Spring catchment/es
Manantiales naturales
Humanos y manantiales
Los manantiales naturales determinan los asentamientos de muchas comunidades antiguas en todo el mundo. Muchas personas los respetan y los consideran sagrados y poseen cualidades especiales. A lo largo de la historia de la humanidad, la frescura de sus aguas ha saciado la sed de muchas almas y su fiabilidad ha sustentado a numerosas comunidades. Los manantiales se producen de forma natural en todo el mundo donde el nivel freático subterráneo se encuentra a la superficie. Existen diversas maneras de clasificarlos. El tipo de acuífero del que provienen, las características geológicas que los forman, la distribución de su descarga, su temperatura y sus componentes químicos son características distintivas que permiten clasificarlos. Afloran a la superficie por gravedad o bajo presión, y su caudal varía desde un simple hilito hasta 250 millones de galones diarios (Kincaid, 2009). Los manantiales suelen encontrarse en lugares con alto relieve y abundantes precipitaciones. El agua subterránea que emerge se filtra naturalmente a través del subsuelo. La calidad del agua de manantial depende de los componentes presentes en el subsuelo, pero generalmente es adecuada para agua potable. Los manantiales pueden aflorar en una zona expuesta o directamente en un cuerpo de agua, como un río o un lago. Un manantial abierto suele acumularse y fluir de forma canalizada, ofreciendo una fuente de agua fácilmente captable. Dada la alta calidad de su agua y su amplia distribución, los manantiales naturales han proporcionado agua potable a la humanidad durante generaciones en todo el mundo.
Desarrollo de primavera
Al desarrollar este recurso limpio y confiable que nos brinda la naturaleza, es fundamental garantizar que la construcción no solo obtenga el caudal deseado, sino que también proteja el manantial para un futuro sostenible. Es fundamental en el uso de un manantial garantizar la calidad y cantidad de su agua. El uso excesivo, la contaminación superficial proximal y el desarrollo inadecuado son los factores habituales que deterioran la calidad del manantial. El uso de terrenos cercanos a un manantial por parte de la ganadería, la industria, el transporte o la agricultura puede contaminar la fuente de agua, especialmente si se encuentra en laderas superiores. Durante las escorrentías, estos contaminantes pueden ser transportados y mezclados con el agua del manantial. Dada la presión natural a la que se encuentran las salidas de los manantiales, su manipulación puede causar daños irreversibles. Durante la construcción, el caudal puede disminuir al crear una contrapresión que puede desviar permanentemente el agua del manantial a otro lugar con menor presión de resistencia. La compactación sobre y alrededor de la salida del manantial puede alterar la trayectoria del flujo subterráneo. Por razones físicas y sociales, es fundamental implementar técnicas adecuadas de captación de agua de manantial para preservar su valor.
Geología de primavera
El agua de manantial proviene de las precipitaciones. A medida que el clima cambia, los manantiales actúan como indicadores perfectos de la reacción de una cuenca hidrográfica a los cambios en las precipitaciones. Cuando la lluvia o la nieve tocan el suelo, algunas partículas de agua se evaporan o son aprovechadas por las plantas, otras escurren hacia los ríos y el resto se infiltra. Esta agua subterránea se desplaza por gravedad y presiones subterráneas hacia ríos, lagos y océanos, aunque a veces aflora a la superficie en forma de manantial. Un manantial representa el agua subterránea en la superficie. Esto ocurre cuando la pendiente del gradiente freático es menor que la pendiente superficial, lo que se conoce comúnmente como manantial de depresión (Bryan, 1919). Un tipo común de manantial, llamado manantial de contacto (Bryan, 1919), tiene una capa o conducto impermeable que guía el flujo de agua subterránea hacia la superficie. Esto ocurre comúnmente en los contactos de capas geológicas que están expuestos verticalmente, con la capa menos permeable del fondo actuando como una plataforma (Bryan, 1919). Además, las fallas y fracturas en el sustrato pueden crear discontinuidades y vías por las que el agua puede fluir hacia la superficie. Un manantial artesiano es aquel que se encuentra bajo presiones superiores a las normales, lo que provoca que el agua rompa la superficie. Estos manantiales se encuentran comúnmente en dolinas (Stringfield, 1966) y en topografía kárstica. Rara vez se encuentran en zonas extremadamente planas debido al potencial de flujo de la energía gravitacional y la presión de la cabeza. El agua que brota de un manantial puede centralizarse desde algún tipo de conducto, lo que facilita su captación, o puede dispersarse en una amplia zona. La dispersión puede provenir de diversas diaclasas y fracturas, vegetación o topografía superficial. El agua de manantial también puede formar un charco de recolección cerca del ojo del manantial, lo que puede dificultar su localización. Es fundamental considerar la geología física de un manantial para asegurar su explotación eficaz (Meuli, 2001).
Captación eficaz de agua de manantial
La primavera adecuada
Sobre todo, los manantiales son recursos hídricos delicados y finitos que exigen una gestión cuidadosa. No todos los manantiales son aptos para el desarrollo humano. Hay varios factores que se deben considerar antes de modificar cualquier aspecto de la cuenca hidrográfica de un manantial. Antes de aprovechar un manantial para el consumo humano, el agua debe tener una calidad adecuada para el consumo humano, así como un suministro abundante.
Fuente adecuada (calidad del agua)
La calidad del agua de manantial depende de la composición y concentración mineral natural del acuífero, la contaminación presente y la presencia de bacterias. Existen varias señales reveladoras de que el agua de manantial es apta para el consumo humano. Una señal obvia de que no es potable es la ausencia de vida visible alrededor del manantial. Esto podría indicar condiciones extremadamente básicas o ácidas cuyo tratamiento podría requerir demasiado energía. Observe la cuenca hidrográfica situada por encima del manantial para detectar cualquier uso o perturbación. Los usos agrícolas e industriales en las zonas altas del manantial pueden tener efectos perjudiciales en la calidad del agua. La defecación al aire libre y las unidades de saneamiento cercanas pueden causar contaminación viral, patógena y bacteriológica directa. Analizar el agua en la fuente es esencial antes de su desarrollo. Las pruebas más comunes para asegurar el agua potable incluyen: sólidos disueltos totales, pH, compuestos orgánicos volátiles y formas de E. coli. La Tabla 1 muestra varias pruebas sensoriales eficaces que pueden emplearse sin instrumentos. Las directrices de la Organización Mundial de la Salud para el consumo seguro de agua potable establecen niveles aceptables de componentes del agua [1].
Suministro adecuado (cantidad de agua)
La cantidad de agua que necesita el usuario depende de varios factores técnicos y sociales. En última instancia, la cantidad de agua deseada debe depender de la demanda diaria promedio de la población usuaria. Esta es el resultado del producto del consumo por persona y la población total prevista durante el desarrollo.
DEMANDA DIARIA PROMEDIO = POBLACIÓN FUTURA DE DISEÑO * CONSUMO PERSONAL AÑADIDO (L/min) = Pf * Cpp (L/min)
Una fuente típica de consumo por persona es de 25 a 50 galones por persona por día (OMS), y la población debe tener en cuenta el crecimiento y la esperanza de vida.
POBLACIÓN DE DISEÑO FUTURA = POBLACIÓN ACTUAL * (1 + TASA DE CRECIMIENTO * PERIODO DE DISEÑO/100) Pf = Pc * (1 + r % * td/100)
Un práctico modelo de hoja de cálculo para calcular sistemas de agua, creado por la sección EWB-Fort Lewis College. Si bien la cantidad de agua necesaria la determina el usuario, la cantidad disponible depende del caudal del manantial. Medir con precisión la cantidad de agua que produce el manantial es fundamental en cualquier escenario de desarrollo. Se pueden utilizar diversas técnicas de medición, pero es fundamental considerar la variabilidad temporal al realizar análisis de la cantidad de agua. El clima y las precipitaciones fluctúan a lo largo del año, lo que afecta los niveles freáticos y, por lo tanto, el caudal del manantial. Los cálculos del caudal del manantial deben incluir el caudal estacional más bajo. Los caudales mínimos pueden presentarse al final de la estación seca, pero es común encontrarlos varios meses después y hasta bien entrada la estación lluviosa. Las mediciones más precisas consideran cada partícula de agua en el sistema del manantial. Contabilizar el caudal total de un manantial puede resultar complicado (EWB, 2010). Existen dos métodos distintos para medir el caudal de agua. El más común consiste en medir el tiempo necesario para llenar un volumen determinado. En este método, la estimación del caudal y la posterior elección del recipiente contribuyen a la precisión y eficiencia del proceso. Los caudales más altos requieren recipientes de medición más grandes que los caudales más bajos. En definitiva, cuanto más tiempo se tarde en llenar el recipiente, más precisos serán los datos.
VOLUMEN (litros) / TIEMPO (segundos) = CAUDAL (L/s) V/t = Q
Otro método para medir el caudal es medir la velocidad del flujo canalizado sobre el área de la sección transversal del flujo. VELOCIDAD = CAMBIO EN LA DISTANCIA / TIEMPO v = (dx/dt) / t
Si se encuentra el área de la sección transversal del canal y se mide la velocidad promedio de la descarga del manantial, se puede aproximar el flujo.
CAUDAL (m3/s) = VELOCIDAD (m/s) * ÁREA (m2) Q = v * A
La velocidad promedio puede medirse enviando partículas flotantes por el flujo canalizado a una distancia conocida, midiendo la variación temporal. El área de la sección transversal puede medirse en el suelo, pero debido a las ondulaciones de la topografía natural, resulta útil la construcción temporal de un vertedero.
No es el resorte adecuado
Si las estimaciones de la investigación del manantial indican que este no es una fuente de agua adecuada para el usuario, se pueden considerar varias consideraciones. La calidad del agua suele ser dinámica y tiene la capacidad de mejorar. Detectar la contaminación y su origen, y eliminarla, es una solución obvia. Evaluar el uso del suelo aguas arriba del manantial y eliminar las posibles fuentes de contaminación es la táctica más eficaz. Implementar técnicas de protección del recurso, como cercar la zona de recolección próxima y construir dispositivos de desviación de escorrentía, puede resolver el problema de la calidad del agua. El tratamiento del agua es otra opción viable.
En caso de no alcanzar la cantidad deseada de descarga de manantial, se debe considerar la posibilidad de reconsiderar el uso del agua. El agua de manantial se considera de mayor calidad que la de la escorrentía superficial de los ríos y podría reservarse exclusivamente para consumo humano, mientras que las demás fuentes pueden utilizarse para bañarse y cocinar (si se tratan adecuadamente). Considere la posibilidad de explotar varios manantiales si existen en la cuenca hidrográfica y si es factible añadirlos al sistema de abastecimiento. Esto se recomienda en cualquier desarrollo de cuencas hidrográficas de manantial, dada la fiabilidad provisional del caudal de los manantiales y la inexactitud de las evaluaciones previas a la implementación (Meuli, 2001).
flujo de gravedad
Un problema común en la distribución por tuberías relacionada con la tecnología de captación de manantiales es la falta de carga hidrostática. Las áreas de manantiales pueden formarse en depresiones topográficas y en zonas relativamente planas. Al instalar un sistema de distribución en la toma de manantiales, se debe realizar un esfuerzo considerable durante la construcción de la captación para obtener la carga hidrostática adecuada y garantizar los caudales de entrada deseados. Esto se logra inspeccionando el área y asegurando que la energía del flujo sea adecuada, utilizando la línea de rasante hidráulica (LGH) y las elevaciones de las tuberías como evaluación. La línea de rasante hidráulica es simplemente la suma de la carga hidrostática sobre el peso específico de un líquido y la carga hidrostática.
HGL = z + p/y en metros
La suma de la línea de pendiente hidráulica y la carga de velocidad es la línea de pendiente de energía (LGE). LGE + v²/2g = LGE
La elevación de la línea de distribución no debe superar la elevación de la línea de nivel de energía. Si no hay flujo entrando a la unidad de toma y se produce un reflujo en el punto de descarga del manantial, permita que el agua del manantial fluya libremente rápidamente para reducir la contrapresión. Es posible que la línea de flujo esté por encima de la línea de nivel hidráulico y se requiera una mayor altura de elevación. En este caso, se recomienda excavar una zanja adicional para la tubería.
construcción de captación de
Dada la amplia variedad de manantiales, cada uno presenta tecnicismos de desarrollo específicos a sus características. Se pueden aplicar directrices generales, pero deben adaptarse a cada caso. En este documento se describen dos tipos de diseño, elegidos en función de las salidas de fuente puntual, la modificación del sitio y la situación financiera del usuario. El diseño de caja de manantial funciona mejor cuando el manantial nace en una ubicación específica (1-2 m de ancho). El diseño de estanque considera una fuente puntual única o una zona de filtración que se concentra en un estanque próximo al punto de origen. Una consideración importante en el diseño de una cuenca de captación de manantial es minimizar la exposición superficial del agua. Esto disminuye la probabilidad de que entren contaminantes al sistema provenientes de la escorrentía, el contacto con animales, humanos y cualquier otra fuente potencial de contaminación (Niskanen, 2003). Esto se logra asegurando que la construcción de la cuenca de captación de manantial se realice lo más cerca posible del punto de exposición al manantial.
Caja de primavera
Un dispositivo eficaz de captación de manantiales recoge toda la descarga deseada en una unidad y canaliza el agua hacia una tubería para su distribución. El diseño de un arqueta de manantial tiene en cuenta que muchos entornos de manantiales naturales dificultan la captación de toda la descarga, por lo que requiere una considerable manipulación del terreno para su eficacia. Es importante recordar que la arqueta NO es una unidad de almacenamiento y que su función principal es recolectar el agua de la zona de descarga del manantial. Una unidad de almacenamiento debe ubicarse fuera y debajo del área de captación del manantial para reducir la compactación y las perturbaciones (Meuli, 2001).
Precauciones
La excavación de la salida del manantial es necesaria para captar adecuadamente toda la descarga, garantizar que la construcción no obstruya el recurso del manantial y ubicar correctamente la caja de recolección. Una excavación cuidadosa permite visualizar mejor la naturaleza del manantial y facilitar su manejo (Meuli, 2001). Para obtener la descarga del manantial más confiable, la excavación y la construcción deben realizarse durante la estación seca, aunque es importante conocer la magnitud de la descarga del manantial durante los caudales máximos y tenerla en cuenta durante la construcción. Como se mencionó anteriormente, este método requiere una manipulación considerable del manantial y, por lo tanto, aumenta la probabilidad de daños irreversibles al recurso del manantial por compactación e inversión de presión. Una vez que se restringe el flujo hacia el manantial y posteriormente se incrementa la presión de salida, aumenta considerablemente la posibilidad de que la presión del agua sea forzada a salir en otra ubicación. Esta ruta alternativa puede resultar en una ruta menos tortuosa y con menor resistencia para el flujo y cambiar permanentemente la ubicación de la salida del manantial. Mediante la construcción de una unidad de recolección provisional y una tubería de salida (es decir, un cubo y una manguera), se debería desviar el agua del manantial durante la construcción.
Construcción
Una vez finalizada la excavación y definida la ubicación de la salida del manantial, puede comenzar la construcción del arqueta. La cimentación de la estructura de hormigón debe estar sobre o justo dentro de la superficie impermeable responsable del flujo del agua del manantial. El esquema a la derecha muestra un diseño propuesto de arqueta construido en hormigón. La toma de tuberías y el rebosadero entubado se excluyeron del esquema de diseño debido a consideraciones específicas, pero suelen estar dentro de la arqueta. La tubería de entrada debe estar por debajo de la tubería de rebosadero, pero por encima del suelo de la arqueta, al menos 7,6 cm, para compensar la sedimentación (Hofkes, 1983). Ambas salidas deben estar a la misma altura o por debajo de la elevación de la fuente del manantial para evitar la acumulación de contrapresiones. Las alas laterales en el exterior de la arqueta actúan como barreras que retienen el flujo del manantial hacia la arqueta. La arqueta debe tener una tapa para facilitar la limpieza de la sedimentación, las pruebas de agua y cualquier mantenimiento que pueda requerirse.
Colección de retención
La unidad de recolección de retención está diseñada para manantiales que se acumulan naturalmente en el punto de descarga. Si bien la exposición a ambientes superficiales es mayor y la mitigación de la contaminación se ve ligeramente comprometida, estos manantiales recolectan el agua de forma natural y la centralizan, lo que reduce la necesidad de excavaciones y técnicas de recolección forzada. Esta técnica minimiza los costos de construcción.
Construcción
Esta técnica de recolección de manantiales utiliza una poza natural preexistente como punto de recolección, que incluye una toma entubada y una pequeña presa de retención. La figura a la derecha muestra la poza de retención completa con una presa de retención reforzada con concreto y una estructura de toma entubada. La toma entubada consta de seis filas en bucle de tubería perforada, colocadas a diferentes alturas para compensar la acumulación de sedimentos, la obstrucción por vegetación y las fluctuaciones del caudal del manantial. Una malla envuelve el aparato de toma a modo de filtro para reducir aún más la obstrucción de la tubería perforada. La salida de la tubería de toma está a nivel de la salida del ojo del manantial. En la mayoría de los manantiales de bajo caudal, las tasas de sedimentación son bajas y la limpieza superficial facilita el mantenimiento. Las ventajas de este diseño son principalmente su bajo costo y la capacidad técnica necesaria. Esta opción es más atractiva para comunidades y agencias con bajos recursos económicos y permite la protección de más manantiales.
Preocupaciones
Las contrapresiones generadas durante el desarrollo de la cuenca de captación de manantiales deben analizarse cuidadosamente. En el método de la presa, se debe asegurar que la altura de la presa sea la justa para minimizar la sedimentación y la presión necesaria para que el agua llegue a la estructura de toma o a la tubería de salida. La presión excesiva resultante del aumento de la presión debido a la altura de la presa puede alterar irreversiblemente el caudal y la ubicación del manantial.
Monitoreo y Operación
Si se construyen teniendo en cuenta estas consideraciones y diseños, las cuencas de captación de manantiales requieren muy poco monitoreo y mantenimiento (Meuli, 2001). El mantenimiento operativo necesario para garantizar la preservación de la calidad y cantidad del agua debe realizarse, por lo general, mensualmente. Es importante inspeccionar continuamente el área de protección, verificar que la cerca y la vegetación funcionen correctamente, que no se produzcan usos no previstos, que la desviación de la escorrentía sea adecuada, que la erosión del suelo sea mínima y que no se hayan creado nuevos manantiales ni puntos de filtración.
Errores comunes y solución de problemas
Para garantizar un desarrollo de recursos de manantial de calidad, se destacan varios errores comunes. El desarrollo de un recurso de manantial puede ser inútil si se realiza de forma incorrecta.
- Falta de zona de protección y mantenimiento
- Los árboles plantados demasiado cerca comprometen la estructura de la colección.
- No hay suficiente vegetación para combatir la erosión.
- falta de mitigación del drenaje de aguas superficiales
- No hay ningún filtro instalado para bloquear la entrada de residuos al sistema de tuberías.
- la posición del tubo de desbordamiento es demasiado alta, lo que crea contrapresión
- gradiente de salida demasiado plano para la entrada de agua
- No se ha instalado ningún sistema de drenaje por desbordamiento.
- No hay válvula de limpieza en el sistema de tuberías, no hay salida de ventilación que cree un vacío
Una evaluación e instalación adecuadas antes de la implementación, junto con un mantenimiento preventivo, pueden aliviar la mayoría de estos problemas potenciales.
Impactos y difusión
El desarrollo de un recurso de manantial puede tener muchos impactos en la cuenca hidrográfica local y su ecología. El principal problema es la alteración del caudal aguas abajo del manantial. Ya sea secuestrando pequeñas o grandes cantidades de agua de un arroyo que antes fluía libremente, se pueden producir cambios en la tasa de erosión, la proliferación biológica y, posiblemente, la pérdida de ecosistemas ribereños enteros. El recurso hídrico de manantial, antes desaprovechado, cae en manos de los usuarios, independientemente de su interferencia. Es común que los manantiales sean víctimas de abuso, mal uso y destrucción, ya sea por contaminación o uso excesivo. Como ocurre con cualquier alteración ambiental causada por el ser humano, se debe considerar cuidadosamente cuáles son los mejores usos y tratamientos para el recurso natural de manantial. Dada la abrumadora necesidad de agua dulce, se han desarrollado muchos manantiales y se están desarrollando utilizando estos y otros diseños similares. Organizaciones no gubernamentales, agencias gubernamentales y comunidades privadas son promotores habituales de manantiales. La difusión de esta tecnología es única, ya que existen numerosos diseños de captación de manantiales en funcionamiento, según los diversos entornos de manantiales. Estos deben construirse in situ y deben realizarse bajo la supervisión de un experto técnico.
Referencias
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