60
DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS DEPARTAMENTO INGENIERIA DE RECURSOS HIDRICOS HIDRICOS ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO ALCANTARILLADO CAPTACIONES CAPTACIONES Ing.º Longa A Álvarez, José CAJAMARCA AGOSTO - 2011

Captacion Final

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Captacion Final

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

Page 2: Captacion Final

CAPTACION

R

LC

LD

COMUNIDAD

CRP T-7

VALVULA DE PURGA

VALVULA DE PURGA

TUBO ROMPE CARGA

VC

Partes del sistema de agua potable

Page 3: Captacion Final

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.

Page 4: Captacion Final

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.

Page 5: Captacion Final

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.

Page 6: Captacion Final

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.

Page 7: Captacion Final

Captación Rio Grande

Page 8: Captacion Final

Captación Rio Grande

Page 9: Captacion Final

Captación Rio Grande

Page 10: Captacion Final

Captación Ronquillo

Page 11: Captacion Final

Captación Atarjea (LIMA)

Page 12: Captacion Final

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.

Page 13: Captacion Final

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.

Page 14: Captacion Final

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.

Page 15: Captacion Final

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.

Page 16: Captacion Final

AFLORAMIENTO DE AGUA SUBTERRANEASAFLORAMIENTO DE AGUA SUBTERRANEAS ANTES DE SER CAPTADO ANTES DE SER CAPTADO

Page 17: Captacion Final
Page 18: Captacion Final
Page 19: Captacion Final
Page 20: Captacion Final

Captación RuralCaptación Rural:

• Niveles – C. Rebose• Tapa inspección• Relleno C° pobre

Page 21: Captacion Final

Dado móvilDado móvil:

En Captación, Reservorios, CRP, Válvulas de Purga

Page 22: Captacion Final

AGUA SUBTERRANEA CAPTADA CON ORIFICIOS DEAGUA SUBTERRANEA CAPTADA CON ORIFICIOS DE INGRESO SOBRE EL NIVEL DEL AGUA INGRESO SOBRE EL NIVEL DEL AGUA

Page 23: Captacion Final

BRUÑADO SOBRE LA CAPTACION, PARA HACER ELBRUÑADO SOBRE LA CAPTACION, PARA HACER EL MANTENIMIENTO DEL PREFILTRO MANTENIMIENTO DEL PREFILTRO

Page 24: Captacion Final

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.

Page 25: Captacion Final

AGUA SUBTERRANEA CAPTADA, CAJA HUMEDA AGUA SUBTERRANEA CAPTADA, CAJA HUMEDA ENTERRADAENTERRADA

Page 26: Captacion Final

Captación con caja válvula

Page 27: Captacion Final

Captación sin caja válvula

Page 28: Captacion Final

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

Page 29: Captacion Final

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

Page 30: Captacion Final

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

Page 31: Captacion Final

MÉTODOS GEOLÓGICOS

Se recurre a métodos tales como la interpretación de mapas, fotogrametría y fotointerpretación, y perforaciones en el campo

FOTOGRAFÍAFOTOGRAFÍA AÉREAAÉREA

Page 32: Captacion Final

MÉTODOS GEOFÍSICOSConsiste en la utilización de métodos tales como refracción sísmica, resistividad eléctrica y perfiles eléctricos

GRÁFICOS DE RESISTIVIDAD

ELÉCTRICA

(ohm-m).

Page 33: Captacion Final

RESULTADO BIDIMENSIONALRESULTADO BIDIMENSIONALDE LA PROSPECCIÓN ELÉCTRICADE LA PROSPECCIÓN ELÉCTRICA

Page 34: Captacion Final

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

Page 35: Captacion Final

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)

Page 36: Captacion Final

ACUIFERO CONFINADO

Page 37: Captacion Final

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

Page 38: Captacion Final

ACUIFERO LIBRE

Page 39: Captacion Final

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

Page 40: Captacion Final

POROSIDAD

Page 41: Captacion Final

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.

Page 42: Captacion Final

PERMEABILIDAD

Page 43: Captacion Final

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.

Page 44: Captacion Final

TRANSMISIVIDAD

Page 45: Captacion Final

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

Page 46: Captacion Final

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

Page 47: Captacion Final

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

Page 48: Captacion Final

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

Page 49: Captacion Final

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).

Page 50: Captacion Final

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

Page 51: Captacion Final

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.

Page 52: Captacion Final

POZO EN ACUÍFERO CONFINADO

Page 53: Captacion Final

POZO EN ACUÍFERO NO CONFINADO

Page 54: Captacion Final

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:

Page 55: Captacion Final

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:

Page 56: Captacion Final

SUPERPOSICION DE LAS GRAFICAS, METODO DE THIES

CURVA DE CURVA DE PRUEBAPRUEBA

CURVA CURVA PATRONPATRON

Page 57: Captacion Final

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.

Page 58: Captacion Final

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

Page 59: Captacion Final

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.

Page 60: Captacion Final

GRACIAS………………..