Calidad de Agua y Agua Subterranea

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil

Dpto. Académico de Hidráulica e Hidrología Curso: Recursos Hidráulicos

4. CALIDAD DE AGUA

Para los proyectos es importante determinar la calidad del agua que se utilizará para el

proyecto, así como identificar las fuentes de contaminación. Además se deberá conocer la

calidad de agua que el proyecto devuelve al sistema, cumpliendo la reglamentación relacionada

con la finalidad de evitar contaminar el medioambiente.

La calidad del agua se define en relación con su uso o actividad a la que se le destine. Se definen

los parámetros para cada caso y se comparan con los indicadores de calidad. Todo ello bajo el

marco de las Normas de Calidad. En el cuadro 1 se muestra la clasificación del agua según la ley

General de Aguas.

Cuadro 1. CLASIFICACIÓN DEL AGUA (*)

CLASIFICACIÓN

DEFINICIÓN

I.

Aguas de abastecimiento doméstico con simple desinfección.

II.

Aguas de abastecimiento doméstico con tratamiento equivalente a procesos

combinados de mezcla y coagulación, sedimentación, filtración y cloración,

aprobados por el Ministerio de Salud.

III.

Aguas para riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales.

IV.

Aguas de zonas recreativas de contacto primario (baños similares).

V.

Aguas de zonas de pesca de mariscos bivalvos.

VI.

Aguas de zonas de preservación de Fauna Acuática y Pesca Recreativa o

Comercial.

* Según Ley General de Aguas, D.L. 17752 Art. 81º

4.1 Calidad de agua municipal

Para el uso de la ciudad es importante conocer los siguientes parámetros:

- Concentración de ciertos iones

- Solidos totales disueltos (STD)

- Dureza total (DT)

- Sabor, color, olor

- pH

- DBO: Demanda Bioquímica de Oxígeno: Oxígeno consumido por los microorganismos en

la degradación bioquímica de la materia orgánica.

- OD: Oxigeno disuelto

- Patógenos dañinos: NMP: N° más probable de bacterias coliformes



- Elementos tóxicos

- Presencia de carcinógenos

En el cuadro 2 se muestra los criterios establecidos por la OMS para el agua potable de acuerdo

a la siguiente clasificación de parámetros (Fuente: CETESB, 1990)

.

Cuadro 2. Síntesis de los patrones de potabilidad de la Organización Mundial de la Salud

Según la legislación de aguas en el Perú la calidad se establece según los Estándares de Calidad

Ambiental, ECA, mostrados en el cuadro 3.



Cuadro 3. Estándares de calidad ambiental vigentes (D.S. 007-83-SA, modificado

por D.S.003-2003-SA):

Parámetro I II III IV V VI

Coliformes

Totales8,8 20 000 5 000 5 000 1 000 20 000

Coliformes

Fecales0 4 000 1 000 1 000 200 4 000

(*) Entendidos como valor máximo en 80% de 5 o más muestras mensuales

Parámetro I II III IV V VI

D.B.O. 5 5 15 10 10 10

O.D. 3 3 3 3 5 4

I. LÍMITES BACTERIOLÓGICOS (*)(Valores en N.M.P. / 100 mL)

Usos

II. LÍMITES DE DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO)

5 DÍAS, 20ºC Y DE OXÍGENO DISUELTO (O.D.)Valores en mg/L

Usos



Parámetro I II III V VI

Selenio 10 10 50 5 10

Mercurio 2 2 10 0,1 0,2

PCB 1 1 1+ 2 2

Esteres Estalatos 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

Cadmio 10 10 50 0,2 4

Cromo 50 50 1 000 50 50

Niquel 2 2 1+ 2 **

Cobre 1 000 1 000 500 10 *

Plomo 50 50 100 10 30

Zinc 5 000 5 000 25 000 20 **

Cianuros (CN) * Cianuro

WAD

80

Cianuro

WAD

80

Cianuro

WAD

100

Cianuro

Libre

22

Cianuro

Libre

22

Fenoles 0,5 1 1+ 1 100

Sulfuros 1 2 1+ 2 2

Arsénico 100 100 200 10 50

Nitratos (N) 10 10 100 N.A. N.A.

NOTAS:

* Pruebas de 96 horas LC50 multiplicadas por 0.1

** Pruebas de 96 horas multiplicadas por 0.02

LC50 Dosis Letal para provocar 50% de muertes o inmovilización de la especie del BIO ENSAYO.

1+ Valores a ser determinados. En caso de sospechar su presencia se aplicará los valores de la

columna V provisionalmente.

(2) Para el uso de aguas IV no es aplicable.

N.A. Valor no aplicable.

PESTICIDAS: Para cada uso se aplicará como límite, los criterios de calidad de aguas establecidas por el

Environmental Protection Agency de los Estados Unidos de Norteamérica.

* Parámetro modificado mediante D.S. Nº003-2003-SA (29.01.03)

III. LÍMITES DE SUSTANCIAS POTENCIALMENTE PELIGROSAS(Valores en mg/m3)

Usos



4.2 Calidad de agua para la agricultura

Para el uso de agua para la agricultura es importante conocer los siguients parámetros:

- Concentración de iones inorgánicos (sales)

Donde: STD: Solidos totales disueltos EC: Electroconductividad

Concentración de boro Dureza total, DT:

- Donde Ca y Mg se miden en mg/l - Concentración de sodio (RAS)

Donde Na, Ca y Mg se miden en meq/l , que se calcula con:

Donde p.eq. Es el cociente entre el peso atómico y la valencia

De acuerdo a la salinidad y a la alcalinidad según se muestra en la figura 1.



Figura 1. Clasificación de agua para irrigación

4.3 Calidad de agua para peces

- OD - Temperatura - Concentración de nitrógeno - Sedimentos en suspensión



5. AGUA SUBTERRÁNEA

5.1 Definiciones

El agua que ocupa todos los vacíos dentro de un estrato geológico (debajo del nivel freático)

mayormente es producto de la percolación. El incremento se produce por la recarga que ocurre

principalmente en época de lluvias

a) Acuíferos: formación geológica,

que contiene agua subterránea, y

que permite su flujo.

b) Intersticios: tamaño, forma

irregularidad y distribución.

c) Porosidad, α (%):

V

W100

Donde:

V: Volumen de la roca o suelo.

W: volumen del agua requerida

para saturar todos los vacíos. Material α (%)

Suelos 50-60

Arena uniforme 30-40

Pizarra 1-10

Arcilla 45-55

Grava 30-40

Caliza 1-10

Limo 40-50

Arenisca 10-20

Zona de

aireación Humedad del

suelo

Agua

suspendida

redes de raíces de plantas

espesor de 1m a 5 m

Agua pedicular y

de gravedad

zona intermedia.

espesor zonas húmedas :nula

espesor zonas áridas :muy grande

Agua Capilar espesor de 0.5 m a > 2 m

(gradación gruesa , gradación fina)

Zona de

Saturación

Agua

Subterránea

espesor de cientos de metros

d) Rendimiento Específico, Sy (%): Volumen que puede se drenado por unidad de volumen

total, esta en función de los granos, forma y distribución de los poros y compactación del

estrato.

e) Retención específica,Sr(%):Volumen que queda retenido en los poros después del drenado.



Se cumple: α = Sy + Sr

f) Entradas y salidas:

g) Clasificación de acuíferos

- Confinado o artesiano (con presión mayor que la presión atmosférica)

- Libre o no confinado

h) Cambio de volumen en el

acuífero

- No confinado: Volumen entre el

nivel inicial y final por Sy.

- Confinado sigue saturado, por

tanto el cambio de volumen

implica un cambio de presión

(coeficiente de almacenaje).

i) Coeficiente de almacenaje, S

Volumen de agua que un acuífero

toma o deja del almacenamiento

por unidad de área unitaria de superficie del acuífero por unidad de carga. En el acuífero

equivale al rendimiento específico.

RECARGA

Natural Artificial

ACUÍFERO

(Recipiente de agua

subterránea)

DESCARGA

Pozos

Flujo Base



5.2 Movimiento del agua subterránea

5.2.1 Ley de Darcy

Ley de Darcy (1856) Acuíferos: medios porosos naturales.

5.2.2 Coeficiente de permeabilidad

Es función de las propiedades del medio poroso y del fluido:

K = función (μ,γ,d) Donde: μ: viscosidad dinámica del agua.

γ: peso específico del agua.

d: diámetro del grano representativo

dimensionalmente:

kcdK

2

k : permeabilidad intrínseca del medio. Por tanto: dL

dhkAQ

La permeabilidad intrínseca k, varia con la temperatura, puesto que tanto el peso especifico del

agua si como la viscosidad dinámica varían con la temperatura.

5.2.3 Determinación de la permeabilidad

a) Fórmulas y tablas: Ejemplo: Fair y Hatch (material gravoso)

2

3

2

100

1

1

d

Pm

k

donde:

d: media geométrica de la abertura entre dos mallas adyacentes

m: factor de compacidad con valores del oren de 5

P: % material retenido entre dos mallas adyacentes

α: porosidad

θ: factor de forma de los granos (igual a 6 para granos redondeados y 7,7 para granos

angulosos).



b) Medidas de Laboratorio

Muestras Inalteradas:

Material compactado:

c) Medidas de Campo

Mediante pozos de poca profundidad, trazadores, y con pruebas de bombeo

5.3 Medidas de campo

i) Pozos poco profundos: En un suelo homogéneo: ecuación de Ernst:

Además puede requerir

realizar pruebas in-situ

Taludes de corte

Estabilidad de taludes

Terraplén

Presas

Filtros

Además se mide la velocidad de saturación,

el grado de saturación y su influencia sobre

permeabilidad intrínseca

K está en m/día

Todas las otras variables

están en cm ó segundos



ii) Pruebas de bombeo: Su objetivo es determinar las propiedades del acuífero y sus fronteras,

así como el efecto de bombeo futuro. Los procedimientos varían si la prueba es con flujo

establecido o es impermanente y también si el acuífero es confinado o libre.

I. FLUJO ESTABLECIDO

i) Acuífero Confinado:

w

w

rrLn

hhKbQ

/2

0

0

Transmisibilidad : T = Kb

Y sino esta limitado:

Ecuación de Thiem:

w

w

rrLn

hhKbQ

/2

Utilizando 2 pozos de observación:

12

12

2

/

hhb

rrLnQK

Flujo radial establecido de un acuífero confinado a un pozo

ii) Acuífero Libre (no confinado):

w

w

rrLn

hhKQ

/0

22

0

Flujo radial establecido de un acuífero no confinado a un pozo

Acuífero

confinado b

2rw

Q Superficie del

terreno

hw

h

r

h0

Manto

Impermeabl

e

r0 Manto Impermeable

Curva de

abatimiento

Superficie piezométrica

original

hw

h0

Q

r0

h

r

2rw

Superficie del terreno

Manto Impermeable



II) FLUJO RADIAL NO ESTABLECIDO ACUIFERO CONFINADO:

La ecuación diferencial correspondiente es: t

h

T

S

r

h

rr

h

12

2

donde: S= coeficiente de almacenaje,

T= Coeficiente de transmisibilidad, T= Kb, donde b es el espesor del acuífero y

t el tiempo desde que se inicia el bombeo

Solución de Theis: h=h0 para t =t0, h=h para t≥0 a una distancia r→ ∞

u

u

u

due

T

Qhh

40 donde

Tt

Sru

4

2

La solución permite expresar:

)u(WT

Qhh

40 donde W(u) es la función de pozo que se puede aproximar por:

( ) ( )

u 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 0,219 0,049 0,013 0,0038 0,00114 0,00036 0,00012 0,000038 0,000012

10 -1 1,82 1,22 0,91 0,70 0,56 0,45 0,37 0,31 0,26

10 -2 4,04 3,35 2,96 2,68 2,48 2,30 2,15 2,03 1,92

10 -3 6,33 5,64 5,23 4,95 4,73 4,54 4,39 4,26 4,14

10 -4 8,63 7,94 7,53 7,25 7,02 6,84 6,69 6,55 6,44

10 -5 10,95 10,24 9,84 9,55 9,33 9,14 8,99 8,86 8,74

10 -6 13,24 12,55 12,14 11,85 11,63 11,45 11,29 11,16 11,04

10 -7 15,54 14,85 14,44 14,15 13,93 13,75 13,59 13,46 13,34

10 -8 17,84 17,15 16,74 16,46 16,23 16,05 15,90 15,76 15,65

10 -9 20,15 19,45 19,05 18,76 18,54 18,35 18,20 18,07 17,95

10 -10 22,45 21,76 21,35 21,06 20,84 20,66 20,50 20,37 20,25

10 -11 24,75 24,06 23,65 23,36 23,14 22,96 22,81 22,67 22,55

10 -12 27,05 26,36 25,96 25,67 25,44 25,26 25,11 24,97 24,86

10 -13 29,36 28,66 28,26 27,97 27,75 27,56 27,41 27,28 27,16

10 -14 31,66 30,97 30,56 30,27 30,05 29,87 29,71 29,58 29,46

10 -15 33,96 33,27 32,86 32,58 32,35 32,17 32,02 31,88 31,76

La ecuación se puede escribir:

)u(WT

Q,hh

9110

(1)

con Tt

Sr,u

2

57150 (2)

con las siguientes unidades:

h0, hw abatimiento, m

Q gasto, m3/s

T transmisibilidad, m3/día/m

W(u) función de pozo

s coeficiente de almacenaje,

adimensional.



t tiempo de bombeo, día

Teniendo la gráfica de W(u) vs u en papel logarítmico, curva típica, se traza a la misma escala en

papel logarítmico h0 – h vs r2/t. Superponiendo ambas gráficas para lograr la coincidencia de

las dos curvas se determina las coordenadas de un punto común y sustituyendo la ecuación 1 en

la ecuación 2 se obtiene S y T.

Las medidas de campo son: h0-h, t y Q

u

1E-15

2,00E-15

3E-15

4,00E-15

5E-15

6,00E-15

7E-15

8,00E-15

9E-15

1E-14

2,00E-14

3E-14

4,00E-14

5E-14

6,00E-14

7E-14

8,00E-14

9E-14

1,00E-13

2,00E-13

3,00E-13

4,00E-13

5,00E-13

6,00E-13

7,00E-13

8,00E-13

9,00E-13

1,00E-12

2,00E-12

3,00E-12

4,00E-12

5,00E-12

6,00E-12

7,00E-12

8,00E-12

9,00E-12

1,00E-11

2,00E-11

3,00E-11

4,00E-11

5,00E-11

6,00E-11

7,00E-11

8,00E-11

9,00E-11

1,00E-10

2,00E-10

3,00E-10

4,00E-10

5,00E-10

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1,E-09 1,E-08 1,E-07 1,E-06 1,E-05 1,E-04

w(u

)

u

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1,E-14 1,E-13 1,E-12 1,E-11 1,E-10 1,E-09

w(u

)

u

0,001

0,010

0,100

1,000

10,000

1,E-04 1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01

w(u

)

u



5.3.1 Aproximación logarítmica de Jacob

Este análisis es aplicable para valores de u < 0.03, aunque a veces basta con que u < 0.1. Los

valores mayores de u se obtienen en puntos alejados del pozo (r elevados) y/o en los primeros

momentos del bombeo (t pequeños).

Graficando en papel semilogaritmico el abatimiento s vs el tiempo transcurrido desde que

arrancó la bomba se puede determinar la transmisibilidad T y el coeficiente de almacenaje S con

las siguientes ecuaciones:

Donde T es la transmisibilidad en gpd/pie

Q, es el gasto en gpm

Δs es el abatimiento para un ciclo logarítmico

t0 es el intercepto para s=0 en días

r la distancia al pozo de observación en pies.



Ejemplo: Determinar T y S, si los abatimientos se midieron en un pozo de observación situado a

400 pies de otro pozo que se bombeó a 500 gpm.

( )

( ) ( )



Notas de clase, MSD 16

Calidad de Agua y Agua Subterranea

Documents

Transcript of Calidad de Agua y Agua Subterranea