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Aguas superficiales (página 2)




Partes: 1, 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.

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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.

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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).

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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-

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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.

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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).

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Figura 8.6

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

TUBERIA DE PLASTICO

RELLENO DE CONCRETO

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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)

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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.

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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.

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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

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