CONTENIDO.

I.- USO DEL AGUA.

- ABASTECIENTO DE AGUA POTABLE.- PROYECTOS DE CENTRALES HIDROELECTRICAS.- PROYECTOS DE IRRIGACION.- PROYECTOS DE NAVEGACION.

DAÑOS QUE PRODUCE EL AGUA. INUNDACIONES PROTECCION CON DEFENSAS RIBEREÑAS. DRENAJES URBANOS. DRENAJES AGRICOLAS

II.- CICLO HIDROLOGICO DEL AGUA.

I.- USO DEL AGUA

1.1.- ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción debido a que, gracias a un proceso de purificación, no representa un riesgo para la salud. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales.

En la Unión Europea la normativa 98/83/EU establece valores máximos y mínimos para el contenido en minerales, diferentes iones como cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio, fosfato, arsénico, entre otros., además de los gérmenes patógenos. El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 8,5. Los controles sobre el agua potable suelen ser más severos que los controles aplicados sobre las aguas minerales embotelladas.

En zonas con intensivo uso agrícola es cada vez más difícil encontrar pozos cuya agua se ajuste a las exigencias de las normas. Especialmente los valores de nitratos y nitritos, además de las concentraciones de los compuestos fitosanitarios, superan a menudo el umbral de lo permitido. La razón suele ser el uso masivo de abonos minerales o la filtración de purines. El nitrógeno aplicado de esta manera, que no es

asimilado por las plantas es transformado por los microorganismos del suelo en nitrato y luego arrastrado por el agua de lluvia al nivel freático. También ponen en peligro el suministro de agua potable otros contaminantes medioambientales como el derrame de derivados del petróleo, lixiviados de minas, etc. Las causas de la no potabilidad del agua son:

Bacterias, virus; Minerales (en formas de partículas o disueltos), productos tóxicos; Depósitos o partículas en suspensión.

1.1.1.- PRODUCCIÓN

Infiltración de las arenas de las orillas de los ríos es un tipo de potabilización natural del agua. Este en la localidad de Káraný/Sojovice, una de las 2 plantas del tratamiento del agua potable para Praga.

Al proceso de conversión de agua común en agua potable se le denomina potabilización. Los procesos de potabilización son muy variados, y van desde una simple desinfección, para eliminar los patógenos, que se hace generalmente mediante la adición de cloro, mediante la irradiación de rayos ultravioletas, mediante la aplicación de ozono, etc. Estos procedimientos se aplican a aguas que se originan en manantiales naturales o para las aguas subterráneas. Si la fuente del agua es superficial, agua de un río arroyo o de un lago, ya sea natural o artificial, el tratamiento suele consistir en un stripping de compuestos volátiles seguido de la precipitación de impurezas con floculantes, filtración y desinfección con cloro u ozono. El caso extremo se presenta cuando el agua en las fuentes disponibles tiene presencia de sales y/o metales pesados. Los procesos para eliminar este tipo de impurezas es generalmente complicado y costoso. En zonas con pocas precipitaciones y zonas de y disponibilidad

de aguas marinas se puede producir agua potable por desalinización. Este se lleva a cabo a menudo por ósmosis inversa o destilación.

Para confirmar que el agua ya es potable, debe ser inodora (sin olor), incolora (sin color) e insípida (sin sabor).

En algunos países se añaden pequeñas cantidades de fluoruro al agua potable para mejorar la salud dental.

1.1.2.- SUMINISTRO, ACCESO Y USO

Máquina expendedora de agua para tomar

El suministro de agua potable es un problema que ha ocupado al hombre desde la Antigüedad. Ya en Grecia clásica se construían acueductos y tuberías de presión para asegurar el suministro local. En algunas zonas se construían y construyen cisternas o aljibes que recogen las aguas pluviales. Estos depósitos suelen ser subterráneos para que el agua se mantenga fresca y sin luz, lo que favorecería el desarrollo de algas.

En Europa se calcula con un gasto medio por habitante de entre 150 y 200 L de agua potable al día aunque se consumen como bebida tan sólo entre 2 y 3 litros. En muchos países el agua potable es un bien cada vez más escaso y se teme que puedan generarse conflictos bélicos por la posesión de sus fuentes.

De acuerdo con datos divulgados por el programa de monitoreo del abastecimiento de agua potable parocinado en conjunto por la OMS y UNICEF, el 87% de la población mundial, es decir, aproximadamente 5900 millones de personas (marzo 2010), dispone ya de fuentes de abastecimiento de agua potable, lo que significa que el mundo está en vías de alcanzar, e incluso de superar, la meta de los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) relativa al agua potable.

1.1.3.- EL COSTO DEL AGUA

Los organismos internacionales recomiendan que el gasto en servicios de agua y saneamiento no supere un determinado porcentaje del ingreso del hogar, el cual no debe exceder del 3%. Respecto a ello, merecen citarse los siguientes antecedentes:

PNUD, en el Relatorio do Desenvolvimento Humano Brasil 2006, afirma "nadie debería gastar más del 3% de sus ingresos en agua y saneamiento14".

La Asociación de Entes Reguladores de Agua y Saneamiento de las Américas – ADERASA en su estudio reciente sobre tarifas vigentes en América Latina concluye: "Para las ciudades que no cuentan con ningún esquema de tarifa social, el peso de la factura en el ingreso de un hogar pobre toma un valor promedio de casi el 5%, pero varía entre el 1.8% (Arequipa, Perú) y el 9.8% (Costa Rica). Para las ciudades que cuentan con un esquema de tarifa social, el peso de la factura en el ingreso de un hogar pobre se encuentra en un promedio del 3,2%, variando del 0,9% (Ceará, Brasil y Trujillo, Venezuela) al 8,4% (Bogotá, Colombia)".

Factores que afectan el costo del agua potable

Los factores que afectan el costo del agua potable son varios, entre los principales se encuentran:

Necesidad de tratar el agua para transformarla en agua potable, es decir factores relacionados con la calidad del agua en la fuente;

Necesidad de transportar el agua desde la fuente hasta el punto de consumo; Necesidad de almacenar el agua en los períodos en que esta abunda para

usarla en los periodos de escasez;

Contaminación de un curso de agua por bacterias que obtienen su energía oxidando el hierro presente en el agua.

FORMAS PARA CONSEGUIR AGUA POTABLE EN PEQUEÑAS CANTIDADES

Aprovechar el agua de lluvia. En ciertas latitudes, un árbol apodado el árbol del viajero tiene sus hojas en forma de recipientes en los que se acumula el agua y en los cuales es posible beber. Actualmente cualquier persona puede aprovechar el agua de lluvia que cae en el techo de su casa reuniéndola en un contenedor ya sea cisterna o tinaco. El agua captada de la lluvia debe recibir un tratamiento de filtrado y cloración para que pueda ser realmente potable. En algunos sistemas de captación de agua de lluvia, antes de que el agua caiga en el canal receptor que la llevará a su contenedor, se coloca una malla para detener hojas y semillas de árbol, luego se filtra colocando un "tapón" de carbón activado y finalmente ya estando en el recipiente contenedor se agrega 1 mililitro de cloro por cada litro de agua. El "tapón" de carbón activado debería cumplir con las normas del país donde se instalará pero normalmente debe abarcar toda el área por donde pasará el agua y tener un grosor de 10 cm. Asimismo se aconseja cambiarlo entre cada 2800 y 3750 litros de agua filtrada, lo cual dependerá del volumen de agua captada. Es importante señalar que el agua de lluvia captada por medio de una lámina de asbesto no será ni bebible ni útil para bañarse pues el carbón activado no retiene dicho compuesto que es cancerígeno.

Hervir el agua de los ríos o charcos con el fin de evitar la contaminación bacteriana. Este método no evita la presencia de productos tóxicos. Con el fin de evitar los depósitos y las partículas en suspensión, se puede tratar de decantar el agua dejándola reposar y recuperando el volumen más limpio, desechando el volumen más sucio (que se depositará al fondo o en la superficie).

El agua que se hierve y cuyo vapor puede recuperarse por condensación es un medio para conseguir agua pura (sin productos tóxicos, sin bacterias o virus, sin depósitos o partículas). En la práctica, fuera del laboratorio, el resultado no es seguro. El agua obtenida por este medio se denomina agua destilada, y aunque no contiene impurezas, tampoco contiene sales y minerales esenciales para la vida. En cualquier caso, el cuerpo no obtiene estas sales y minerales del agua, sino de los alimentos, por lo que su consumo no causa problema de salud alguno, si efectivamente se trata de agua destilada.

Pastillas potabilizadoras: con ellas es posible obtener agua limpia y segura. Deben aplicarse en cantidades exactas y dejar reposar lo suficiente antes de consumir el agua. Se recomienda leer las instrucciones de uso y fecha de vencimiento.

De la niebla. Existen estructuras llamadas "atrapaniebla", que son mallas plásticas puestas hacia el viento en las que choca este tipo de masa de vapor cercana al suelo y deja escurrir las gotas hacia unas canaletas donde se acumula para almacenamiento. Las trampas para niebla han sido utilizadas por muchos años en Chile, Guatemala, Ecuador, Nepal, algunos países de África y la isla de Tenerife. La mayor parte de una nube de niebla está formada por gotas

que son de 30 a 40 μm, y cada nube está formada de cientos de miles de ellas. La niebla contiene entre 50 y cien gotitas en un centímetro cúbico.

Indicadores de impacto del suministro de agua potable y saneamiento

Los sanitaristas de la OMS3 estiman que:

Un 88% de las enfermedades diarreicas son producto de un abastecimiento de agua insalubre y de un saneamiento y una higiene deficientes.

Un sistema de abastecimiento de agua potable eficiente y bien manejado reduce entre un 6% y un 21% la morbilidad por diarrea, si se contabilizan las consecuencias graves.

La mejora del saneamiento reduce la morbilidad por diarrea en un 32%. Las medidas de higiene, entre ellas la educación sobre el tema y la insistencia

en el hábito de lavarse las manos, pueden reducir el número de casos de diarrea en hasta un 45%.

La mejora de la calidad del agua de bebida mediante el tratamiento del agua doméstica, por ejemplo con la cloración en el punto de consumo, puede reducir en un 35% a un 39% los episodios de diarrea.

1.1.4.- SUSTANCIAS PELIGROSAS EN EL AGUA POTABLE

Arsénico, la presencia de arsénico en el agua potable puede ser el resultado de la disolución del mineral presente en el suelo por donde fluye el agua antes de su captación para uso humano, por contaminación industrial o por pesticidas. La ingestión de pequeñas cantidades de arsénico pueden causar efectos crónicos por su acumulación en el organismo. Envenenamientos graves pueden ocurrir cuando la cantidad tomada es de 100 mg.

Cadmio, el cadmio puede estar presente en el agua potable a causa de la contaminación industrial o por el deterioro de las tuberías galvanizadas.

El cadmio es un metal altamente tóxico y se le ha atribuido varios casos de envenenamiento alimenticio.4

Cromo, el cromo hexavalente (raramente se presenta en el agua potable el cromo en su forma trivalente) es cancerígeno, y en el agua potable debe determinarse para estar seguros de que no está contaminada con este metal.

La presencia del cromo en las redes de agua potable puede producirse por desechos de industrias que utilizan sales de cromo, en efecto para el control de la corrosión de los equipos, se agregan cromatos a las aguas de refrigeración. Es importante tener en cuenta la industria de curtiembres ya que allí utilizan grandes cantidades de cromo que luego son vertidas a los ríos donde kilómetros más adelante son interceptados por bocatomas de acueductos.5

Fluoruros, en concentraciones altas los fluoruros son tóxicos. La razón es, por una parte, la precipitación del calcio en forma del fluoruro de calcio y, por otra parte, puede formar complejos con los centros metálicos de algunas enzimas.

Nitratos y nitritos, se sabe desde hace tiempo que la ingestión de nitratos y nitritos puede causar metahemoglobinemia, es decir, un incremento de metahemoglobina en la sangre, que es una hemoglobina modificada (oxidada) incapaz de fijar el oxígeno y que provoca limitaciones de su transporte a los tejidos. En condiciones normales, hay un mecanismo enzimático capaz de restablecer la alteración y reducir la metahemoglobina otra vez a hemoglobina.

Los nitritos presentes en la sangre, ingeridos directamente o provenientes de la reducción de los nitratos, pueden transformar la hemoglobina en metahemoglobina y pueden causar metahemoglobinemia.

Se ha estudiado también la posible asociación de la ingestión de nitratos con el cáncer. Los nitratos no son carcinogénicos para los animales de laboratorio. Al parecer los nitritos tampoco lo son para ellos, pero pueden reaccionar con otros compuestos (aminas y amidas) y formar derivados N-nitrosos. Muchos compuestos N-nitrosos se han descrito como carcinogénicos en animales de experimentación. Estas reacciones de nitrosación pueden producirse durante la maduración o el procesamiento de los alimentos, o en el mismo organismo (generalmente, en el estómago) a partir de los precursores.

En la valoración del riesgo de formación de nitrosaminas y nitrosamidas, se ha de tener en cuenta que a través de la dieta también se pueden ingerir inhibidores o potenciadores de las reacciones de nitrosación.

La Organización Mundial de la Salud recomienda una concentración máxima de nitratos de 50 mg/l.

Zinc, la presencia del zinc en el agua potable puede deberse al deterioro de las tuberías de hierro galvanizado y a la pérdida del zinc del latón. En tales casos puede sospecharse también la presencia de plomo y cadmio por ser impurezas del zinc, usadas en la galvanización. También puede deberse a la contaminación con agua de desechos industriales.6

Regulación

Directrices para la evaluación y mejora de las actividades de servicios relacionados con el agua potable han sido publicadas en forma de normas internacionales para el agua potable, tales como ISO 24510.7

Desinfección del agua potable

La desinfección del agua para uso humano tiene por finalidad la eliminación de los microorganismos patógenos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua.

La desinfección del agua es necesaria como uno de los últimos pasos en la planta de tratamiento de agua potable, para prevenir que esta sea dañina para nuestra salud. Muchas veces, tratándose de agua de manantiales naturales o de pozo, la desinfección es el único tratamiento que se le da al agua para obtener agua potable.

La desinfección puede hacerse por medios químicos o físicos.

Medios químicos

Los compuestos químicos más utilizados para la desinfección del agua son:

Hipoclorito de sodio (NaClO), Ácido hipocloroso (HClO), Clorito de sodio (NaClO2). El cloro es uno de los elementos más comunes para la desinfección del agua. El cloro se puede aplicar para la desactivación de la actividad de la gran mayoría de los microorganismos, y es relativamente barato.

Dióxido de cloro (ClO2) Ozono (O3) Halógenos: Yodo Metales: cobre (Cu2+), plata (Ag+) Permanganato (KMnO4) Jabones y detergentes Sales de amonio Peróxido de hidrógeno

De acuerdo con los Centros para el Control y Prevención de Enfermedades (CDC) de los Estados Unidos, la desinfección con cloro del agua para consumo humano es reconocida como uno de los mayores logros en el campo de la salud pública del siglo XX.1 Sin embargo surge una preocupación para la salud pública: la presencia de los subproductos de la desinfección, debido a la desinfección con cloro del agua potable, debido a una posible conexión carcinogénica. Por esta razón, se ha producido un ajuste progresivo en las normas de calidad para el agua potable en lo que respecta a la concentración máxima aceptable de los trihalometanos (TTHM).

Medios físicos, electro - físicos y/o físico - químicos

Los procesos físicos más utilizados para la desinfección del agua son:

Generación de ácido hipocloroso mediante proceso de hidrólisis (sin aditivos). Luz ultravioleta Fotocatálisis Radiación electrónica Rayos gamma Sonido Calor

Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben además tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos en el

agua después de la desinfección para prevenir el crecimiento de los microorganismos en las tuberías provocando la recontaminación del agua.

Historia de la desinfección del agua

La relación existente entre la calidad del agua y la salud se conoce desde siempre. Las aguas claras se consideraban aguas limpias mientras los pantanos eran considerados zonas sucias y aguas no salobres.

La desinfección de las aguas se ha utilizado durante mucho tiempo. Dos reglas básicas se pueden ya encontrar en la antigüedad (desde el 2000 a. C.) que decía que las aguas debían ser expuestas a la luz del sol y filtrada con carbón. El agua impura se debía de hervir e introducir un trozo de cobre siete veces, antes de filtrar el agua. Existen descripciones de civilizaciones antiguas en referencia al agua hervida y el almacenamiento del agua en recipientes de plata. Para llevar a cabo la purificación del agua se utilizaban cobre, plata y técnicas de electrólisis.

La desinfección se ha utilizado durante muchos siglos. Sin embargo los mecanismos de desinfección no son conocidos hasta hace unos pocos cientos de años.

En el año 1680 Anton van Leeuwenhoek desarrolla el microscopio. El descubrimiento de los microorganismos se consideró una curiosidad. Pasarían otros doscientos años hasta que los científicos utilizaran este invento, el microscopio, para la identificación y comparación de microorganismos y otros patógenos.

El primer filtro múltiple se desarrolló en 1685 por el físico italiano Lu Antonio Porzo2 . El filtro consistía en una unidad de sedimentación y filtro de arena. En 1746, el científico francés Joseph Amy recibe la primera patente por el diseño de un filtro, que es utilizado en casas por primera vez en el año 1750. Los filtros estaban hechos de algodón, fibras de esponja y carbón.

En siglos pasados el hombre ha sufrido enfermedades como el cólera y otras cuyo origen era mal interpretado. Se decía que estas enfermedades eran causadas por castigos de dios o debido a la impureza del aire que era consecuencia de cambio en la alineación de los planetas.

En 1854 la epidemia de cólera causó gran cantidad de muertos en Londres. El doctor inglés John Snow descubrió que la epidemia del cólera era causada por el bombeo de agua contaminada. La expansión del cólera se evitó mediante el cierre de todos los sistemas de bombeo. Después de este hecho los científicos han realizado estudios e investigación de la presencia de microorganismos en el agua y modo de eliminación para el suministro de agua apta para el consumo.

En el siglo XIX se descubrieron los efectos de los desinfectantes en el agua para el tratamiento y desinfección de la misma. Desde 1900 los desinfectantes se utilizan extensamente por las compañías del agua para evitar la expansión de enfermedades y mejor la calidad del agua.

Estación de tratamiento de agua potable

Filtración rápida en proceso del tratamiento de las aguas artesianas. Se filtra el agua de hierro coagulado, Káraný, República Checa.

Infiltración lenta artificial en el proceso de la producción del agua potable, Káraný, República Checa.

Se denomina estación de tratamiento de agua potable (frecuentemente abreviado como ETAP), o estación potabilizadora de agua (EPA), al conjunto de estructuras en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Existen diferentes tecnologías para potabilizar el agua, pero todas deben cumplir los mismos principios:

1. combinación de barreras múltiples (diferentes etapas del proceso de potabilización) para alcanzar bajas condiciones de riesgo,

2. tratamiento integrado para producir el efecto esperado,3. tratamiento por objetivo (cada etapa del tratamiento tiene una meta específica

relacionada con algún tipo de contaminante).

Si no se cuenta con un volumen de almacenamiento de agua potabilizada, la capacidad de la planta debe ser mayor que la demanda máxima diaria en el periodo de diseño. Además, una planta de tratamiento debe operar continuamente, aún con alguno de sus componentes en mantenimiento; por eso es necesario como mínimo dos unidades para cada proceso de la planta.

Tipos de plantas

ETAP de tecnología convencional: incluye los procesos de coagulación, floculación, decantación (o sedimentación) y filtración.

ETAP de filtración directa: incluye los procesos de coagulación-decantación y filtración rápida, y se puede incluir el proceso de floculación.

ETAP de filtración en múltiples etapas (FIME): incluye los procesos de filtración gruesa dinámica, filtración gruesa ascendente y filtración lenta en arena.

También puede utilizarse una combinación de tecnologías, y en cada una de las tecnologías nombradas es posible contar con otros procesos que pueden ser necesarios específicamente para remover determinada contaminación.

1.2.- PROYECTO DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Central hidroeléctrica.

Corte transversal de una represa hidroeléctrica.

En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.

En general, estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA

Los antiguos aprovechaban ya la energía del agua; utilizaban ruedas hidráulicas para moler trigo. Sin embargo, la posibilidad de emplear esclavos y animales de carga retrasó su aplicación generalizada hasta el siglo XII. Durante la edad media, las enormes ruedas hidráulicas de madera desarrollaban una potencia máxima de cincuenta caballos. La energía hidroeléctrica debe su mayor desarrollo al ingeniero civil británico John Smeaton, que construyó por primera vez grandes ruedas hidráulicas de

hierro colado. La hidroelectricidad tuvo mucha importancia durante la Revolución Industrial. Impulsó a las industrias textiles y del cuero y los talleres de construcción de máquinas a principios del siglo XIX. Aunque las máquinas de vapor ya estaban perfeccionadas, el carbón era escaso y la madera poco satisfactoria como combustible. La energía hidráulica ayudó al crecimiento de las nuevas ciudades industriales que se crearon en Europa y América hasta la construcción de canales a mediados del siglo XIX, que proporcionaron carbón a bajo precio. Las presas y los canales eran necesarios para la instalación de ruedas hidráulicas sucesivas cuando el desnivel era mayor de cinco metros. La construcción de grandes presas de contención todavía no era posible; el bajo caudal de agua durante el verano y el otoño, unido a las heladas en invierno, obligaron a sustituir las ruedas hidráulicas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.

Las formas más frecuentemente utilizadas para explotar la energía hidráulica son:

DESVÍO DEL CAUCE DE AGUA

El principio fundamental de esta forma de aprovechamiento hidráulico de los ríos se basa en el hecho de que la velocidad del flujo de estos es básicamente constante a lo largo de su cauce, el cual siempre es descendente. Este hecho revela que la energía potencial no es íntegramente convertida en cinética como sucede en el caso de una masa en caída libre, la cual se acelera, sino que ésta es invertida en las llamadas pérdidas, es decir, la energía potencial se "pierde" en vencer las fuerzas de fricción con el suelo, en el transporte de partículas, en formar remolinos, etc.. Entonces esta energía potencial podría ser aprovechada si se pueden evitar las llamadas pérdidas y hacer pasar al agua a través de una turbina. El conjunto de obras que permiten el aprovechamiento de la energía anteriormente mencionada reciben el nombre de central hidroeléctrica o Hidráulica.

El balance de energía arriba descrito puede ser ilustrado mejor a través del principio de Bernoulli.

INTERCEPTACIÓN DE LA CORRIENTE DE AGUA

Este método consiste en la construcción de una represa o embalse de agua que retenga el cauce de agua causando un aumento del nivel del río en su parte anterior a la presa de agua, el cual podría eventualmente convertirse en un embalse. El dique establece una corriente de agua no uniforme y modifica la forma de la superficie de agua libre del río antes y después de éste, que toman forma de las llamadas curvas de remanso. El establecimiento de las curvas de remanso determina un nuevo salto geodésico aprovechable de agua.

CARACTERÍSTICAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

Presa Hidroeléctrica en Grandas de Salime (Asturias, España).

Casa de Máquinas Central Hidroeléctrica del Guavio, Colombia.

Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.

La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.

La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios), como en el caso de las minicentrales hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en Paraguay y Brasil donde se encuentra la segunda mayor central hidroeléctrica del mundo (la mayor es la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22.500 MW), la Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una.

Las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas (que usan combustibles fósiles) producen la energía eléctrica de una manera muy similar. En ambos casos la fuente de energía es usada para impulsar una turbina que hace girar un generador eléctrico, que es el que produce la electricidad. Una Central térmica usa calor para, a partir de agua, producir el vapor que acciona las paletas de la turbina, en contraste con la planta hidroeléctrica, la cual usa la fuerza del agua directamente para accionar la turbina.

POTENCIA DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

La potencia de una central hidroeléctrica se mide generalmente en Megavatios (MW) y se calcula mediante la fórmula siguiente:

Donde:

Pe = potencia en vatios (W) ρ = densidad del fluido en kg/m³ ηt = rendimiento de la turbina hidráulica (entre 0,75 y 0,94) ηg = rendimiento del generador eléctrico (entre 0,92 y 0,97) ηm = rendimiento mecánico del acoplamiento turbina alternador (0,95/0.99) Q = caudal turbinable en m3/s H = desnivel disponible en la presa entre aguas arriba y aguas abajo, en metros

(m)

En una central hidroeléctrica se define:

Potencia media: potencia calculada mediante la fórmula de arriba considerando el caudal medio disponible y el desnivel medio disponible.

Potencia instalada: potencia nominal de los grupos generadores instalados en la central.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Según su concepción arquitectónica

Centrales al aire libre, al pie de la presa, o relativamente alejadas de esta. Están conectadas por medio de una tubería en presión.

Centrales en caverna, generalmente conectadas al embalse por medio de túneles, tuberías en presión, o por la combinación de ambas.

Represa de Itaipu, Brasil y Paraguay. La central hidroeléctrica que produce más energía en el mundo.

Según su régimen de flujo

Central hidroeléctrica Simón Bolívar Venezuela.

Centrales de agua fluyente.

También denominadas centrales de filo de agua o de pasada, utilizan parte del flujo de un río para generar energía eléctrica. Operan en forma continua porque no tienen capacidad para almacenar agua, no disponen de embalse. Turbinan el agua disponible en el momento, limitadamente a la capacidad instalada. En estos casos las turbinas pueden ser de eje vertical, cuando el río tiene una pendiente fuerte u horizontal cuando la pendiente del río es baja.

Centrales de embalse.

Es el tipo más frecuente de central hidroeléctrica. Utilizan un embalse para reservar agua e ir graduando el agua que pasa por la turbina. Es posible generar energía durante todo el año si se dispone de reservas suficientes. Requieren una inversión mayor.

Centrales de regulación. Almacenamiento del agua que fluye del río capaz de cubrir horas de consumo.

Centrales de bombeo o reversibles

Una central hidroeléctrica reversible es una central hidroeléctrica que además de poder transformar la energía potencial del agua en electricidad, tiene la capacidad de hacerlo a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial del agua (por ejemplo subiéndola a un embalse) consumiendo para ello energía eléctrica. De esta manera puede utilizarse como un método de almacenamiento de energía (una especie de batería gigante). Están concebidas para satisfacer la demanda energética en horas pico y almacenar energía en horas valle.Aunque lo habitual es que esta centrales turbinen/bombeen el agua entre dos embalse a distinta altura, existe un caso particular llamado centrales de bombeo puro donde el embalse superior se sustituye por un gran depósito cuya única aportación de agua es la que se bombea del embalse inferior.

Según su altura de caída del agua

Centrales de alta presión

Que corresponden con el high head, y que son las centrales de más de 200 m de caída del agua, por lo que solía corresponder con centrales con turbinas Pelton.

Centrales de media presión

Son las centrales con caída del agua de 20 a 200 m, siendo dominante el uso de turbinas Francis, aunque también se puedan usar Kaplan.

Centrales de baja presión

Que corresponden con el low head, son centrales con desniveles de agua de menos de 20 m, siendo usadas las turbinas Kaplan.

Centrales de muy baja presión

Son centrales correspondientes con nuevas tecnologías, pues llega un momento en el cuál las turbinas Kaplan no son aptas para tan poco desnivel. Serían en inglés las very low head, y suelen situarse por debajo de los 4m..

Otros tipos de centrales hidroeléctricas

Centrales mareomotrices

Artículo principal: Energía mareomotriz.Utilizan el flujo y reflujo de las mareas. Pueden ser ventajosas en zonas costeras donde las diferencias entre las mareas son amplias y las condiciones morfológicas de la costa permiten la construcción de una presa que corta la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía.

Centrales mareomotrices sumergidas.

Utilizan la energía de las corrientes submarinas. En 2002, en Gran Bretaña se implementó la primera de estas centrales a nivel experimental.

Centrales que aprovechan el movimiento de las olas.

Este tipo de central es objeto de investigación desde la década de los 80. A inicios de agosto de 1995, el "Ocean Swell Powered Renewable Energy (OSPREY)" construyó la primera central que utiliza la energía de las olas en el norte de Escocia. La potencia de esta central es de 2 MW. Lamentablemente fue destruida un mes más tarde por un temporal.

Los tipos de turbinas que hay son Francis, Turgo, Kaplan y Pelton. Para la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.

Partes de una central hidráulica

Tubería forzada y o canal Presa Turbina Generador Transformador Líneas eléctricas Compuertas hidráulicas y Válvulas hidráulicas Rejas y limpia rejas Embalse Casa de turbinas

Funcionamiento

Turbina hidráulica y generador eléctrico.

El tipo de funcionamiento de una central hidroeléctrica puede variar a lo largo de su vida útil. Las centrales pueden operar en régimen de:

generación de energía de base; generación de energía en períodos de punta. Estas a su vez se pueden dividir

en: o centrales tradicionales;o centrales reversibles o de bombeo.

La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región, o país, tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que se destacan:

tipos de industrias existentes en la zona, y turnos que estas realizan en su producción;

tipo de cocina doméstica que se utiliza más frecuentemente; tipo de calentador de agua que se permite utilizar; la estación del año;

la hora del día en que se considera la demanda.

La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda, así, a medida que aumenta la potencia demandada deberá incrementarse el caudal turbinado, o iniciar la generación con unidades adicionales, en la misma central, e incluso iniciando la generación en centrales reservadas para estos períodos.

Impactos ambientales potenciales

Los potenciales impactos ambientales de los proyectos hidroeléctricos son siempre significativos. Sin embargo existen muchos factores que influyen en la necesidad de aplicar medidas de prevención en todo.

Principalmente:

La construcción y operación de la represa y el embalse constituyen la fuente principal de impactos del proyecto hidroeléctrico.3 Los proyectos de las represas de gran alcance pueden causar cambios ambientales irreversibles, en una área geográfica muy extensa; por eso, tienen el potencial de causar impactos importantes. Ha aumentado la crítica de estos proyectos durante la última década. Los críticos más severos sostienen que los costos sociales, ambientales y económicos de estas represas pesan más que sus beneficios y que, por lo tanto, no se justifica la construcción de las represas grandes. Otros mencionan que, en algunos casos, los costos ambientales y sociales puede ser evitados o reducidos a un nivel aceptable, si se evalúan, cuidadosamente, los problemas potenciales y se implantan medidas correctivas que son costosas.

Algunas presas presentan fallos o errores de construcción como es el caso de la Presa Sabaneta,4 ubicada en La Provincia San Juan, República Dominicana. Esta presa ha presentado grandes inconvenientes en las temporadas ciclónicas pasadas, producto de su poca capacidad de desagüe y también a que su dos vertederos comienzan a operar después que el embalse está lleno.

El área de influencia de una represa se extiende desde los límites superiores del embalse hasta los esteros y las zonas costeras y costa afuera, e incluyen el embalse, la represa y la cuenca del río, aguas abajo de la represa. Hay impactos ambientales directos asociados con la construcción de la represa (p.ej., el polvo, la erosión, problemas con el material prestado y de los desechos), pero los impactos más importantes son el resultado del embalse del agua, la inundación de la tierra para formar el embalse, y la alteración del caudal de agua, aguas abajo. Estos efectos ejercen impactos directos en los suelos, la vegetación, la fauna y las tierras silvestres, la pesca, el clima y la población humana del área.

Los efectos indirectos de la represa incluyen los que se asocian con la construcción, el mantenimiento y el funcionamiento de la represa (p.ej., los caminos de acceso, los campamentos de construcción, las líneas de transmisión de energía) y el desarrollo de las actividades agrícolas, industriales o municipales que posibilita la represa.

Además de los efectos directos e indirectos de la construcción de la represa sobre el medio ambiente, se deberán considerar los efectos del medio ambiente sobre la represa. Los principales factores ambientales que afectan el funcionamiento y la vida de la represa son aquellos que se relacionan con el uso de la tierra, el agua y los otros recursos en las áreas de captación aguas arriba del reservorio (p.ej., la agricultura, la colonización, el desbroce del bosque) que pueden causar una mayor acumulación de limos, y cambios en la cantidad y calidad del agua del reservorio y del río. Se tratan estos aspectos en los estudios de ingeniería.

Manejo de la cuenca hidrográfica

Es un fenómeno común, ver el aumento en la presión sobre las áreas altas encima de la represa, como resultado del reasentamiento de la gente de las áreas inundadas y la afluencia incontrolada de los recién llegados al área. Se degrada el medio ambiente del sitio, la calidad del agua se deteriora, y las tasas de sedimentación del reservorio aumentan, a raíz del desbroce del bosque para agricultura, la presión sobre los pastos, el uso de químicos agrícolas, y la tala de los árboles para madera o leña. Asimismo, el uso del terreno de la cuenca alta afecta la calidad y cantidad del agua que ingresa al río. Por eso, es esencial que los proyectos de las represas sean planificados y manejados considerando el contexto global de la cuenca del río y los planes regionales de desarrollo, incluyendo, tanto las áreas superiores de captación, aguas arriba de la represa y la planicie de inundación, como las áreas de la cuenca hidrográfica, aguas abajo.

Otros impactos ambientales

Los proyectos hidroeléctricos, necesariamente, implican la construcción de líneas de transmisión para transportar la energía a los centros de consumo.

Beneficio

El beneficio obvio del proyecto hidroeléctrico es la energía eléctrica, la misma que puede apoyar el desarrollo económico y mejorar la calidad de la vida en el área servida. Los proyectos hidroeléctricos requieren mucha mano de obra y ofrecen oportunidades de empleo. Los caminos y otras infraestructuras pueden dar a los pobladores mayor acceso a los mercados para sus productos, escuelas para sus hijos, cuidado de salud y otros servicios sociales.

Además, la generación de la energía hidroeléctrica proporciona una alternativa para la quema de los combustibles fósiles, o la energía nuclear, que permite satisfacer la demanda de energía sin producir agua caliente, emisiones atmosféricas, ceniza, desechos radioactivos ni emisiones de .

Si el reservorio es, realmente, una instalación de usos múltiples, es decir, si los diferentes propósitos declarados en el análisis económico no son, mutuamente, inconsistentes, los otros beneficios pueden incluir el control de las inundaciones y la provisión de un suministro de agua más confiable y de más alta calidad para riego, y uso doméstico e industrial.

La intensificación de la agricultura, localmente, mediante el uso del riego, puede, a su vez, reducir la presión que existe sobre los bosques primarios, los hábitats intactos de la fauna, y las áreas en otras partes que no sean adecuadas para la agricultura. Asimismo, las represas pueden crear pesca en el reservorio y posibilidades para producción agrícola en el área del reservorio que pueden más que compensar las pérdidas sufridas por estos sectores debido a su construcción.

1.3.- PROYECTOS DE IRRIGACION

Se puede definir la irrigación como el conjunto de dispositivos sociotécnicos que permiten aportes artificiales de agua sobre tierras, para obtener una producción agrícola. Estos aportes de agua establecen o restablecen en el suelo la humedad necesaria para la vegetación; pueden también proveer de nutrientes útiles a las plantas. En Francia, bajo la influencia de los agrónomos e ingenieros de la primera mitad del siglo XIX (Aubert de Pasa, Puvis, Nadault de Bufón) se descubren los sistemas de riego existentes en el extranjero, cuando la palabra irrigación, hasta entonces utilizada en medicina, se sustituye a los términos riego o regadío.

Finalidades Se pueden distinguir dos tipos de finalidades de la irrigación. En efecto, puede ser:

ya sea una técnica de intensificación en un medio donde la producción agrícola es posible sin que sea necesario recurrir a ella,

ya sea una condición sine qua non de esta producción, en un espacio demasiado desprovisto de recursos hídricos. Esto significa: irrigación para mejorar en el primer caso, “creadora” en el segundo. En términos de poblaciones y de espacios involucrados, el más importante es de lejos el primer tipo. Sin embargo, “el oasis” y sus jardines, así como los grandes círculos de verdor, más modernos -debidos a los sistemas de riego rotativos dispersos en varias regiones desérticas- han provisto de muchas imágenes espectaculares con las cuales la irrigación creadora ha beneficiado a la literatura geográfica, entre otras.

Técnicas.- Las técnicas empleadas por las sociedades humanas para movilizar el agua para la producción agrícola son complejas y variadas, y entran en conjuntos de combinaciones variadas. Las técnicas de movilización de los recursos de agua para la irrigación se diferencian netamente según el uso que éstas hacen de las reservas y de

la naturaleza de éstas. Esquemáticamente, se pueden distinguir tres tipos de ordenamientos:

Sin almacenamiento hídrico, redistribución de flujos fluviales, principalmente por medio de presas de derivación y canales. Estos ordenamientos pueden tener una gran amplitud, en particular en los piedemontes, o ser modestos. La utilización de las aguas altas de grandes ríos (que se llaman bastante impropiamente sus “crecidas”), del Nilo a los ríos de China, es una forma antigua y espectacular de irrigación. El control mayor de esta submersión natural es más o menos profundo y reviste las formas más diversas.

Con el empleo de reservas superficiales. Obras modestas, a la escala de pequeñas comunidades, y fundadas en técnicas simples (tanques de la India, lagos de las colinas de Gascuña, hods de Egipto, pocas y tanques de Portugal o del Brasil, etc.); obras de grandes dimensiones, que dependen de macrodecisiones, técnicas costosas y complejas (grandes presas de almacenamiento).

Con la utilización de las reservas subterráneas. Gran variedad según la profundidad de las napas empleadas: pozos tradicionales limitados a las napas superficiales (“freáticas” stricto sensu), pozos “entubados” con bombas a motor que alcanzan napas profundas, sistemas ingeniosos que emplean las diferencias de pendiente entre la superficie y las napas, foggaras, ganats y karez de los piedemontes montañosos, de Marruecos a Afganistán. Estas técnicas de movilización son utilizadas en realidad para modificar la distribución de las aguas tal como éstas se acumulan por procesos naturales, precipitaciones, derrames, factores que afectan los ritmos de éstas con períodos de puestas en reserva más o menos durables (acumulaciones níveas, glaciares, napas subterráneas, lagos y estanques naturales). De este modo se puede decir que las técnicas tienen por objeto “corregir”, en beneficio de la agricultura, los efectos de los procesos naturales, y esto desde un doble punto de vista: · “Corrección espacial”, con transferencias de agua de espacios con recursos abundantes hacia espacios menos bien provistos. · “Corrección temporal”, de la simple regularización de los aportes de agua en el transcurso de una estación lluviosa, a la transferencia de agua de una estación húmeda a una estación seca, incluso de un año lluvioso a un año más seco. Las técnicas de control del agua combinan frecuentemente los dos tipos de “correcciones”, pero en proporciones diferentes. Por lo tanto, se los puede clasificar utilizando una tabla de doble entrada según las eficacias respectivas de las correcciones espacial y temporal. Las técnicas de elevación son útiles para la utilización de las napas, (salvo aquellas de las cuales el agua emana naturalmente, fuentes y napas “artesianas”), y también frecuentemente en los otros tipos de irrigación. Muy diversas, fueron inventadas hace mucho tiempo con una gran variedad de dispositivos, utilizando la fuerza muscular de los hombres o de los animales. Muy ingeniosas, estas técnicas han retenido mucho la atención de los geógrafos, de los antropólogos (y de los fotógrafos). La introducción de pequeños motores y de bombas cambió las perspectivas, aumentó la eficacia y redujo el esfuerzo de los hombres (principalmente de las mujeres). Las técnicas de distribución del agua en los campos son extremadamente importantes en la medida en que determinan la eficacia de la utilización de los recursos hídricos movilizados. Las técnicas fundadas sobre la

gravedad son las más simples y aún las más expandidas, mientras que el empleo del agua bajo presión (aspersión, goteo) es mucho más eficaz y economiza el agua, pero requiere de equipamientos más onerosos. Por ser los caracteres así descritos independientes unos de otros, conducen a combinaciones complejas, es decir, a una gran variedad de tipos de irrigación, si bien el establecimiento de una tipología de los sistemas no es posible en el marco de este artículo. Es clásico oponer las combinaciones características de irrigación “moderna” y “tradicional”, o incluso el “gran” riego y el “pequeño”.

Perspectivas La irrigación está en la actualidad ampliamente extendida en el mundo, pero está particularmente presente en las regiones donde coadyuvan tres condiciones: recursos hídricos globalmente escasos; existencia de un período seco suficientemente cálido para que las plantas puedan crecer, si se les aporta agua; una densidad de población agrícola relativamente fuerte. Se comprende en estas condiciones que las mayores superficies irrigadas se hallan en Asia oriental y sudoriental, y en las regiones de clima mediterráneo, sobre todo alrededor del Mediterráneo del Mundo Antiguo. Pero se puede prever una extensión considerable del dominio de la irrigación mundial. La irrigación constituye una postura política fundamental por el papel que desempeña en la alimentación de las poblaciones: alrededor de 279 millones de hectáreas de superficies irrigadas en el mundo en 2007, o sea, 17% de las tierras cultivables, proveen una base alimentaria a la mitad de la humanidad. El desarrollo del riego ha permitido a ciertos Estados hacer frente a su crecimiento demográfico y acceder a la independencia alimentaria. Sin embargo, esta situación corre el riesgo de estar comprometida con la penuria de agua y la crisis hídrica que amenaza a ciertas regiones (Asia Central, Medio Oriente). La aproximación por el comercio del “agua virtual” (Alan), fundada sobre la idea de que es mejor recolectar las plantas que exigen agua en regiones húmedas y transportar los productos, propone una solución: superar las tensiones ligadas al agua, pudiendo recurrir al comercio internacional para procurarse los alimentos necesarios. Pero pocos Estados están inclinados a aceptar la dependencia alimentaria que representaría esta situación.

1.4.- PROYECTOS DE NAVEGACION

CANALES HIDRÁULICOS PARA NAVEGACIÓN

Introducción

Dentro de la economía de las naciones es de gran importancia el uso que se le dé a los recursos naturales, en especial a los energéticos a los cuales se les debe dar un uso racional que depende en gran parte de la eficiencia que se tenga al ser usados para el transporte, esta eficiencia viene dada por la relación entre potencia requerida por la unidad de masa transportada, que depende a su vez de la resistencia que oponga al movimiento el medio en el que se desplaza. Por esto, el recurso hídrico es una forma de trasporte que resulta siendo muy favorable, ya que el agua abunda en lagos, mares y ríos y solo requieren inversiones para la adecuación y mejoramiento, a excepción de canales completos de navegación, en los cuales hay que hacer mayores obras. A su vez todo esto va ligado directamente a los volúmenes de carga que se van a transportar y los tipos de embarcaciones que los van a llevar.

Los canales de navegación pueden ser interoceánicos o para navegación interior. Los primeros son pocos, pero de grades magnitudes y muy importantes (canales de Panamá y el del Suez). Los canales de navegación interior son integraciones de redes articuladas de cursos naturales de agua, a los cuales, en algunas ocasiones, se les efectúa un tratamiento ingenieril (acondicionamiento de corriente libre), o incluso se pueden canalizar, los cuales se asemejan mucho a las vías artificiales de agua. Los cauces que no requieren acondicionamiento (o incluso pueden impedirlo) debido a las magnitudes tan grandes de caudales que fluyen a través de estos, son generalmente grandes ríos tropicales, tales como: Zaire, Amazonas, YangziJiang, entre otros. Es posible también el transporte de madera, como se hace en Canadá, Rusia y los países escandinavos. Los acondicionamientos de corriente libre consisten en aprovechar las capacidades de un canal de navegación, como por ejemplo suprimiendo meandros (por ejemplo en el río Mississippi). También se utilizan las esclusas, que son construcciones en los canales para permitir a una embarcación ir de un nivel de agua a otro, más arriba o más abajo, dependiendo del caso y la dirección en que vaya el navío, por ejemplo en el canal de Welland, (que hace parte del St. Lawrence Seaway), que recupera un desnivel de más de 100 m entre los lagos Ontario y Erie en Norte América.

Tomada de: El Mar, Gran Enciclopedia Salvat, Tomo 3, Editorial Salvat S.A. de Ediciones, Impreso en Pamplona España, 1976.

Reseña histórica

No es misterio para nadie la acción que ejerce el agua sobre un cuerpo que intenta acelerarse estando sumergido o en contacto con esta, y además existe una relación directa entre la velocidad del cuerpo en el medio y la resistencia que este le presenta a desplazarse. Al parecer este fenómeno depende de las características del medio, ya que mover la mano en el aire resulta mucho más fácil que dentro del agua. Pues todo esto ha sido, desde la antigüedad, objeto de estudio, con el objeto de buscar geometrías de cuerpos que opongan menos resistencia al movimiento dentro de un medio dado y por consiguiente alcanzar mayores velocidades, lo que se traduce en menos tiempo para el acarreo de objetos, lo cual es primordial hoy en día y se hará más exigente con el avance de las diferentes tecnologías en el mundo.

En sus estudios, científicos como Newton (1642-1727) y lord Kelvin (1824-1907), entre otros, formularon teorías sobre las formas de cuerpos para las cuales la resistencia a su movimiento en el agua sería mínima, llegando en ambos casos a la conclusión de que es necesario buscar las respuestas en al campo experimental, apoyando lo que muchos años atrás el estudioso Leonardo había dicho: “Cuando se hable del agua, acordaos de acudir primero a la experiencia y luego a la razón.”

Aunque estuvieron a cargo de científicos como Euler (1707-1783), G. B. Venturi (1746-1822), Ch. de Colomb (1736-1806) y otros, las primeras experiencias acerca de la resistencia de cuerpos al movimiento en agua, fue el coronel inglés Beaufoy quien las llevó a cabo en una dársena(*) por primera vez y también intuyó la necesidad de evaluar por separada la resistencia de fricción y además la consideró proporcional a la superficie mojada y a la velocidad elevada a un exponente entre 1,6 y 1,9. Sin embargo las primeras referencias sobre la aplicación del método experimental en la arquitectura naval fueron de la Náutica Mediterránea de Bartolomeo Crescenzio (1607) y en la Armata Navale de Pantero Pantera (1614).

En 1858, en ingeniero William Froude (1810-1879), ideó el canal de experiencias. En 1868 escribió una memoria titulada Experiments up on the resistance of ships la cual fue aprobada por el Almirantazgo británico, el cual destinó 2000 libras esterlinas para la construcción de un canal en Torquay, al SW de Inglaterra. El canal tenía 85 m de longitud, 10,97 m de ancho y 2,74 m de profundidad, y tenía un carro de madera movido por un cabo y una maquinilla de vapor, y provisto de un dinamómetro, remolcaba los modelos a velocidades ente 30 y 305 m/min. De acuerdo con Froude, el principio fundamental del método experimental se basa en que la resistencia al remolque de un objeto (carena) depende de dos causas: 1) la resistencia de fricción debida a su superficie y que viene condicionada por la viscosidad; 2) la resistencia residual que depende de la forma y está condicionada por la gravedad. Una vez construido el canal de Torquay en 1872, Froude realizó ensayos con tablas planas, de poco grosor (4,76 x 482,6 mm), y distintas longitudes (entre 0,61 y 15,24 m) y diferentes acabados (diferentes rugosidades), luego aplico los resultados obtenidos a

la carena para calcular su resistencia de fricción. Por esta aproximación fue criticado su método, ya que no se tendrían iguales resultados para un objeto tridimensional que para un plano. En 1874 publicó los resultados obtenidos con los ensayos hechos con las tablas, donde dedujo la fórmula para calcular la resistencia de fricción:

Donde:

S: Superficie mojada. n: Número inferior a 2, siempre y cuando a rugosidad de la superficie no sea excesiva. f: Igualdad de superficie, que depende de la longitud de la superficie y disminuye cuando esta aumenta.

Fenómeno Hidráulico de Navegación Fluvial

El fenómeno generado por el desplazamiento de un barco puede explicarse de la siguiente manera: “cuando la proa rompe la superficie del agua, se produce una ola que se desplaza delante de la nave. Alrededor del barco hay una depresión de la lámina de agua y en consecuencia un aumento en la velocidad del agua que pasa bajo el navío denominado flujo de retorno. En la popa se produce nuevamente una ola y detrás del barco se restablece el nivel.”

Esto tiene significancia y es necesario tenerlo en cuenta para navegación en canales de profundidad y ancho restringidos, ya que la depresión del nivel del agua produce un asentamiento del barco y el flujo de retorno hace que la potencia requerida para mover el barco sea mayor, entonces todo esto influye directamente en las dimensiones del canal de navegación.

Los cálculos del flujo de retorno y de la depresión del nivel del agua salen de un análisis unidimensional desarrollado por Thiele (1901) y Krey (1913). El método parte de los principios de conservación de masa y energía para el movimiento del agua con respecto al navío:

Conservación de Masa.

Conservación de Energía.

Donde:

VS: Velocidad del barco. V0: Velocidad del flujo en la sección no perturbada.

U1: Velocidad del flujo de retorno. g: Aceleración de la gravedad. D: Profundidad hidráulica de la sección no perturbada. Z1: Depresión de la lámina de agua. AM: Área sumergida del barco. A0: Área del canal navegable. n: Talud de la orilla. d: Calado sumergido del barco (profundidad).b: Manga del barco (ancho). B0:Ancho de la sección navegable.

De las ecuaciones anteriores se obtienen las siguientes relaciones adimensionales:

Que contiene la velocidad del barco, y la velocidad del flujo de retorno es:

Basado en la teoría existente y haciendo sus propios ajustes, Bowwmeester en un congreso en Leningrado en 1977 mostró como para velocidades por debajo del 90% de la velocidad limite hay un comportamiento muy bueno de las ecuaciones y las gráficas, elaboradas por Schijf en 1953 para determinar la velocidad límite de operación para el barco (máxima potencia efectiva), así pues se adoptó este porcentaje como la velocidad económica de operación para las embarcaciones que navegan en canales con restricciones.

Canales Navegables

Otra clasificación que se tiene para los canales puede ser: naturales y artificiales.

- Los canales naturales son porciones de mar navegables comprendidas entre dos masas de tierra firme. En caso de que la distancia entre las orillas sea muy

pequeña en un punto a comparación del resto de la formación se le llama estrecho o brazo de mar.

- Los canales artificiales están subdivididos en marítimos e interiores. Los primeros se caracterizan por poner en comunicación dos mares, y los segundos son vías de navegación construidas en la zona continental.

Algunos canales famosos.

Canales congelados en Brujas (Brugge), Bélgica. Canal de Alsacia Canal de Corinto Canal de Kiel, comunica el mar del Norte con el mar Báltico en Alemania Canal de Panamá, comunica el océano Atlántico y el océano Pacífico en Panamá Canal Rin-Meno-Danubio Canal de la Mancha, comunica Francia con Inglaterra Canal de Beagle, comunica Argentina con Chile Canal de Suez, comunica el mar Mediterráneo con el mar Rojo Canal Volga-Don Canal Esclusas San Antonio, en Uruguay (en proyecto)

Canales congelados en Brujas (Brugge), Bélgica (1 de enero del 2008).

1.5.- DAÑOS QUE PRODUCE EL AGUA

1.5.1.- INUNDACIÓN.

Las inundaciones pueden definirse como la ocupación por el agua de zonas o áreas que en condiciones normales se encuentran secas. Se producen debido al efecto del ascenso temporal del nivel del río, lago u otro. En cierta medida, las inundaciones pueden ser eventos controlables por el hombre, dependiendo del uso de la tierra cercana a los causes de los ríos.

Las inundaciones se producen principalmente por la ocurrencia de lluvias intensas prolongadas, como sucede durante las tormentas tropicales y el paso de huracanes, unido a dificultades locales en el drenaje provocado por diferentes causas, principalmente por la acción negligente de las personas.

ALCANCE E IMPORTANCIA RELATIVA DE LAS INUNDACIONES

Como la mayoría de los riesgos naturales, las inundaciones pueden llevar a pérdida de vidas y daños a la propiedad, con gran impacto sobre la salud pública que puede tardar en recuperarse. Desde 1980 hasta 1985, hubo aproximadamente 160 eventos relacionados con inundaciones en el mundo, en los cuales 120.000 personas, por lo menos, murieron o se lesionaron y 20.000.000 perdieron sus viviendas. En términos de pérdidas físicas, las inundaciones son responsables del 40% de los daños a la propiedad ocasionados por todos los desastres naturales.

FACTORES QUE CONTRIBUYEN A RESOLVER EL PROBLEMA DE LAS INUNDACIONES

Los pronósticos adecuados del clima, los oportunos sistemas de alerta por inundaciones y las prácticas mitigadoras, como los planes de manejo, han ayudado mucho a la prevención o la reducción de los efectos de las inundaciones sobre la salud y el bienestar de las comunidades. A pesar de los esfuerzos en mejorar los niveles de preparación, las muertes, enfermedades y lesiones continúan ocurriendo en las comunidades afectadas.

Tipos de inundación

De acuerdo a su origen, las inundaciones se clasifican en: pluviales, fluviales y costeras.

a) Inundaciones pluviales y fluviales

Se dan como consecuencia de las precipitaciones que se producen cuando la humedad contenida en los mares, océanos y otros grandes cuerpos de agua, es transportada hacia la tierra por el viento; al ascender el vapor de agua y disminuir su temperatura, está se presenta en cualquiera de las siguientes formas; lluvia, nieve o granizo. El proceso puede originarse debido a la existencia de: huracanes, vientos normales, masas polares y procesos convectivos.

b) Inundaciones costeras

Además de las inundaciones pluviales (causadas directamente por la lluvia) y fluviales (desbordamiento de ríos), las zonas costeras pueden ser afectadas por las mareas de tormenta, particularmente en el Golfo de México, donde la sobre elevación del nivel medio del mar hace que éste penetre tierra adentro afectando en algunas ocasiones zonas muy amplias.

A este fenómeno se suma el del oleaje y, juntos, causan daños muy importantes, como la socavación de los cimientos en los edificios costeros, el naufragio de las embarcaciones, la demolición y destrucción de instalaciones portuarias, la rotura de las obras de defensa costera y la erosión de las playas y riscos. El efecto del agua no sólo es destructivo al avanzar tierra adentro, sino también en su retirada hacia el mar.

MECANISMOS PRODUCTORES DE LA PRECIPITACIÓN

Aunque generalmente los mecanismos productores de la precipitación se combinan es útil explicar sus características de manera independiente.

a) Huracanes

Los huracanes al transportar grandes cantidades de humedad y ocupar también enormes extensiones, provocan tormentas de larga duración (del orden de varios días).

Estos fenómenos provocan inundaciones generalizadas en las principales cuencas.

b) Vientos normales

Cuando las corrientes de aire transportan flujos importantes de humedad del mar hacia la tierra, al encontrarse con los sistemas montañosos, ascienden y provocan grandes precipitaciones concentradas del lado de donde procede el viento.

c) Masas polares

Consisten en el desplazamiento de frentes fríos procedentes de zonas polares y causan precipitaciones importantes.

d) Convección

Es el mecanismo de ascenso de humedad debido a la diferencia de temperatura del aire en las capas de la atmósfera. Es causante de precipitaciones de gran intensidad, aunque de poca duración y concentradas en pequeñas áreas.

A las lluvias de origen convectivo están asociadas las inundaciones de las zonas urbanas situadas en la altiplanicie.

¿Qué efectos producen las inundaciones?

Arrastre de sólidos.

Extensas áreas cubiertas por agua.

Intensa erosión.

Proliferación de microorganismos.

Viviendas dañadas.

Interrupción de vías de comunicación.

Pérdida de vidas.

Pérdidas de cosechas.

Depósito de sedimentos.

Asimismo, las inundaciones dejan un conjunto de efectos secundarios:

Enfermedades transmisibles.

Escasez de alimentos.

Problemas de eliminación de desechos (sólidos y líquidos).

Contaminación del agua potable.

Prevención

Las lluvias intensas representan una alerta natural de posibles inundaciones. Evite construir cerca de ríos y quebradas. Mantenga una provisión de emergencia: agua potable y alimentos no

perecederos, una muda de ropa y calzado, una cobija, un maletín de primeros

auxilios, radio portátil, linterna con pilas, fósforos, copias de los documentos de la vivienda e identificación personal.

Participe junto a su comunidad en la preparación de un plan de mitigación: Este debe contemplar un plano de riesgo con las rutas de evacuación, los sitios de refugio y un inventario de los recursos humanos y materiales del vecindario.

Evite la deforestación y colabore con la conservación del ambiente en general. Divulgue estas medidas. Imprímalas y colóquelas en lugares visibles de su

comunidad. Durante el evento Intente mantener la calma. Si las autoridades recomiendan la evacuación, desaloje su vivienda

inmediatamente. Lleve consigo la provisión de emergencia y cumpla con las instrucciones del

plan de mitigación. Diríjase hacia un lugar elevado. Evite cruzar a pie una corriente de agua que sobrepase sus rodillas. No intente conducir sobre una carretera inundada, al contrario, abandone el

vehículo.

Aléjese de los lugares en los que puedan producirse derrumbes. Después del evento No consuma agua si no está seguro de que es potable. No ingiera alimentos crudos o que hayan estado en contacto con el agua de las

crecidas. No toque ni manipule instalaciones eléctricas. Informe a las autoridades sobre su situación y el estado de los servicios básicos

de su comunidad.

1.5.2.- PROTECCION CON DEFENSAS RIBEREÑAS.

Conjunto de medidas tendientes a solucionar problemas, generados por la energía erosiva del agua.

Entre ellas se tiene: medidas agronómicas y medidas estructurales.

2.1.- MEDIDAS AGRONÓMICAS

Entre las medidas agronómicas se tienen a las defensas vivas:

2.1.1.- Defensas vivas naturales.

Son las mejores defensas contra la inundación y la erosión del río. Constituidos por variedades de árboles y arbustos dispuestos en ambas márgenes del lecho del río, manteniendo un ancho entre 30-40 m.

2.1.2.- DEFENSAS VIVAS FORESTADAS.

Están basadas en la plantación de arbustos y árboles de raíces profundas que se realiza una vez determinada la sección estable del río.

Su densidad debe estar en función de las características de las especies.

Esta plantación se efectúa en sectores críticos, o como complemento a las estructuras o defensa artificial.

El ancho de la plantación en cada margen varía de acuerdo a las características del río, generalmente de 10 a 30 m.

Las especies más empleadas: “sauces”, “huacán”, “huarango”, “chilca”, “callacas”, “pájaro bobo, caña “Guayaquil”, “Castilla”, “Carrizo”, “caña brava”,etc.

2.2.- MEDIDAS ESTRUCTURALES.

Consisten en estructuras diseñadas sobre la base de los principios de la ingeniería.

En el aspecto de diseño se toma en cuenta la hidrología e hidráulica fluvial.

En la hidrología, es necesario considerar los registros hidrológicos (descargas le los ríos) y la frecuencia con las que éstas se producen.

Por lo general se recomienda 50 años de registro, anteriores al año de ejecución, para determinar el período de retorno y la descarga máxima de diseño.

En hidráulicas, se debe recabar datos en lo concerniente a pendiente, sección estable, tirante, sedimentación, socavación, etc.; elementos básicos para realizar el diseño de la estructura.

2.2.1.- Permanentes.

Diques enrocados

Estructuras conformadas sobre la base de material de río dispuesto en forma trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara húmeda.

Pueden ser continuos o tramos priorizados donde se presenten flujos de agua que actúan con gran poder erosivo.

Las canteras de roca deben ser de buena calidad, y estar ubicadas lo más no posible a la zona de trabajo.

Enrocados con roca al volteo

Son estructuras revestidas con roca pesada al volteo o colocada en forma directa por los volquetes, pudiendo ser en forma parcial, sólo la cara húmeda o en forma total, uña y cara húmeda.

El volumen de roca empleado es mayor y su talud de acabado no es muy estable.

Enrocado con roca colocada

Cuando la roca es colocada con la ayuda de un cargador frontal, excavadora o pala mecánica, en la uña y cara húmeda del terraplén.

El volumen de roca empleado es menor y el talud que se logra es estable.

Estructuras de concreto

Estas obras son construidas sobre la base de concreto y sirven para la protección de la acción erosiva del río.

Sobresalen, dentro de estas obras, los muro de encauzamiento; destacándose los siguientes:

a) Muros de concreto ciclópeo

Son de forma longitudinal, de dimensiones variables en función al caudal máximo de diseño y el nivel de socavación.

Son construidos con material de río.

b) Muros de concreto armado

Construidos con armadura de fierro y son de dimensiones menores que los muros de concreto ciclópeo.

c) Dados

Son cubos de concreto de 1,0 a 1,5 m de lado, construidos in situ y superpuestos entre si con empleo de maquinaria pesada. Se utiliza material del río.

Su ventaja es que, conforme se van hundiendo, puede colocarse encima otro, hasta estabilizarse. Son estructuras de gravedad

Tetrápodos

Son estructuras individuales que se asemejan a un “Yack” por apoyarse en sus cuatro brazos.

Son empleados como disipadores de energía y permiten un control de la erosión hídrica.

Losas

Son de concreto armado que se colocan en la cara húmeda del dique trapezoidal y espaciados entre sí.

Colchones

Son estructuras hechas en base a malla de alambre galvanizado, de espesor variable y que se colocan en la cara húmeda del dique.

Presas de Regulación

Se emplean en aquellos lugares donde es necesario almacenar agua para los temporales de estiaje, o donde la estabilización de los ríos no es suficiente con la protección de las riberas. Estas presas regulan el caudal de descarga, almacenando el agua en los momentos de descarga máxima.

Gaviones

Son estructuras flexibles construidas por una red de malla hexagonal tejida a doble torsión.

El alambre galvanizado tiene un recubrimiento plastificado que debe garantizar una vida útil adecuada del alambre.

El llenado de las cajas del gavión se hace normalmente sobre la base de cantos rodados, que se encuentran en los cauces de los ríos.

Estas estructuras apropiadas en zonas donde el río presenta pendiente suave y media

2.2.2.- Temporales.

Son estructuras construidas eventualmente y generalmente duran un período de avenida, de costos relativamente bajos, y su construcción no requieren de mayor especialización.

Su finalidad es desviar el flujo del agua de los terrenos de cultivo.

Dentro de estas estructuras temporales se tiene:

Espigones

Dentro de las obras de carácter temporal, son las que demuestran mayor eficacia en el trabajo de control.

En esencia vienen a ser acumulaciones de material de río dispuestas en forma trapezoidal, revestidas con roca pesada y construidas con empleo de maquinaria.

Los espigones van dispuestos en forma perpendicular o paralelos al flujo del río, con longitudes variables de 50 a 100 m y espaciamientos entre sí de 50 a 200 m; en este caso se flectores disipadores.

Rayados o Terraplenes

Consiste en la acumulación de material de río mediante maquinaria pesada, por lo general tractores de oruga.

Esta acumulación se efectúa con el objeto de desviar el flujo y proteger terrenos de cultivo.

El material arrimado generalmente toma la forma trapezoidal con dimensiones de 15 m de base mayor por 4 m de corona y alturas variables de 2,0 a 2,5 m en función al caudal y sección estable.

El material acumulado no es compactado.

En otros casos solo se acumula frente a los terrenos de cultivo, tratando de profundizar el cauce.

Limpieza de Cauce.

Consiste en realizar la limpieza y darle uniformidad al cauce del río para lo cual utilizamos maquinaria pesada, con la finalidad de recuperar la pendiente y obtener una sección estable en el tramo crítico.

La profundidad de corte de la parte central es en promedio 1,5 m con respecto al nivel de las formaciones de la terraza última o nivel de terreno a proteger; estableciendo un ancho mínimo estable de 60 m, lo cual permite en las primeras avenidas definir un cauce no erosivo.

Caballos Abarcados.

Son estructuras formadas por 3 ó 4 troncos dispuestos en forma piramidal, amarrados con alambre.

En la parte media, lleva una plataforma amarrada, la cual es cargada con piedra de río o de cantera si la hubiera cerca.

Las dimensiones más usadas son de 3 a 4 m de altura y de espesor de 40 a 50 cm. siendo por lo general de “sauce”, los troncos más usados.

A los caballos cuando van fijados en baterías de 10 m a 20 m, se les denomina “abarcados”, existiendo una separación mínima de 80 cm. entre ellos , en la parte media y en las bases en forma continua.

En la parte media va una plataforma, donde, a manera de depósito, tiene un cajón tejido con troncos que es llenado con cantos rodados de 12” a 20”.

Cestones.

Son depósitos de forma cilíndrica o canasta, construidos sobre la base de ramas o troncos flexibles y llenados con piedra de río, amarrados en la parte terminal.

Se comportan como estructuras de gravedad.

En crecientes se usa como medida para evitar desbordes.

1.5.3.- DRENAJES URBANOS

Sistema de drenaje urbano.

Se entenderá por sistema de drenaje urbano un conjunto de acciones, materiales o no, destinadas a evitar, en la medida de lo posible, que las aguas pluviales causen daños a las personas o a las propiedades en las ciudades u obstaculicen el normal desenvolvimiento de la vida urbana; es decir, dirigidas al logro de los objetivos establecidos.

Dentro del término ―aguas pluviales‖, quedan comprendidas no solamente lasoriginadas de las precipitaciones que caen directamente sobre las áreas urbanizadas que conforman la población, sino también aquellas que se precipiten sobre otras áreas, pero discurran a través de la ciudad, bien sea por cauces naturales, conductos artificiales, o simplemente a lo largo de su superficie.

Acciones en drenaje urbano.

Las acciones a que se refiere la definición de sistema de drenaje urbano, son todas las medidas, materiales o no, que conforman un sistema de drenaje. Estas acciones pueden ser de dos tipos:

- Preventivas, que disminuyen los daños mediante la administración adecuada delos usos de las áreas urbanas potencialmente sujetas a ellos; y

- Correctivas, que alivian esos daños en las áreas donde las medidas de tipo preventivo son insuficientes. A efectos prácticos, las acciones que implican la construcción de una obra hidráulica, u otras cuyas dimensiones y características se modifiquen por razones hidráulicas, son correctivas, y las restantes se consideran preventivas.

Como consecuencia de lo anterior, las acciones correctivas más usuales serán: obras de embalses y regulación; obras de canalización y rectificación de cauces naturales, obras de conducción, tales como canales y tuberías, y obras conexas tales como sumideros, disipadores, alcantarillas, Sedimentadores o modificaciones de secciones y trazados en calles y avenidas; y asimismolas acciones preventivas

más comunes estarán contraídas por la conservación y protección de las cuencas tributarias, la regulación del uso de la tierra, la regulación de edificaciones (tales como cotas mínimas o uso de sótanos y plantas bajas), el pronóstico de inundaciones, la adquisición de áreas inundables, la educación e información adecuada de los habitantes de la ciudad, y la regulación de los usos de las vías terrestres.

A. Funciones básica y complementaria.

Lafunción básica de un sistema de drenaje se define como el conjunto de acciones preventivas y correctivas encaminadas al logro del objetivo básico de un sistema de drenaje. De igual forma, lafunción complementaria, es el conjunto de acciones preventivas y correctivas encaminadas a satisfacer el objetivo complementario de un sistema dedrenajes.Lo anterior significa que las dos funciones conforman conjuntamente un sistema de drenaje urbano, pues permiten alcanzar los dos objetivos establecidos. Asimismo, del análisis de las definiciones se desprende que pueden existir acciones comunes o acciones de una función que contribuyan a la otra. En el primer caso, estaría, por ejemplo, la prohibición del uso para cualquier fin de una área determinada, y en el segundo, la construcción de un sumidero con su correspondiente colector, pues al mismo tiempo que contribuye a retirar las aguas de las calles y al mantenimiento del tráfico de vehículos y personas, ayuda, por la misma razón, a evitar daños a estas y sus propiedades.

Grado de protección en drenaje urbano.

Se define el grado de protección como el nivel aceptable de riesgo de ocurrencia de daños o molestias. Inconsecuencia, existirán básicamente dos grados de protección, uno correspondiente a la función básica y otra a la complementaria, siendo el riesgo en el primer caso menor que en el segundo, por cuanto la protección de las personas y propiedades debe ser mayor que la garantía del tráfico de personas y vehículos. A los efecto prácticos, estos grados de protección se traducen en la fijación dela probabilidad de ocurrencia de los escurrimientos (*) Cuyos daños deben ser eliminados, y al establecimiento de los niveles de inundación aceptables.

Se entiende comoniveles de inundación aceptableslas alturas máximas de agua permitidas en las calles y avenidas, así como en las otras superficies urbanas, fijadas de acuerdo al objetivo perseguido (básico o complementario).

Drenaje superficial, secundario y primario.

Eldrenaje superficial, comprende las acciones correctivas constituidas por el conjunto de facilidades naturales y artificiales que conducen al escurrimiento superficial, desde el lugar decaída de las aguas de lluvia hasta su entrada en un cauce natural o en un conducto artificial, disminuyendo las molestias al tráfico de personas y vehículos.

El drenaje superficial, es el conjunto de acciones correctivas constituidas por los conductos y obras conexas construidos por el hombre, las cuales permiten garantizar

que las aguas no obstaculicen el normal desenvolvimiento del tráfico de personas y vehículos en las áreas urbanas.

El drenaje primario, es el conjunto de acciones correctivas, constituido por los cauces naturales y los conductos artificiales y obras conexas, dirigidas a salvaguardar la vida de las personas y evitar el daño a las propiedades. En consecuencia, los drenajes superficial y secundario cumplen con la función complementaria, y el primario con la función básica. Sin embargo, en la realidad, los dos primeros también contribuyen el logro del objetivo básico, y el primario lo hace igualmente con el complementario. En la práctica, lo anterior se traduce en el que el drenaje primario debe ser concebido principalmente en forma tal que, conjuntamente con las acciones preventivas, cumpla con el objetivo básico, comprobándose su funcionamiento para el objetivo complementario; y en el caso de los drenajes superficiales y secundario, al contrario; es decir, cumplir con el objetivo complementario y comprobar para el básico.

(*) Comúnmente se denomina a estos escurrimientos, gastos o caudales de proyectos.

Una regla práctica para distinguir drenaje primario de secundario, sería la siguiente, aplicada al caso de un conducto artificial, que es el más común. Si las dimensiones del conducto, establecidas de acuerdo a la función complementaria, permanecen inmodificadas para garantizar el grado de protección requerido en la función básica, el conducto es un drenaje secundario; en caso contrario, si hubiere necesidad de aumentar esas dimensiones para proveer la garantía necesaria, el conducto es un drenaje primario.

Debe hacerse notar el hecho de que las características y dimensiones del drenaje superficial, a diferencia de los otros dos, se establecen principalmente por razones diferentes de las del drenaje urbano, como son consideraciones tales como tipo de uso de la tierra, vial, paisajista o de urbanismo en general. Asimismo, la secuencia del escurrimiento no es necesariamente del drenaje superficial, al secundario y luego al primario, pues el drenaje secundario puede parcial o totalmente no ser necesario

Planicies inundables, áreas inundables, cauces naturales y colectores.

La planicie inundable, se refiere a las áreas adyacentes a los cauces naturales, que son periódicamente ocupadas por las aguas desbordadas por las aguas de ellos. Las áreas inundables son aquellas superficies diferentes de las planicies inundables, que pueden ser ocupadas durante un tiempo prudencialmente largo, por aguas provenientes del escurrimiento superficial. Dentro de estas áreas se incluyen las de aguas estancadas, que son aquellas zonas que, naturalmente o por la acción del hombre, no tienen salida para las aguas (*).

A los efectos de este texto los cauces naturales se refieren a aquellos bien definidos y de cierta magnitud (**), básicamente los ríos y quebradas, quedando excluidas las cañadas, caña dotes y vaguadas.

Los colectores son los cauces naturales o los conductos construidos por el hombre (canales, tuberías, etc.) que transportan las aguas que son drenajes primarios o secundarios, según sea el caso.

B. Principios y estrategias

Principios.

Los principios en los cuales debe basarse la concepción de un sistema de drenaje urbano, es decir, los fundamentos que gobiernan las acciones y las diferentes etapas para concretarlas, son:

Servicio público.

El sistema de drenaje urbano es un servicio público, y en consecuencia debe ser planificado en beneficio de la colectividad.

Planificación urbana integral.

El sistema de drenaje urbano es parte de un complejo mayor, el sistema urbano integral y, en consecuencia, su planificación debe ser coordinada e integrada con la planificación urbana.

(*) El termino no debe ser aplicado a pequeños charcos o depresiones, sino aáreas de cierta magnitud, donde puedan ocurrir daños de alguna consideración, si se permitiera que las aguas se estancasen.(**) Como no existe una distinción clara entre cauces de cierta magnitud y aquellos que no lo son, quedará para cada caso particular juzgar sobre la importancia de cada uno de ellos, teniendo como criterio el potencial del curso de agua de causar daños a personas y propiedades. Solo con la idea de fijar un orden de magnitudes, puede pensarse que quebradas con más de 300 ha; de área tributaria, son por lo general de cierta magnitud.

Planificación del aprovechamiento de los recursos hidráulicos.

El sistema de drenaje urbano es también parte del sistema de manejo de recursos hidráulicos y, en consecuencia, su planificación debe encajar dentro de la planificación del aprovechamiento de dichos recursos. Particularmente, es importante la coordinación entre el drenaje urbano y el control de inundaciones, en su nivel más amplio. El logro de los objetivos de un sistema de drenaje urbano debe alcanzarse con la visión restringida a una ciudad, localidad o problema específico, sino dentro del contexto regional e hidrográfico. Debe tenerse presente que si se alteran las condiciones naturales de las aguas, los espacios que ellas originalmente ocuparon serán requeridos posiblemente en otros lugares, lo cual podría significar el traslado del problema.

Condiciones sanitarias.

En ningún caso un sistema de drenaje urbano puede ocasionar un empeoramiento de las condiciones sanitarias de la población, sino que por el contrario debe mejorarlas.

Ecología.

Contribuir al mantenimiento ecológico y ambiental de las ciudades cuencas hidrográficas adyacentes, tiene especial significado en el proyecto de un sistema de drenajes.

ESTRATEGIAS.

Se define como estrategias generales al conjunto de medidas destinadas a lograr a nivel nacional los objetivos, en base a los principios señalados.

Las estrategias generales del drenaje urbano pueden ser, entre otras:

Elaboración de planes rectores básicos y complementarios.

Es deseable elaborar, para las diferentes ciudades, planes rectores básicos y planes complementarios de los sistemas de drenajes, que contengan las acciones preventivas y correctivas principales necesarias, para la función básica y complementaria respectivamente. Estas acciones deben definirse a nivel de detalle tal, que permitan configurar una base sobre la cual apoyar las acciones futuras, que en el caso de obras serían proyectos definitivos. La elaboración de estos planes debe ser estructurada en armonía con las autoridades responsables del planeamiento urbano y del aprovechamiento de los recursos hidráulicos. Los planes referidos deben ser dinámicos, es decir, adaptables alas circunstancia cambiantes, pero sin alterar los principios y objetivos.

Educación e información.

Aspecto importante es la concientización de la ciudadanía en general sobre la importancia de los drenajes urbanos y sobre la colaboración que ellas deben prestar al logro de su buen funcionamiento. La labor informativa debería alcanzar a las autoridades urbanas y a los profesionales proyectistas, lo cual puede lograrse mediante una adecuada difusión de los planes rectores básicos y de los planes complementarios.

Criterios de planificación y proyecto.

La formulación consistente de criterios generales de planificación y proyecto es un punto fundamental, siendo las autoridades competentes las responsables de fijar las normas y procedimientos correspondientes.

Información básica.

El mejoramiento y ampliación de la información básica disponible es requisito indispensable. Las limitaciones actuales en este aspecto son muy significativas e impiden en muchos casos la aplicación de técnicas y procedimientos modernos. Particular atención debe dársele a la información topografía e hidrometeorológica, esta última en base al plan correspondiente (*).

Investigación.

Dentro de esta estrategia, la colaboración de las universidades y de los organismos públicos y privados, es indispensable con el propósito de adelantar programas de investigación de drenaje urbano que permitan desarrollar técnicas aplicables al país. Lógicamente, la implementación de todas las estrategias generales señaladas debe tener en cuenta la situación actual del desarrollo urbano del país, particularmente

algunas circunstancias, entre las cuales merece la pena destacar: el explosivo desarrollo que impide o limita la vigencia de muchos planes de desarrollo urbano y la existencia de áreas ya desarrolladas que carecen de drenajes.

1.5.4.- DRENAJES AGRICOLAS.

Origen del agua freática.

La acumulación de agua en el suelo y formación de freáticas superficiales, pueden tener varios orígenes: Que se genere directamente en el lugar, proceder de zonas topográficamente más altas, o por influencia de la presión artesiana provenientes de acuíferos profundos en años de abundancia hídrica.

Se puede producir localmente en el lugar por la baja eficiencia de riego y filtración de acequias y canales no impermeabilizados. Los riegos prolongados y lámina excesivas producen acumulación sobre estratos arcillosos de baja permeabilidad, los niveles ascienden y se forman freáticas superficiales.

La freática también puede provenir por recargas de cursos de agua, acequias no revestidas y propiedades bajo riego ubicadas en zonas topográficamente más altas. El agua percola en profundidad y se dirige por capas permeables hacia las zonas bajas.

Figura 4.1. Niveles freáticos superficiales por efectode ascenso de acuífero subterráneo

Comportamiento estacional de la napa freática

Cuando el origen de la formación de napas freáticas es el exceso de riego, los niveles no se mantienen estables en el tiempo, sino por el contrario son muy dinámicos y fluctúan durante la temporada.

EFECTO SOBRE LOS SUELOS Y LOS CULTIVOS.

Salinización, En terrenos que dejan de cultivarse por varias temporadas y ante la presencia de freáticas superficiales se produce re salinización (ascenso de sales por capilaridad) y pierden su productividad. Es necesaria la recuperación a través del lavado de suelos y obras de drenaje para evacuar el exceso de sales.

Intoxicación por sales y asfixia radicular, El efecto sobre los cultivos depende de la especie, del tipo de suelo y de la magnitud del fenómeno. Los síntomas propios son asfixia radicular, intoxicación por sales, (Cloruros, Boro), fallas en el crecimiento, poco vigor, amarillamiento de hojas, bajos rendimientos y en casos extremos, pérdidas del cultivo y salinización del perfil del suelo. La afectación es mayor en culltivos permanentes que desarrollan un mayor sistema radicular en profundidad (Vid, olivo, frutales, etc).

Figura 4.2 Efectos de salinización del suelo por presencia de freáticas superficiales

Algunos cultivos como el olivo son sensibles a la saturación del suelo y a las napas freáticas cercanas, principalmente si los ascensos son bruscos. Los síntomas son amarillamiento y desfoliación afectando el desarrollo y la productividad. Se producen además condiciones favorables para la aparición de diversas enfermedades.(Figura 3)

Figura 4.3. Olivo con hojas amarillentas afectado por asfixia radicular.

Cuando el agua freática es de mala calidad (salina), se produce además intoxicación por cloruros y boro como puede verse en la Figura 4. Las sales son absorbidas por las

raíces en momentos en que la capa freática asciende o bien por falta de humedad en el suelo en donde el sistema radicular más profundo absorbe de la napa. El efecto sobre los cultivos es necrosado en el borde de las hojas, marchitez y muerte de plantas en caso de intoxicaciones severas.

Figura 4.4. Intoxicación por cloruros y boro en vid.

Que es el drenaje?

“La función del drenaje es eliminar el exceso de agua deprimiendo los niveles freáticos, mejorando la aireación, la exploración radicular y el acceso a nutrientes” Asimismo facilitar la remoción de sales y evitar la resalinización de los suelos. Tales condiciones devuelven la productividad a tierras potencialmente fértiles que se encuentran marginadas del proceso productivo.

Investigación con fines de drenaje. Proyectos

Ante las condiciones mencionadas el productor debe recurrir a la acción beneficiosa del drenaje artificial para la eliminación de los excedentes e impedir la degradación de los suelos

El primer paso de un proyecto es determinar la posibilidad de evacuar los excedentes hacia zonas de descarga. Se deben relevar drenes colectores, desagües y lugares bajos que permitan la evacuación de los excedentes de agua de la zona a drenar. En general en todos los departamentos con problemas de drenaje existe una red de drenaje colectora general y drenes secundarios o terciarios que descargan en los colectores. Sin embargo, no son comunes los drenes a nivel parcelario.

Instalación de red de freatímetros y medición: Para conocer la profundidad de la napa y su comportamiento en el tiempo es necesaria la instalación de una red de freatímetros en lugares representativos. Consisten en tubos de PVC de 40 mm de diámetro y se instalan hasta una profundidad mayor de lo que se quiere medir. Por lo general es suficiente 3 m. En la parte inferior (unos 80 cm), son ranurados y protegidos con material filtrante (arena gruesa, ripio fino). La terminación en la parte superior es con una base de hormigón y se coloca un tapón de protección. Colocados en lugares protegidos y seguros su duración es prolongada

Las lecturas se realizan con una cinta métrica común.(Figura 5) Se mide y se registra la profundidad del agua en cada sitio consignando la fecha, hora e información de interés, como ser ascensos por influencia de un riego, anegamiento, etc. Son suficiente dos a tres lecturas durante un periodo de 60 días.

Figura 4.5. Medición de la profundidad del agua con cinta en freatímetros.

Relevamiento de suelos: Tiene como finalidad conocer las características y tipos de suelos, textura, estructura, disposición de las capas, saturación, etc. Los pozos de los freatímetros son aprovechados también para describir el perfil del suelo. En general es necesaria una observación por cada 2-3 ha y algunos pozos mas profundos para determinar la profundidad a la que se encuentran capas arcillosas poco permeables (barrera de drenaje). En sectores salinos e incultos también puede ser necesaria extracción de muestras para análisis de salinidad.

Conductividad hidráulica: También conocida como permeabilidad indica el grado o facilidad con que el agua fluye y se desplaza a través del manto saturado y es un parámetro básico y fundamental para determinar el espaciamiento entre drenes. En la práctica se determina mediante ensayos a campo por el método del “pozo barrenado” en los que se puede utilizar los mismos hechos para los freatímetros y de observaciones de suelo. Consiste en el abatimiento del nivel freático y observar la recuperación del agua (ascenso vertical) en el tiempo. A través de fórmulas establecidas se calculan los valores en gabinete. En función de la Conductividad hidráulica se determina la porosidad efectiva que se define como el volumen de agua que fluye del espacio poroso y se desaloja del suelo cuando desciende el nivel freático. Para su determinación existen tablas que la relacionan con la Conductividad hidráulica.

Topografía: Para poder determinar la profundidad y cota del nivel del agua en relación al terreno, es necesario enlazar topográficamente todos los puntos de interés. Serealiza la altimetría de los freatímetros, del terreno, fondo de drenes colectores, puentes, pasantes, zonas deprimidas, etc

Mapas: Con la información más representativa de las lecturas de profundidad del nivel freático se confeccionan en primer lugar un mapa con curvas de igual profundidad freática (isobatas). En la figura 6 se presenta una propiedad en donde se instaló una

51,74

1,551

2

3

4

6

7

0,87

1,20

1,68

1,35

2,30

1 m

1 mm

1,50 mm

1,50 m

2 mm

2 mm

red de 8 freatímetros en sectores representativos y se midió la profundidad del nivel freático. Posteriormente se trazaron las curvas a las profundidades de 1, 1,50 y 2 m. La información permite ver con claridad cuál es el sector más afectado con freática.

Figura 4.6. Red de freatímetros y curvas de igual profundidad freática

Otros mapas que se pueden obtener son el de topografía y de curvas equipotenciales (de cota de agua), que indican el gradiente hidráulico y permiten trazar las líneas de flujo, que definen como se desplaza el agua, o sea la dirección, el sentido y las zonas de descarga.

Determinación de espaciamientos: Para el cálculo del espaciamiento son utilizadas fórmulas de flujo no permanente con recargas de riego espaciadas en el tiempo en función de las necesidades y la eficiencia. Para establecer las necesidades de riego para el o los cultivos a realizar se confecciona un calendario de riego para toda una temporada. Para el cálculo de la recarga a la que se verá sometido el sistema, se determinará la elevación de la freática que produce un riego por las pérdidas en profundidad. En la práctica esto también se puede obtener determinando en freatímetros el ascenso real al momento de efectuar un riego, Con todos esos datos, más los de conductividad hidráulica, porosidad efectiva, y profundidad a la barrera impermeable se calcula por tanteos , determinando para diferentes espaciamientos el incremento que se produce por cada intervalo de riego. La solución es cuando se verifica que al final de la temporada el valor del nivel freático es similar al del inicio.

Trazado de la red: El trazado de drenes parcelarios se realiza sobre las áreas más afectadas manteniendo en lo posible los espaciamientos calculados. Se deben aprovechar las máximas pendientes del terreno y callejones amplios (en el caso de drenes a cielo abierto).

En la figura 4.7, el sistema de drenaje está constituido por tres drenes parcelarios paralelos, distanciados 120 m entre sí que desembocan a un dren secundario y este a su vez en un dren colector

Figura 4.7. Trazado de una red de drenaje parcelario

Tipos de drenes

Existen dos tipos de drenes, los descubiertos o a “cielo abierto” y los subterráneos. En ambos casos pueden ser excavados manualmente o con máquina retroexcavadora. En cualquiera de los dos sistemas el agua comienza a fluir hacia y por la zanja (o los tubos), creando una depresión que se manifiesta por una curva. Un sistema de drenaje estará bien diseñado cuando el punto central entre dos drenes se encuentre lo suficientemente profunda para no afectar al cultivo.

Por lo general poseen una forma en V, con un talud que varía de acuerdo al tipo de textura y estructura del perfil del suelo. El más común es 1:0,5, es decir 0,50 m de ancho por cada metro de profundidad (ángulo de 60 º). Cuando el talud es muy vertical se torna inestable y se producen desmoronamientos (Figura 11)

En cuanto a la pendiente lo más recomendable es entre el 0,15 % (15 cm/100 m) hasta 0,30 % (30 cm/100 m).

Los drenes abiertos pierden eficiencia de trabajo al poco tiempo debido a que pierden profundidad y a proliferación de malezas acuáticas. Para un óptimo funcionamiento es necesario limpiarlos y reprofundizarlos al menos una vez al año.

Figura 4.8. Dren con talud vertical inestable.

Los drenes subterráneos pueden ser de hormigón, cerámica o tubería plástica perforada de PVC. Se recubren con material filtrante (ripio), cuya granulometría debe impedir el paso de sedimentos hacia la tubería y que no se obstruya con el tiempo. (Fig. 4.10). Si bien tienen una inversión inicial más costosa, presenta varias ventajas respecto a los descubiertos. Estando bien diseñados y construidos, el mantenimiento es mínimo, no ocupan espacio ni interfieren con las labores culturales. Además no interrumpen el tránsito de vehículos dentro de la propiedad ni es necesaria la construcción de pasantes y puentes.

Figura. 4.9. Construcción de dren entubado

Figura 4.10. Esquema de dren subterráneo.

II.- EL CICLO HIDROLOGICO DEL AGUA

El agua no permanece estacionaria sobre la Tierra sino que se establece una circulación del agua entre los océanos, la atmósfera y la litosfera-biosfera de forma permanente. Es lo que se conoce como ciclo hidrológico.

El ciclo hidrológico se podría definir como el proceso que describe la ubicación y el movimiento del agua en nuestro planeta. Es un proceso continuo en el que una partícula de agua evaporada del océano vuelve al océano después de pasar por las etapas de precipitación, escorrentía superficial y/o escorrentía subterránea.

El concepto de ciclo se basa en el permanente movimiento o transferencia de las masas de agua, tanto de un punto del planeta a otro, como entre sus diferentes estados (líquido, gaseoso y sólido). Este flujo de agua se produce por dos causas principales: la energía Solar y la gravedad.

Fases del ciclo hidrológico

Evaporación, el ciclo se inicia sobre todo en las grandes superficies líquidas (lagos, mares y océanos) donde la radiación solar favorece que continuamente se forme vapor de agua. El vapor de agua, menos denso que el aire, asciende a capas más altas de la atmósfera, donde se enfría y se condensa formando nubes.

Precipitación, cuando por condensación las partículas de agua que forman las nubes alcanzan un tamaño superior a 0,1 mm comienza a formarse gotas, gotas

que caen por gravedad dando lugar a las precipitaciones (en forma de lluvia, granizo o nieve).

Condensación, el vapor de agua se convierte en gotas del líquido, las cuales forman las nubes o la niebla.

Transpiración, el agua es absorbida por las raíces de las plantas, pasa a través de los tallos y de otras estructuras y es liberada a través de sus hojas como vapor de agua.

Fusión, Este cambio de estado se produce cuando la nieve pasa a estado líquido al producirse el deshielo.

Solidificación, Al disminuir la temperatura en el interior de una nube por debajo de 0° C, el vapor de agua o el agua misma se congelan, precipitándose en forma de nieve o granizo, siendo la principal diferencia entre los dos conceptos que en el caso de la nieve se trata de una solidificación del agua de la nube que se presenta por lo general a baja altura. Al irse congelando la humedad y las pequeñas gotas de agua de la nube, se forman copos de nieve, cristales de hielo polimórficos (es decir, que adoptan numerosas formas visibles al microscopio), mientras que en el caso del granizo, es el ascenso rápido de las gotas de agua que forman una nube lo que da origen a la formación de hielo, el cual va formando el granizo y aumentando de tamaño con ese ascenso. Y cuando sobre la superficie del mar se produce una manga de agua (especie de tornado que se produce sobre la superficie del mar cuando está muy caldeada por el sol) este hielo se origina en el ascenso de agua por adherencia del vapor y agua al núcleo congelado de las grandes gotas de agua. El proceso se repite desde el inicio, consecutivamente por lo que nunca se termina, ni se agota el agua.

Retención, pero no toda el agua que precipita llega a alcanzar la superficie del terreno. Una parte del agua de precipitación vuelve a evaporarse en su caída y otra parte es retenida (agua de intercepción por la vegetación, edificios, carreteras, etc., y luego se evapora.

Del agua que alcanza la superficie del terreno, una parte queda retenida en charcas, lagos y embalses (almacenamiento superficial) volviendo una gran parte de nuevo a la atmósfera en forma de vapor.

Escorrentía, Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno. En los climas no excepcionalmente secos, incluidos la mayoría de los llamados desérticos, la escorrentía es el principal agente geológico de erosión y de transporte de sedimentos.

Escorrentía superficial, otra parte circula sobre la superficie y se concentra en pequeños cursos de agua, que luego se reúnen en arroyos y más tarde desembocan en los ríos (escorrentía superficial). Esta agua que circula superficialmente irá a parar a lagos o al mar, donde una parte se evaporará y otra se infiltrará en el terreno.

Infiltración, pero también una parte de la precipitación llega a penetrar la superficie del terreno (infiltración) a través de los poros y fisuras del suelo o las rocas, rellenando de agua el medio poroso.

Evapotranspiración,en casi todas las formaciones geológicas existe una parte superficial cuyos poros no están saturados en agua, que se denomina zona no saturada, y una parte inferior saturada en agua, y denominada zona saturada. Una buena parte del agua infiltrada nunca llega a la zona saturada sino que es interceptada en la zona no saturada. En la zona no saturada una parte de este agua se evapora y vuelve a la atmósfera en forma de vapor, y otra parte, mucho más importante cuantitativamente, se consume en la transpiración de las plantas. Los fenómenos de evaporación y transpiración en la zona no saturada son difíciles de separar, y es por ello por lo que se utiliza el término evapotranspiración para englobar ambos términos.

Escorrentía subterránea,el agua que desciende, por gravedad-percolación y alcanza la zona saturada constituye la recarga de agua subterránea.

El agua subterránea puede volver a la atmósfera por evapotranspiración cuando el nivel saturado queda próximo a la superficie del terreno. Otras veces, se produce la descarga de las aguas subterráneas, la cual pasará a engrosar el caudal de los ríos, rezumando directamente en el cauce o a través de manantiales, o descarga directamente en el mar, u otras grandes superficies de agua, cerrándose así el ciclo hidrológico.

Circulación subterránea, Se produce a favor de la gravedad, como la escorrentía superficial, de la que se puede considerar una versión. Se presenta en dos modalidades:

Primero, la que se da en la zona vadosa, especialmente en rocas karstificadas, como son a menudo las calizas, y es una circulación siempre pendiente abajo.

Segundo, la que ocurre en los acuíferos en forma de agua intersticial que llena los poros de una roca permeable, de la cual puede incluso remontar por fenómenos en los que intervienen la presión y la capilaridad.

El ciclo hidrológico es un proceso continuo pero irregular en el espacio y en el tiempo. Una gota de lluvia puede recorrer todo el ciclo o una parte de él. Cualquier acción del hombre en una parte del ciclo, alterará el ciclo entero para una determinada región. El hombre actúa introduciendo cambios importantes en el ciclo hidrológico de algunas regiones de manera progresiva al desecar zonas pantanosas, modificar el régimen de los ríos, construir embalses, etc.

El ciclo hidrológico no sólo transfiere vapor de agua desde la superficie de la Tierra a la atmósfera sino que colabora a mantener la superficie de la Tierra más fría y la atmósfera más caliente. Además juega un papel de vital importancia: permite dulcificar las temperaturas y precipitaciones de diferentes zonas del planeta, intercambiando calor y humedad entre puntos en ocasiones muy alejados.

Las tasas de renovación del agua, o tiempo de residencia medio, en cada una de las fases del ciclo hidrológico no son iguales. Por ejemplo, el agua de los océanos se renueva lentamente, una vez cada 3.000 años, en cambio el vapor atmosférico lo hace rápidamente, cada 10 días aproximadamente.

REFERENCIAS HIDROLIGICAS.

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