Captación de Aguas Superfciales Las aguas superficiales son aquellas que escurren en los cauces y presentan una superficie libre sujeta a la presión atmosférica, estas pueden ser corrientes perennes es decir, cauces que llevan flujo todo el año, producto del drenaje natural de los acuíferos que la alimentan durante la temporada de sequías y que además, en temporada de lluvias, recibe los escurrimientos generad generados os en la cuenca cuenca de captaci captación ón aguas aguas arriba arriba y corrie corriente ntess interm intermite itente ntess las cuales presentan un flujo igualmente sujeto a la presión atmosférica y cuya duración se limita a la presencia de precipitaciones en la cuenca drenada.
Los arroyos son el producto de la precipitación pluvial de corta duración y fuerte intensidad, la cual cual en combin combinaci ación ón con la morfol morfologí ogíaa del terreno terreno puede puede favore favorecer cer la formac formación ión de corrientes con altas velocidades de escurrimiento.
1. Desc Descri ripc pció ión n La captación de aguas de fuentes superficiales, sean ríos, lagos e incluso el mar deben llevar obras de captación adaptadas a las condiciones condiciones y característ características icas de la masa de agua a captar. captar. La regulación de las aguas nos permite disponer de éste en casi todo momento, sea la estación que sea y sin importar las variaciones de la demanda. Para lograr la regulación se debe almacenar el agua de diferentes maneras como tanques compensadores, presas, etc.
Provie Provienen nen en gran gran parte parte del escurr escurrimi imient ento, o, pueden pueden recibi recibirr aporte aporte de manant manantial iales. es. !stán !stán sometidas a la acción del calor, la lu", estos pueden ser contaminados por el vertido de ciertos afluentes cargados de sustancias orgánicas.
Captación de Aguas Superfciales Las #bras de $aptación de agua superficial, derivación o toma en ríos se conoce como %bocatoma&. ' través de estas estructuras se puede captar el caudal de diseño de un proyecto, que por lo general corresponde al caudal má(imo diario.
La elección del punto de captación en un río es muy variable, ya que depende de varios factores caudal, materiales de arrastre, navegabilidad, etc. )equiriéndose un estudio particular para cada caso. !n consecuencia pueden efectuarse tomas en el fondo, laterales, por sifón, etc. La captación debe *acerse siempre aguas arriba de la población que se quiere abastecer, *abitualmente se sit+a la toma de agua en la "ona central del cauce pró(ima a la superficie.
!n los lagos y embalses la captación depende de la profundidad pudiendo clasificarlos en • •
Lagos y embalses profundos de nivel relativamente constante. Lagos y embalses de poca profundidad y nivel variable.
La captación en los embalses profundos se *ará mediante torres a una profundidad de -/ metros para obviar los problemas de aparición de Plancton por efecto de la lu" solar. 0 al
Captación de Aguas Superfciales menos a 1 metros por encima del fondo para evitar la contaminación por partículas ocasionadas por las corrientes profundas.
!n los embalses de poca profundidad, la toma debe de estar alejada de las orillas y al menos a 2- cm de la superficie, con objeto de eliminar los contaminantes flotantes y que el agua este aireada, lo que favorece la autodepuración. 3tili"ándose tomas flotantes.
4ebido a que en los embalses poco profundos el nivel es variable, se suelen instalar torres con tomas a diferentes alturas. Para asegurar el agua a la población se recurre a embalses de regulación que en función de sus características $apacidad, 5ecanismos de autodepuración, )enovación del agua, etc.
Los embalses de regulación se clasifican en
!mbalses con restricciones en sus aprovec*amientos secundarios 6ca"a, pesca, baño y actividades náuticas. !mbalses sin restricciones pero con condiciones naturales poco favorables 6fangos, turbide", superficie reducida7. !mbalses sin restricciones.
2. Clasificación de las Aguas Superficiales a7 Sin regulación de caudal 8on aquellas donde el caudal mínimo observado en el período de registro disponible es superior al consumo de má(imo días correspondientes al período de diseño. b7 Con regulación de caudal 8on aquellos donde el caudal mínimo observado no es suficiente para satisfacer la demanda de diseño, pero cuyo régimen de caudales permite almacenar, mediante represamiento de agua en épocas de crecidas, la cantidad suficiente para compensar el déficit en época de estiaje 6seca7. Los métodos más comunes para determinar el caudal en fuentes superficiales es reali"ar los aforos, mediante los métodos de molinete *idrométricos, vertederos, flotadores y tra"adores químicos. !stos métodos se utili"an principalmente en la medición de ríos o cauces9 y el balance *ídrico que sirve para determinar los caudales teóricos má(imos, mínimos y flujo base de ríos, o para calcular las masas de agua en lagos, lagunas y embalses.
3. Tipos de obras en Aguas Superficiales
Captación de Aguas Superfciales Obra de toma directa: La forma de captar agua de una corriente superficial mediante una toma directa, varía seg+n el volumen de agua por captar y las características de la corriente, es decir, el régimen de escurrimiento, que puede ser del tipo permanente o variable, su caudal en época de secas y durante avenidas, velocidad, pendiente del cauce, topografía de la "ona de captación, constitución geológica del suelo, material de arrastre, niveles de agua má(imo y mínimo en el cauce, naturale"a del lec*o del río y de otros factores que saltan a la vista en el proceso de selección del tipo de obra de captación por toma directa.
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La bocatoma se locali"ará en un tramo de la corriente que esté a salvo de la erosión, del a"olve y aguas arriba de cualquier descarga de tipo residual. La clave del conducto de la toma se situará a un nivel inferior al de las aguas mínimas de la corriente. !n la boca de entrada llevará una rejilla formada por barras y alambrón con un espacio libre de a / cm., la velocidad media a través de la rejilla será de -.:- a -.:/ m;s, para evitar en lo posible el arrastre de material flotante. La velocidad mínima dentro del conducto será de -.< m;s, con el objeto de evitar a"olve. !l límite má(imo de velocidad queda establecido por las características del agua y el material del conducto.
$aptación en =arraje !l barraje es una estructura provisional y rudimentaria que obtura el cauce en época de estiaje para mantener un nivel de agua y alimentar una obra de toma9 en época de avenidas es posible que se destruya, pero al terminar ésta época se reconstruye nuevamente para utili"arlo en el siguiente estiaje. 8u uso se recomienda en cauces pequeños.
$aptación en dique !n escurrimientos perennes, cuando en época de estiaje el nivel del agua no alcan"a a cubrir la toma y el barraje es una estructura débil, lo más conveniente es la construcción de un dique.
Los diques son estructuras definitivas construidas para obstruir el cauce, que se *an simplificado en cuanto a los elementos que la componen, incorporando la obra de toma, el vertedor de e(cedencia y el desag>e de fondo dentro del propio cuerpo del dique. 8e *an estudiado una variedad muy amplia de diques en los que en la mayoría se pretende captar el agua libre del acarreo propio del río. !ste tipo de captación puede ser adaptado en ríos con fuerte pendiente, en aguas con poco contenido de finos y en ríos con variaciones de gasto estaciónales.
$aptación en Presa 4erivadora Las presas, en términos generales son aprovec*amientos *idráulicos superficiales que cumplen el propósito de facilitar la captación del agua en corrientes de bajo tirante, para diversos usos. $uando el agua de un río se requiere aprovec*ar, pero éste por sus bajos niveles no permite captarlas de manera apropiada, es posible la construcción de una pequeña cortina que interrumpa el paso de la corriente en la
Captación de Aguas Superfciales sección elegida, con objeto de que los niveles mencionados aumenten, permitiendo de esta manera su captación, a este aprovec*amiento se le denomina presa derivadora.
3na presa derivadora cuenta con las siguientes estructuras au(iliares cortina vertedora, obra de toma, obras de control y obra de desvío. !n este capítulo se aborda e(clusivamente la obra de toma en lo referente a su diseño *idráulico y de operación.
La obra de captación en ríos que qui"á ofre"ca el mejor funcionamiento es la presa derivadora. =ásicamente consiste en una cortina vertedora, la obra de toma y la estructura de limpia.
La cortina vertedora construida para obturar el cauce conserva un nivel de agua constante aguas arriba de la presa, en cualquier época del año, lo que permite diseñar la obra de toma con esta característica, dimensionando los conductos y demás elementos en función del gasto a derivar. La obra de toma está formada por orificios alojados en un muro vertical obturados con compuertas y operados con mecanismos manuales o eléctricos. $on el fin de evitar la entrada del a"olve a la obra de toma se construye una estructura de limpia o desarenador, la cual está locali"ada *acia aguas abajo y su plantilla por debajo del umbral de la obra de toma para dar cabida a un volumen para a"olve. La limpie"a de la estructura se logra mediante la apertura de compuertas radiales.
$aptación en Presa de almacenamiento La selección del mejor tipo de presa para un sitio en particular depende de diversos factores topografía, geología y clima, entre otros. !l costo relativo de los diversos tipos de presas depende principalmente de los bancos de material cercanos y de su factibilidad de transporte *asta el lugar de la construcción
Las presas cuentan con diversas obras que garanti"an su operación eficiente bajo diversas circunstancias cortina, obra de toma y obra de e(cedencia. !l agua que fluye por el cauce de un río es atrapada y almacenada por medio de la cortina, llevando a cabo su e(plotación mediante la obra de toma, y, por otro lado, garanti"ando la seguridad de la estructura propia y de la infraestructura urbana o rural ubicada aguas abajo sobre el cauce, mediante las obras de e(cedencia9 este libro trata sobre el diseño de las estructuras necesarias para disponer del recurso seg+n los requerimientos de demanda, es d ecir, las obras de toma.
!n general, una obra de toma consiste en estructura de entrada, conductos, mecanismos de regulación y emergencias con su equipo de operación y dispositivos para disipación de energía.
Captación de Aguas Superfciales $aptación en almacenamientos !n un almacenamiento natural, como un lago o laguna, o dentro del vaso de una presa ya construida, la obra de toma presenta la geometría de una obra de toma directa, locali"ada en las orillas o dentro del lago e incluso si la orilla no presenta condiciones topográficas o geológicas adecuadas la obra de toma puede ser flotante.
!n general, las obras de toma descritas son adaptables a un almacenamiento, sin embargo, e(iste una obra de toma que es posible instalar dentro de un lago, laguna o en el vaso de una presa de almacenamiento9 a esta estructura se le denomina obra de toma selectiva. La obra de toma selectiva permite obtener siempre agua de la mejor calidad sin importar el nivel que se presente en la captación.
$onsiste en bra"o rígido articulado en un e(tremo y provisto de una abertura o toma protegida con rejillas, a su ve" el bra"o rígido permite la conducción del agua *acia su destino. !l mecanismo de operación del bra"o rígido se encuentra alojado en una balsa y el cual soporta al bra"o por medio de un cable. $on el fin de facilitar la operación, el bra"o rígido cuenta con flotadores.
$aptación de 5anantiales ?o siempre es de buena calidad bacteriológica el agua de un manantial9 en muc*os casos no son más que po"os superficiales cuya agua procede de un estrato acuífero compuesto de piedra cali"a fragmentada, arena o grava, situada a escasa profundidad. 4ebido a que no siempre es posible determinar la profundidad del estrato en que se encuentran las aguas, ni si el agua está protegida de la contaminación superficial por la impermeabilidad del terreno, es necesario tomar precauciones rigurosas antes de aprovec*arla para el consumo *umano y para beber.
Los manantiales que se enturbian después de las lluvias indican que el acuífero *a recibido una carga posiblemente contaminada.
Los manantiales se clasifican seg+n su punto y forma de brotar en la superficie en a7 5anantial de 'floramiento suelen aparecer en el fondo de los valles, en las laderas de los mismos o en los afloramientos de formaciones impermeables, saliendo a través de sus discontinuidades. b7 5anantial emergente proceden de la elevación del nivel freático *asta alcan"ar una vaguada, estando sujetos al caudal del manto y a las variaciones estaciónales del nivel del agua. c7 5anantial de @rieta o Ailón surgen cuando *ay veneros ascendentes que tienen carga suficiente para salir al e(terior. 5uc*as de las fuentes termales y medicinales son de este tipo. #tro nombre dado a estas fuentes es el de %manantial ascendente&.
Captación de Aguas Superfciales $anal de 4erivación $onsiste en simples bocatomas acopladas a un canal de derivación. 8e utili"aran en ríos de gran caudal en los cuales los mínimos de estiaje aportan el tirante de agua necesario para derivar el caudal requerido. 4eberán preverse rejas, tamices y compuertas para evitar el ingreso de sólidos flotantes. 8on recomendables en "onas de muy baja pendiente. !l canal de derivación se construirá sobre tramo rectilíneo o en tramo de transición entre curvas del curso superficial para el nivel mínimo de aguas.
$aptación de toma lateral !s la obra civil que se construye en uno de los flancos del curso de agua, de forma tal, que el agua ingresa directamente en una caja de captación para su posterior conducción a través de tuberías o canal. !ste tipo de obra debe ser empleada en ríos de caudal limitado y que no produ"can socavación profunda. La obra de toma se ubicará en el tramo del río con mayor estabilidad geológica, debiendo prever además muros de protección para evitar el desgaste del terreno natural.
La obra de toma lateral, también es empleada en presas derivadoras. La toma se locali"a lateralmente a la presa o en cualquier punto del perímetro del vaso de agua.
Captación de Aguas Superfciales $aptación de toma en dique !s la obra que consiste en un dique de represamiento construido transversalmente al cauce del río, donde el área de captación se ubica sobre la cresta del vertedero central y está protegida mediante rejas q ue permiten el paso del agua.
4. Aplicación !o recomendaciones para el uso de cada obra "idr#ulica $aptaciones del agua en embalses •
La regulación de caudales a lo largo del año, lo que permite un mejor aprovec*amiento de las aguas superficiales.
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'l disminuir la velocidad del agua en el embalse se produce una decantación de las materias en suspensión lo que contribuye a mejorar la calidad del agua y en concreto a clarificarla.
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Las aguas fluyentes al me"clarse con las aguas embalsadas contribuyen a una mejora de la calidad.
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La autodepuración propia del ecosistema que constituye el embalse, contribuye a la mejora de la calidad de sus aguas siempre y cuando este no entre en fase de eutrofi"ación.
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Los gérmenes patógenos se encuentran en un medio inadecuado 6alimento, temperatura, pB, radiación solar, etc.7 y mueren rápidamente atacados por los p roto"oos.
Captación de Aguas Superfciales
$. %enta&as Des'enta&as de su utili(ación %ariables Disponibilidad de caudal %ariación de caudal )ocali(ación *+tracción Costo de ,ombeo Caracter-sticas -sicas /rado de 0inerali(ación Contaminación
Tratamiento
Agua Superficial 5ayor disposición 5uy variado $asi siempre se sit+an largos del sitio de consumo. ?o siempre se requiere de bombeo. 5ás =ajos Presentan mayor turbiedad en invierno. Cariable 'lta posibilidad de contaminación bacteriológica sobre todo en época de invierno. !n general el costo es muy alto.
. Operación 0antenimiento de Obras de Captación de Aguas Superficiales. $ontrol de Durbiedad •
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8e debe fijar un límite permisible de turbiedad para captar el agua que debe estar de acuerdo con la capacidad de la planta de tratamiento, aguas debajo de la captación, para la remoción de este parámetro. 8e debe controlar la turbiedad del agua de la fuente con cierta frecuencia al día, la cual se debe incrementar en épocas de lluvias o avenidas. 8i la turbiedad e(cede el límite permisible fijado, se debe suspender la captación del agua, para lo cual se debe abrir totalmente la compuerta de represamiento o cerrar la válvula o compuerta aguas debajo de la toma. Para reali"ar el control se recomienda el empleo del turbidímetro de EacFson. Los operadores deben estar entrenados en este control.
Limpie"a de las rejas •
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8e debe limpiar en forma permanente las rejas y rejillas que retienen los sólidos flotantes, para evitar reducir el caudal de captación. 4esprender los residuos flotantes de las rejas verticales y e(traerlos de las rejas inclinadas. Los residuos e(traídos deben ser dispuestos adecuadamente con contenedor desde donde se trasladará al relleno sanitario de la comunidad. Para la e(tracción de sólidos se debe emplear *erramientas construidas localmente.
Captación de Aguas Superfciales •
!l operador debe contar con la indumentaria adecuada para la ejecución de esta tarea.
4esarenado del lec*o del río •
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$uando el nivel de sedimentos en el lec*o del río, se encuentre pró(imo a la ventana o tubo de captación se debe abrir la compuerta de represamiento y desarenar por espacio de - a <- minutos. )eali"ar esta actividad sólo en temporadas de lluvias o avenidas, cuando el flujo en la fuente sea mayor a la demanda de población.
)egulación de compuertas •
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La compuerta de captación se regulará de acuerdo al caudal que requiera la planta de tratamiento. La compuerta de represamiento se operará sólo en temporadas de avenidas, regulándola para captar lo necesario y dejando pasar el remanente.
$aja de captación •
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4esarenar la caja de captación cuando el nivel de sedimentos afecte el flujo de agua a través del vertedero. !n promedio cada seis meses. Levantar el vertedero de alivio y abrir la válvula de la línea de desag>e. 4esarenar por un tiempo entre - a <- minutos.
5antenimiento de canales •
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3na ve" por año reali"ar el mantenimiento de los canales, retirando los sedimentos acumulados. 8emanalmente o con una frecuencia determinada en base a la e(periencia local, retirar *ierbas del talud, retirar troncos de árboles o piedras voluminosas u otros materiales que puedan interrumpir el flujo en el canal y originar el rebose. Gnspeccionar que no se empleen los canales como botadero de basura o vertido de residuos líquidos.
$alibración de elementos de medición •
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Por lo menos cada seis meses, se deben calibrar los vertederos de medición del caudal que ingresa a la planta, determinando la ecuación $audal vs 'ltura correspondiente. 8e debe instalar una regla graduada en el vertedero para leer el tirante de agua sobre el mismo. !l operador debe disponer una tabla de altura vs caudal, con el cual determinará el caudal captado. 8e deben llevar el control de registros del caudal captado.
Captación de Aguas Superfciales
5antenimiento mecánico •
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8emanalmente se debe reali"ar un mantenimiento preventivo a las instalaciones de la captación. $onsiste principalmente en garanti"ar el funcionamiento adecuada de válvulas y compuertas en todo el sistema de captación $onstrucción de *erramientas para la limpie"a de las rejas y rejillas. 5antenimiento del cauce, cuando las estructuras de defensa se encuentran dañadas por la erosión del río.
$ontrol de calidad •
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8e debe reali"ar el control bacteriológico del agua captada por lo menos una ve" cada seis meses. 8i se tiene conocimiento de la e(istencia de una fuente de contaminación local, se debe incrementar la frecuencia del control.
Turbid-metro de bu&-a acson 1.
Descripción
!l Durbidímetro de bujía EacFson se emplea para la medición de la turbiedad, siguiendo el método del mismo nombre, el cual consiste en lo siguiente
a5 Tubo de cristal graduado
4ebe presentar un fondo plano pulido del cristal óptico y debe satisfacer las necesidades para tubos de ?essler, debe conservarse limpio y libre de ralladuras, y debe tener una graduación en la cual se mida directamente la turbiedad.
b5 ,u&-a o 'ela patrón
8e debe fabricar de cera de abejas y esperman y debe estar calibrado para quemar 1,H a I,:< g 6::J a :2< granos7 por *ora.
8e debe mantener una distancia uniforme entre la llama y el fondo del tubo. Basta donde sea posible se debe mantener el tamaño de la flama constante, para lo cual se debe evitar las corrientes de aire y despabilar frecuentemente la vela para eliminar la porción calcinada.
Captación de Aguas Superfciales
c5 Soporte de la bu&-a
$onsiste en un cilindro con resorte interior, que obliga a la bujía a que se mantenga a presión contra la corona del soporte, seg+n se vaya c onsumiendo, debiendo encontrarse dic*a corona a 1,< cm abajo del fondo del tubo de cristal.
!l soporte mantiene el alineamiento de la bujía y el tubo, de tal manera que coincidan sus ejes longitudinales.
2.
6rincipio de determinación de turbiedad
La determinación de turbiedad se basa en el paso de la lu" a través de una suspensión, que justamente *aga desaparecer la imagen de la flama de una bujía patrón, esto es, que la *aga indistinguible contra el fondo de la iluminación general, cuando se observa la flama a través de la suspensión. ' mayor trayectoria de la lu" es más bajo el valor de la turbiedad.
3.
6rocedimiento
3.1
6ara turbiedades entre 2$ 177 unidades
8e vierte la muestra en el tubo de cristal *asta que justamente desapare"ca de la vista la imagen de la flama9 en ese instante se debe observar un campo uniformemente iluminado, sin manc*as brillantes. Bacia el final, la muestra se debe ir agregando muy lentamente, y después de la desaparición de la imagen, con sólo retirar el : por :-- de la muestra, la imagen debe ser nuevamente visible. Leer en el tubo graduado el valor de turbiedad.
3.2
Turbiedades maores a 17777 unidades
La muestra se debe diluir con uno o más vol+menes de agua e(enta de turbiedad, *asta que la turbiedad de la dilución sea menor de :--- unidades. La turbiedad de la muestra original se calcula a partir de la turbiedad de la muestra diluida y del factor de dilución. Por ejemplo, si se agregan cinco vol+menes de agua e(enta de turbiedad a un volumen de muestra, y si la muestra diluida tiene una turbiedad de /-- unidades, la turbiedad de la muestra original resulta de --- unidades.
Captación de Aguas Superfciales
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