captación del 'agua de río. Si la variación
entre el nivel alto y el nivel bajo de agua en el río no
es mayor a los 3.5-4 m, se puede usar una bomba de succión
colocada en la ribera del río (Figura 8.3).

Figura 8.3

Captación de agua de río mediante
bombeo

Se necesitará un arreglo diferente de
captación si la carga de bombeo necesaria excede los 3.5-4
m. Un arreglo que merece considerarse usa un pozo-sumidero
construido en la ribera del río. Se recolecta el agua del
río con drenes de filtración colocados por debajo
de su lecho; el agua fluye por gravedad bacia el pozo de
recolección. Como el nivel más bajo de agua en el
sumidero. probablemente estará demasiado profundo para una
bomba de succión

colocada sobre el suelo, por lo general se extrae el
agua con una bomba sumergible o una bomba de eje colocada bien
abajo en el pozo-

Figura 8.4 Captación en la ribera
del río usando drenes de filtración – 119
–

• CAPTACIÓN DE AGUA DE LAGO

La calidad del agua de lago está Influenciada por
la auto-purificación que se logra a través de la
aeración, procesos bioquímicos y asentamiento de
solidos suspendidos. El agua lacustre puede ser clara, de bajo
contenido orgánico y con elevada saturación de
oxígeno. Por lo general, la contaminación humana y
la animal sólo presentan un riesgo para la salud cerca de
las orillas del lago. A cierta distancia de la orilla el agua de
lago está generalmente libre de bacterias patógenas
y virus. Sin embargo, pueden estar presentes las algas,
particularmente en las capas superiores del agua.

En lagos profundos, la acción de las olas y la
turbulencia causada por el viento que golpea la superficie, no
afectarán los estratos inferiores. No habiendo mezcla, se
desarrollará una estratificación termal con las
cálidas capas superiores de agua flotando encima de las
capas frías, las cuales tienen una mayor densidad de masa.
Como resultado de la estratificación termal, puede ser que
las capas más profundas de agua difieran en calidad del
agua de la parte superior. La estratificación termal puede
ser bastante estable, especialmente en condiciones tropicales. La
Figura 8.5 nos ofrece un ejemplo.

Figura 8.5

Variación de la calidad del agua con la
profundidad en lagos profundos (Indonesia) Se debe tener en
cuenta la estratificación termal cuando se decide sobre la
locación y profundidad de una captación de agua de
lago para propósitos de abastecimiento de agua. Otro
factor Importante es la presencia de algas en las capas
superiores del agua.

En lagos' profundos, con agua de bajo contenido de
nutrientes (nitratos) fosfatos, etc.) la calidad química
del agua será casi la misma en toda la profundidad. Para
propósitos de abastecimiento, el agua de estratos
inferiores tendrá la ventaja de una temperatura
prácticamente constante. Se debe tomar medidas para
extraer el agua a cierta profundidad por debajo de la superficie
(Figura 8.6).

Los lagos profundos con agua que tiene un elevado
contenido de nurientes, muestran una marcada diferencia de la
calidad del agua a profundidades distintas. Se debe extraer el
agua de las capas superiores del lago que tengan el mayor
contenido de oxígeno. Sin embargo, como es posible que la
capa superior de agua se calienta, la captación de agua
para abastecimientos deberá estar preferiblemente a 3-5 m
por debajo de la superficie.

En lagos de poca profundidad, la captación debe
estar lo suficientemente elevada sobre el fondo" del lago como
para evitar el ingreso de sedimento

(Figura 8.7).

Figura 8.6

Captación de agua de lago de profundidad variable
tubería de concreto o de cemento-asbesto'

TUBERIA DE PLASTICO

RELLENO DE CONCRETO

Figura 8.7 Estructura de captación
en el fondo de un lago poco profundo

• CONSTRUCCIONES TÍPICAS DE
  CAPTACIÓN

Para abastecimientos de agua de comunidades
pequeñas, siendo poca la cantidad de agua necesaria, a
menudo se puede usar estructuras de captación muy simples.
Con un uso de agua per capita de 30 litros/día y siendo la
captación máxima U veces la demanda promedio de
agua, 1,000 personas requerirían una capacidad de
captación de sólo 1.4 litros/seg. Una
tubería de captación de 150 mm sería
suficiente para mantener la velocidad de entrada de flujo por
debajo de 0.1 m/seg. Si se permite una velocidad de flujo de
entrada de 0.5 m/seg, una tubería de tan sólo 60 mm
sería adecuada.

Para captaciones de poca capacidad se puede usar
arreglos simples usando tuberías flexibles de
plástico (Figura 8.8)

Figura 8.8 Estructura simple de
captación de agua

En la Figura 8.9 se muestra otra construcción de
captación, usando un barril flotante para sostener la
tubería de captación. El agua se bombea desde el
pozo-sumidero.

Figura 8.9

Captación por
flotación

• REPRESAS PEQUEÑAS Y RESERVORIO DE
  PEQUEÑAS COMUNIDADES

Hay muchas comunidades pequeñas cuya única
fuente de abastecimiento de agua es una pequeña represa o
estanque. Estos reciben el nombre de "hafir" (Sudán),
"tapkis" (Nigeria), "reservorios" (América del Sur),
"tanque"(India), "estanque" (oriente de Africa) u otros nombres
locales. En este manual nos referimos a todos ellos como
reservorios pequeños o estanques de pequeñas
comunidades.

Los reservorios pequeños y estanques de
pequeñas comunidades varían en área desde
pequeños hasta grandes, de varias hectáreas. En
origen pueden ser enteramente naturales – depresiones en
áreas llanas – o especialmente construidos para el
propósito. Si son hechos por el hombre, pueden haber sido
excavados para el propósito expreso de conservar agua o
pueden ser hoyos de los cuales se tom5 arcilla para la
construcción. Muchos son una combinación de
estanques hechos por el hombre y estanques naturales que han sido
ahondados o extendidos con los años para aumentar su
capacidad de conservación.

Algunos se van a encontrar dentro de poblados o pueblos
pequeños. Muy habitualmente se localizan justo fuera del
área de las pequeñas comunidades. En India, a
menudo tienen peces que constituyen una valiosa fuente de
alimento para los pobladores.

Desafortunaraente, también se les utiliza para
lavar y para bañarse. Muy a menudo están
contaminados, constituyendo un riesgo en el mejor de los casos, y
son propagadores potenciales de epidemias. Con mucha frecuencia
albergan bacterias patógenas, virus y parásitos que
provocan un número incalculable de enfermedades y muertes,
articularmente entre los niños.

El agua puede estar llena de sedimento o materia
coloidal en especial inmediatamente después de las
lluvias. Algunos estanques de pequeñas comunidades han
existido por siglos; pueden estar llenos de vegetación
acuática. Algunos son recipientes de desechos de toda
clase. Otros tienen una conservación relativamente buena,
hermosos en apariencia, y constituyen una característica
distintiva del paisaje.

En la práctica, es imposible evitar la
contaminación de estos pequeños reservorios y
estanques de pequeñas comunidades. Por su naturaleza se
encuentran en el punto más bajo del área
circundante y todo el drenaje de las pequeñas comunidades
encuentra su camino hacia ellos.

En un estanque de excavación reciente, la
construcción de obras de captación no presenta
dificultad si se realiza antes de que se llene el tanque. En un
estanque ya establecido se tiene que realizar el trabajo mientras
el agua está en uso. Probablemente todo el trabajo sera
hecho a mano y no se dispondrá de herramientas
especiales.

En estanques en donde el agua tiene turbiedad elevada,
se le extrae mejor justo por debajo de la superficie. Un
dispositivo flotante de captación puede ser adecuado. Se
puede usar tuberías de plástico en lugar de hierro
galvanizado para la tubería de recolección;
también se puede usar el bambú para este
propósito. El soporte flotante puede estar hecho de
bambú o deotros materiales localmente
disponibles.

La presencia de algas y de otra vegetación
acuática, así como de peces en el estanque,
hará necesario fijar una criba alrededor de la
captación. Si se quiere evitar el sifonaje, el nivel de la
abertura de la captación debe estar por debajo del punto
más bajo de extracción. Se puede cavar un pozo
cerca a la ribera y la tubería de captación puede
ser empujada (usando una gata pesada) o conducida desde el pozo
hasta el estanque. Entonces se recubre la tubería mientras
el pozo es revestido con manipostería o concreto y la
captación flotante es fijada. Se debe ahondar el pozo para
formar un sumidero que permitirá cierto asentamiento de la
materia suspendida.

• CRIBAS

El cribado del agua se hace pasándola a
través de barras estrechamente espaciadas, rejillas o
planchas perforadas. El cribado no cambia la calidad
química o bacteriológica del agua. Sirve para
retener material grueso y materia suspendida de mayor
tamaño que las aberturas de las cribas. Aún cuando
el material de cribado pueda formar una capa, de filtro de
depósitos,el cribado es aún de naturaleza puramente
mecánica.

En ingeniería de abastecimiento de agua, se usan
cribas para propósitos diferentes:

(i) Retiro de materia flotante y materia suspendida de
gran tamaño que,de lo contrario, podría atorar las
tuberías, malograr las bombas y otro equipo
mecánico o interferir con la operación
satisfactoria del proceso de tratamiento. Las cribas fijas se
usan para este propósito y se limpian en el sitio, manual
o mecánicamente. (ii) Clarificación del agua
mediante el retiro de materia suspendida incluso de tamaño
pequeño, para aligerar la carga en los subsecuentes
procesos de tratamiento, en particular se les usa para evitar que
los filtros se atoren con demasiada rapidez.

Por lo general las cribas de barra, o rejilla, consisten
en fajas de acero o barras con un espaciamiento de 0.5 a 5 cm. Si
la cantidad de material que se espera cribar es pequeña,
las barras son colocadas de modo muy empinado en un ángulo
de 60-75° con la horizontal, y la limpieza se hace
manualmente usando rastrillos. Si se retiene antidades mayores,
la limpieza manual aún es factible. Para facilitar el-
trabajo de limpieza se debe colocar las barras en un
ángulo de 30-45° con la horizontal (Figura
8.10).

El agua debe fluir hacia la criba de barras (rejilla) a
una velocidad bastante baja, 0.1-0.2 m/seg. Una vez que el agua
ha pasado por la rejilla,la velocidad de flujo debe ser por lo
menos de 0.3-0.5 m/seg para evitar el asentamiento de materia
suspendida.

Figura 8.10 Criba de barras fijas o
rejilla

En las aberturas entre las barras, la velocidad de flujo
debe estar limitada a 0.7 m/seg; de lo contrario la materia
blanda deformable será obligada a pasar a través de
las aberturas de la criba. Una rejilla limpia permitirá al
agua pasar con una pérdida de carga de sólo unos
pocos centímetros. Sin embargo, la pérdida de carga
se eleva grandemente cuando el atoro de la rejilla aumenta. Una
limpieza regular debe limitar la pérdida de carga a
0.1-0.2 m de la carga de agua. Teniendo en cuenta el retraso en
la limpieza y las fallas mecánicas, es una buena
práctica diseñar una criba de barra para una
pérdida de carga de 0.5-1.0 a.

Autor:

Maswel Andrey Ortiz Parra

[1] Universidad Sergio Arboleda
.Especialización en gerencia para el manejo de los
recursos naturales, del medio ambiente y riesgos y desastres
con énfasis en gestión ambiental urbana. WILLER
GUEVARA H, Ing. Civil Msc. Abril de 2005