Captación de Agua superficial de Lagos y Lagnas

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

INDICE 1.

INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN.. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..... ...... ...... ...... ......2 ...2

2. OBJE OBJETI TIVO VOS. S... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....2 .2 2.1. Objetivo Objetivo General..... General.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... ................... ..................2 .....2 2.2.

Objetivos Objetivos Específic Específicos... os........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. ..............2 ......2

3.

ANTE ANTECE CEDE DENT NTES ES.. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..... ......3 ...3

4.

MARC MA RCO O TEÓR TEÓRIC ICO. O... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...4 .4

4.1.

Calidad Calidad de agua en en lagos... lagos........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ................. ........................ ....................4 ........4

4.2.

Toma de muestra muestrass de agua agua en lagos. lagos...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ................ ........................ ................5 ...5

4..

!foro.... !foro......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. .................... ....................5 ........5

4.4.

"eguridad "eguridad de la captaci#n. captaci#n...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ..............$ .........$

4.4.1. 4.4.1.

"eguridad "eguridad %uncional.. %uncional....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ................ ...................$ ........$

4.4.2. 4.4.2.

"eguridad "eguridad Contra Contra Contaminac Contaminaci#n.. i#n....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ..................... ...............$ ...$

4.4.. 4.4..

"eguridad "eguridad de &bicaci#n. &bicaci#n...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ................. ...............$ ...$

4.4.4. 4.4.4.

"eguridad "eguridad Estructural. Estructural...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .........' ....'

4.4.5. 4.4.5.

"eguridad "eguridad Contra Contra (nundacione (nundaciones... s........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. ...........' ...'

4.5.

)roceso )roceso Constructi Constructivo... vo........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............. ...................' ...........'

4.5.1. 4.5.1.

Captaci#n Captaci#n *irecta+.. *irecta+....... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .............. ..................... ......................., ...........,

4.5.2. 4.5.2.

Captaci#n Captaci#n mediante mediante Toma direct directa a sumerg sumergida ida en el el fondo+. fondo+...... .......... .......... .......... .....................-

4.5.. 4.5..

Captaci#n Captaci#n mediante mediante )lataformas )lataformas fijas To Torres/+.... rres/+......... .......... .......... .......... .......... ................ ...............11 ....11

4.5.4. 4.5.4.

Captaci#n Captaci#n mediante mediante 0uelle 0uelle de de toma+. toma+...... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ................ .............1 ..1

4.5.1. 4.5.1.

Captaci#n Captaci#n mediante mediante tomas flotantes+ flotantes+..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ................ ...................14 ........14

5.

CONC ONCLUSI USIONES Y REC RECOM OMEN ENDA DAC CIONE IONES. S... ...... .... .... .... ...... .... .... .... ...... .... .... .... .... .... .... .... ...1 .166

5.1.

ecomendac ecomendaciones iones..... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ............... ...................... ...................1$ .......1$

5.2.

Conclusion Conclusiones... es........ .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........... .................. ......................... ................ ...1$ 1$

6.

REFE REFERE RENC NCIA IAS. S... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....17 ..17

“CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL PARA LAGOS

!"#. 1


1 INTRODUCCIÓN as obras de abastecimiento de agua potable para 3onas urbanas  rurales es precedido por una serie de acciones encaminadas a lograr este objetivo primordial para el desarrollo arm#nico de las comunidades. Entre estas acciones podemos citar la planeaci#n dise6o financiamiento construcci#n operaci#n  mantenimiento de los sistemas de agua potable. 7ajo esta normativa podemos definir 8ue para cada proecto deber9 reali3arse un an9lisis o diagn#stico particular a 8ue su ejecuci#n re8uerir9 de un procedimiento informaci#n  decisi#n de las autoridades así como materiales e8uipo  apoo t:cnico. a obra de captaci#n consiste en una estructura colocada directamente en la fuente a fin de captar el gasto deseado  conducirlo a la línea de aducci#n. )ara el dise6o de obras de captaci#n de fuentes superficiales ;abr9 8ue considerar ciertos aspectos característicos a fuentes de abastecimiento en este caso de captaciones superficiales de agua potable para lagos. Esta estructura de captaci#n de este tipo de fuentes supone el dise6o  construcci#n de un di8ue o represa pero su utili3aci#n amerita una obra de captaci#n adecuada para los diferentes niveles de una obra donde la ejecuci#n de proectos de este tipo ;an sido por largo tiempo una responsabilidad de ingenieros civiles así 8ue en el desarrollo. En el presente informe se detallar9 los tipos  procesos constructivos para una captaci#n de agua superficial para lagos.

2 OBJETIVOS 1.1.

O$%&'()* G&+&,-. Conocer el procedimiento  los lineamientos para la construcci#n de una captaci#n de agua superficial para lagos.

1.2.

O$%&'()*/ E/!&0(0*/. Conocer el proceso constructivo de una captaci#n de agua superficial para lagos. Clasificar los tipos de captaciones para lagos (dentificar los par9metros re8ueridos para de una captaci#n de agua superficial para lagos.

CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL PARA LAGOS

!"#. 2


3 ANTECEDENTES os lagos si lo vemos desde el punto de vista formal son cuerpos de agua dulce de e e posee 12 2=1 lagunas de las cuales  ,-$ se locali3an en la vertiente del )acíficoA ' 441 en la del !tl9nticoA ,41 en la del Titicaca A 2 en vertientes cerradas. *e :stas 1,$ lagunas se encontraban en e
Lagunas Total

Capacid ad (MMC)

3896

1996

23

226

7441

4610

841

149


!"#. 3


Total 12201 6981 00C/ En millones de metros c>bicos. %uente+ (nstituto @acional de ecursos @aturales.


!"#. 4


4 MARCO TEÓRICO 1.3.

C-(- & -#- &+ -#*/ a calidad del agua de lago est9 (nfluenciada por la autoBpurificaci#n 8ue se logra a trav:s de la aeraci#n procesos bio8uímicos  asentamiento de solidos suspendidos. El agua lacustre puede ser clara de bajo contenido org9nico  con elevada saturaci#n de o<ígeno. )or lo general la contaminaci#n ;umana  la animal s#lo presentan un riesgo para la salud cerca de las orillas del lago. ! cierta distancia de la orilla el agua de lago est9 generalmente libre de bacterias pat#genas  virus. "in embargo pueden estar presentes las algas particularmente en las capas superiores del agua. En lagos profundos la acci#n de las olas  la turbulencia causada por el viento 8ue golpea la superficie no afectar9n los estratos inferiores. @o ;abiendo me3cla se desarrollar9 una estratificaci#n termal con las c9lidas capas superiores de agua flotando encima de las capas frías las cuales tienen una maor densidad de masa. Como resultado de la estratificaci#n termal puede ser 8ue las capas m9s profundas de agua difieran en calidad del agua de la parte superior. a estratificaci#n termal puede ser bastante estable especialmente en condiciones tropicales. (ng. Guevara 2==5/

Figura 1 Variación de la calidad del agua con la profundidad (Ing. Guevara, 2005)

"e debe tener en cuenta la estratificaci#n termal cuando se decide sobre la locaci#n  profundidad de una captaci#n de agua de lago para prop#sitos de abastecimiento de agua. Otro factor (mportante es la presencia de algas en las capas superiores del agua. CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL PARA LAGOS

!"#. 5


En lagos profundos con agua de bajo contenido de nutrientes nitratos/ fosfatos etc./ la calidad 8uímica del agua ser9 casi la misma en toda la profundidad. )ara prop#sitos de abastecimiento el agua de estratos inferiores tendr9 la ventaja de una temperatura pr9cticamente constante. "e debe tomar medidas para e
1.4.

T*- & &/',-/ & -#- &+ -#*/. Es importante 8ue se recoja una cantidad suficiente para 8ue el laboratorio pueda ;acer los test. &n litro  medio es una cantidad adecuada. Evitar recipientes antiguos o de meta. )ara recolecci#n de muestra en lagos se debe tomar la muestra a = cm. *e la superficie para evitar los contaminantes 8ue flotan  los 8ue sedimentan. Evitar entrar en contacto con el agua. !rnalic; 2==,/

Figura 2 Toma de muesras de agua !ago Tiicaca ("el.go#.pe, 201$)

1.5.

A*,*. M'** & )&,'&&,*  0-+-&'-/ !foro con vertedero es otro m:todo de medici#n de caudal >til en caudales pe8ue6os. "e interrumpe el flujo del agua en la canaleta  se produce una depresi#n del nivel se mide el tama6o de la l9mina de agua  su altura. El agua cae por un vertedero durante cierto tiempo se mide la altura de la l9mina  se calcula la cantidad de agua 8ue se verti# en ese tiempo. !rnalic; 2==,/ Estas mediciones son v9lidas para la fec;a en 8ue se efect>an. "e recomiendan mediciones peri#dicas para conocer las variaciones del flujo. !rnalic; 2==,/


!"#. 6


Figura % &ecciones de conrol arificiales para aforar corrienes naurales

1.6.

S&#,(- & - 0-!'-0(8+

1.6.1. S&#,(- F+0(*+- Garanti3a el objetivo fundamental asegurando el caudal necesario bajo cual8uier condici#n de flujo  durante todo el período de dise6o. as posibilidades son+ • •

)ermanente suficiente )eri#dicamente insuficiente.

"i nos encontramos en el primer caso no en período al caudal del proecto debe reali3arse obras de almacenamiento o prever fuentes alternativas para cubrir ese d:ficit. as fuentes alternativas tambi:n deben utili3arse cuando el volumen es suficiente pero la calidad del agua es mu variable. (ng. Orellana 2==5/

1.6.2. S&#,(- C*+',- C*+'-(+-0(8+ @os estamos refiriendo al lugar de empla3amiento de las obras de toma 8ue debe estar lo m9s alejado posible de los puntos de volcamiento de efluentes cloacales industriales o pluviales. (ng. Orellana 2==5/ 1.6.3. S&#,(- & U$(0-0(8+ a toma se deber9 ubicar de manera de no modificar el r:gimen de escurrimiento evitando embancamientos o erosiones. En los cursos de llanura se deber9 preferir los tramos rectos de barrancas estables o bien reali3ar obras de defensa. (ng. Orellana 2==5/ &n punto importante de tener en cuenta es 8ue el acceso a la toma deber9 ser f9cil permanentemente para 8ue el personal encargado de su operaci#n  mantenimiento. En las tomas se debe evitar el arrastre de material sedimentable o flotante por lo 8ue la profundidad de la toma tendr9 una profundidad tales 8ue no permita 8ue dic;o material se absorbido por las bombas  en sitios


!"#. 7


donde no est: asegurada la sobreelevaci#n se puede utili3ar una toma flotante. En los cursos navegables la toma no deber9 interferir con el paso de embarcaciones o con elementos flotante arrastrados por el río  adem9s deber9 contar con bali3as luminosas. En los cursos de agua el sistema m9s sencillo consiste en un conducto abierto 8ue transporta el agua por gravedad a una c9mara de carga desde donde se bombea. *ic;a toma debe contar con una reja 8ue impida el pasaje de objetos 8ue puedan da6ar las bombas. (ng. Orellana 2==5/

1.6.4. S&#,(- E/',0',- a obra de toma deber9 ser estructuralmente s#lida estable  capa3 de soportar los distintos estados de cargas 8ue se le presentan durante todo el período de funcionamiento. os riesgos a asumir por estas estructuras consisten fundamentalmente en+ • • •

Duelco "ocavaci#n %lotaci#n

"e debe dise6ar de manera 8ue su forma ofre3ca la menor resistencia a la corriente de agua. (ng. Orellana 2==5/

1.6.5. S&#,(- C*+',- I++-0(*+&/ El proecto de la obra de toma asegurar9 8ue determinados elementos 8ueden por encima del nivel de m9n en las perores condiciones de manera de reali3ar mantenimiento o reparaci#n en el menor tiempo posible . (ng. Orellana 2==5/

1.7.

P,*0&/* C*+/',0'()* En lagos  lagunas la captaci#n se debe ;acer lo m9s alejada de la orilla  su entrada debe estar a una altura maor o igual 8ue 15= m del fondo  a una profundidad maor o igual =.$= m de la superficie del agua cuando estas condiciones sean posibles. *e acuerdo con las necesidades de captaci#n  con el r:gimen de volumen alimentado se pueden proectar torres de captaci#n para entregas de agua a diferentes niveles Orti3 0 2==,/. a/ a ;oa debe tener una superficie suficiente para producir los caudales re8ueridos b/ a topografía del lugar debe ofrecer un almacenamiento 8ue justifi8ue un costo ra3onable de presa volumen embalsado  un buen lugar para ubicar el vertedero de reblase.


!"#. 9


c/ Es conveniente 8ue emero  capacidad de las tomas de agua dependen esencialmente del volumen embalsado de la profundidad del embalse  de los caudales a servir. En caso de 8ue la toma fuese >nica sería for3oso colocarla a la m9til de la presa pero es evidente la conveniencia de multiplicar las tomas  disponer estas a diferentes alturas. En este caso la soluci#n #ptima es 8ue las tomas sean varias en vertical  al menos pareadas en ;ori3ontal. "e establecen dispositivos para variar a voluntad el nivel de toma del agua con lo 8ue puede conseguirse dentro de ciertos límites seleccionar las características del agua tomada. El punto de ubicaci#n deber9 tener en cuenta el movimiento de las aguas por la direcci#n de los vientos el arrastre de la contaminaci#n  los posibles problemas de contaminaci#n salina ern9nde3 !. 2===/.

1.7.1. C-!'-0(8+ D(,&0'-: Cuando el agua de un lago o laguna est9 relativamente libre de materiales de arrastre en toda :poca del a6o el dispositivo de captaci#n m9s sencillo es un sumergido. Es conveniente orientar la entrada del tubo en forma tal 8ue no 8uede enfrente la direcci#n de la corriente  se debe proteger con malla met9lica contra el paso de objetos flotantes. O)EF C&!! 1---/


!"#. ;


Figura ' rienación de u#eras * accesorios.

En el caso en 8ue la captaci#n por gravedad no sea factible debido a la topografía el m:todo de captaci#n recomendable es por bombeo. *e las bombas disponibles comercialmente la bomba centrífuga ;ori3ontal tiene la ventaja de 8ue la ubicaci#n del e8uipo de bombeo  el punto de captaci#n pueden ser distintos o sea 8ue la estaci#n de bombeo pude construirse en el sitio m9s favorable desde el punto de vista de cimentaci#n acceso protecci#n contra inundaciones etc. "u desventaja principal es 8ue la altura de succi#n 8ueda limitada  el desnivel m9
Figura 5 +apación direca

1.7.2. C-!'-0(8+ &(-+'& T*- (,&0'- /&,#(- &+ & *+*: )ara embalses lagos ríos de llanuras no navegables  relativamente libres de material de arrastre durante todo el a6o o bien ríos con navegaci#n pero 8ue por sus características posibiliten la instalaci#n la toma. En cual8uier caso se debe asegurar un calado 8ue garantice la sumergencia permanente de la captaci#n. a velocidad de apro

!"#. 1<


En lagos de poca profundidad la captaci#n debe estar lo suficientemente elevada sobre el fondo del lago como para evitar el ingreso de sedimento. (ng. Guevara 2==5/

Figura  -srucura de capación en el fondo de un lago poco profundo (Ing. Guevara, 2005)

Captaci#n cuando e
Figura  +apación cuando e/ises oscilaciones en los niveles de la superficie li#re.

1.7.3. C-!'-0(8+ &(-+'& P-'-*,-/ (%-/ =T*,,&/>: Torres para captar el agua a diferentes niveles en las m9rgenes o en el punto m9s profundo del lago o laguna. CAPTACIONES DE AGUA SUPERFICIAL PARA LAGOS

!"#. 11


Figura  -sa#lecimieno de orres de oma o mediane u#eras

Tambi:n se pueden emplear dispositivos 8ue en funci#n del nivel e
Figura 10 Torres de oma con plumas móviles

)ara sistemas de abastecimiento de envergadura 8ue capten agua en ríos importantes lagos o embalses en los cuales se bus8ue obtener una mejor calidad de agua alejando la toma de la orilla ern9nde3 !. 2===/.


!"#. 12


Figura 11 "ares una orre de oma de agua

En general est9n constituidas por una estructura elevada  cerrada apoada en el lec;o del río en las 8ue el agua ingresa para ser derivada a la ca6ería de aducci#n a>n en :poca de aguas bajas. os orificios 8ue pueden disponerse a diferentes niveles/ deben contar con rejas compuertas  dispositivos de limpie3a  accionamiento Orti3 0 2==,/.

Figura 12 Torre de oma -m#alse Fco. #elln (!a "e3a, Granada)

1.7.4. C-!'-0(8+ &(-+'& M&& & '*-: )ara el caso de e
!"#. 13


toma ;asta la orilla 8ue puede actuar como tubería de aspiraci#n o impulsi#n dependiendo de si las bombas son sumergibles o no ern9nde3 !. 2===/.

Figura 1% "laaformas fi4as (uelle de oma)

Figura 1' uelle oma de agua6 7arran8ueras rgenina

1

C-!'-0(8+ &(-+'& '*-/ *'-+'&/: Esta alternativa permite ejecutar la toma cuando se presentan dificultades como+ 1. En el nivel re8uiri:ndose poder seleccionar la profundidad de captaci#n por ejemplo en crecidas/. . 09rgenes o fondo 8ue no permitan garanti3ar la seguridad estructural de la obra civil a un coste ra3onable.


!"#. 14


Figura 15 -sación de 7om#eo Floane

E%&!*:

Figura 1$ T99- F!T:T- +anal +oloni3ador (-l +;aco, rgenina)


!"#. 15


Figura 1 "!TF9 F!T:T- 9o

!"#. 16


5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1.9.

R&0*&+-0(*+&/ &na ve3 anali3ado el tema de las obras de captaci#n 8ue e
1.;.

C*+0/(*+&/ as obras de captaci#n deben de locali3arse en 3onas adecuadas sin peligro de inundaci#n o p:rdida de la captaci#n. "e identific# el tipo de captaci#n de agua superficial para lagos para cada caso en específico. "e determin# el modo de aforo  muestro de agua en lagos debiendo tener en cuenta la altura  oscilaciones para cada lago en particular. En )er> el aprovec;amiento de lagos es mu bajo teniendo adem9s poca bibliografía de las captaciones en lagos.


!"#. 17


6 REFERENCIAS E@H@*EF 0&IOF !. !bastecimiento  distribuci#n de aguas. 4J ed. 0adrid+ Colegio de (ngenieros de Caminos Canales  )uertos 2===. -14 p. Colecci#n 5$ "einor nK $. ("7@+ ,4B,=B=1$5B !rnalic; ". 2==,/. !bastecimiento de agua por gravedad. !lmería B Espa6a+ !rnalic; LM. OT(F )!! 0. !guas superficiales. 2==,. (ng. Orellana N. 2==5/. !7!"TEC(0(E@TO *E !G&! )OT!7E. "anta %:+ &niversidad Tecnologica @acional %acultad egional osario. 0inagri.gob.pe. 2=1$/. !vailable at+ ;ttp+minagri.gob.peportalobjetivos42B sectorBagrariorecursoBagua !ccessed 22 "ep. 2=1$P. (ng. Guevara L. 2==5/. Especiali3aci#n en gerencia para el manejo de los recursos naturales del medio ambiente  riesgos  desastres con :nfasis en gesti#n ambiental urbana. 7ogot9+ &niversidad "ergio !rboleda. O)EF C&!! . 1---/. *ise6o de acueductos  alcantarillados. 7ogot9+ !%!O0EG!. (mportancia. 2=1$/. agos. onlineP !vailable ;ttp+QQQ.importancia.orglagos.p;p !ccessed 22 "ep. 2=1$P.

at+

)elt.gob.pe. 2=1$/. Culminaron con la recolección de muestras de agua en el lago Titicaca | PELT: Proyecto Especial Binacional Lago Titicaca. onlineP !vailable at+ ;ttp+QQQ.pelt.gob.pepeltculminaronBconBlaBrecoleccionBdeBmuestrasBdeBaguaB enBelBlagoBtiticaca !ccessed 22 "ep. 2=1$P.


!"#. 19

Captación de Agua superficial de Lagos y Lagnas

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