UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO (UTESA)Sistemas de Agua Potable

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Tendencias de crecimiento de la poblacin

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Tendencias de crecimiento de la poblacin

El crecimiento poblacional es funcin de factores econmicos, sociales y de desarrollo industrial.UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA DEBE SER CAPAZ DE PROPICIAR Y ESTIMULAR ESE DESARROLLO, NO DE FRENARLO, PERO EL ACUEDUCTO ES UN SERVICIO CUYOS COSTOS DEBEN SER RETRIBUIDOS POL LOS BENEFICIARIOS, PUDIENDO RESULTAR EN COSTOS MUY ELEVADOS SI SE TOMAN PERODOS MUY LARGOS PARA CIUDADES CON DESARROLLOS MUY VIOLENTOS, CON LO CUAL PODRA PROPORCIONARSE UNA QUIEBRA ADMINISTRATIVA.

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Tendencias de crecimiento de la poblacin

DE ACUERDO A LAS TENDENCIAS DE CRECIMIENTO DE LA POBLACIN ES CONVENIENTE ELEGIR PERODOS DE DISEO MS LARGOS PARA CRECIMIENTOS LENTOS Y VICEVERSA.LA DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA DE UNA LOCALIDAD DEBE SER DEPENDIENTE DE SU COSTO TOTAL CAPITALIZADO. GENERALMENTE LOS SISTEMAS DE ABASTECIMIENTOS SE DISEAN Y CONSTRUYEN PARA SATISFACER UNA POBLACIN MAYOR QUE LA ACTUAL( POBLACIN FUTURA).

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Estimacin de la Poblacin

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Es la cantidad de personas que se espera tener en una localidad al final del Periodo de diseo del sistema de Agua Potable o Alcantarillado.

El Crecimiento de las Ciudades est sujeto a planes de desarrollo. Para su crecimiento se consideran las Zonas de Reserva previstas para el desarrollo de la Ciudad a corto mediano y largo plazo. PLANIFICACION URBANA.

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En el Caso de aprovisionamiento bsico de Saneamiento, es necesario conocer la definicin de los usos del Suelo, segn los Programas al respecto, para poder predecir la Poblacin a servir y Disear la infraestructura de estos servicios con Proyeccin futura.

Debido a que la poblacin es siempre un factor relevante en la estimacin futura del Consumo de Agua, en la ocupacin del suelo disponible, en la ampliacin del fondo legal, en la generacin de bienes y servicios, etc., es necesario predecir de alguna manera, cual ser el incremento de la misma en tiempos determinados.

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En el Diseo y Operacin de sistemas relacionados con el Agua (suministro, tratamiento y desalojo), se requieren estimaciones de la Poblacin a corto plazo (1 10 aos) y a Largo Plazo (10 50 aos).

Las predicciones de la Poblacin son complejas y ciertamente las estimaciones pueden ser errneas en cierto grado, dependen de componentes o factores particulares que pueden alterar el desarrollo Demogrfico de la Comunidad.

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Los factores que influyen en la Poblacin y la tasa de su Crecimiento, incluyen:

Tasas de Nacimiento Defunciones.

Tasas de Emigracin Inmigracin.

Anexin.

Urbanizacin.

Polticas de descentralizacin de actividades Econmicas.

Descubrimiento de nuevos Recursos Naturales.

Desarrollo de nuevas Industrias.

Actividad Comercial.

Uso del suelo.

Incremento en la esperanza de Vida.

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Una vez fijada la vida til de la obra, realizadas las investigaciones preliminares y la combinacin de otros factores, se determina el desarrollo futuro que probablemente tendr la poblacin en estudio, considerando el incremento de habitantes, as como el tipo, nmero y magnitud de actividades.

Entonces es vlido decir, en cierta medida, que la estimacin del consumo o la aportacin de agua potable est en funcin de la variacin de la poblacin basada en la proyeccin histrica de la misma; simultneamente a una estimacin a futuro del uso del agua para los diferentes propsitos.

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La fuente de informacin ms importante para obtener datos, son los censos levantados por el Instituto Nacional de Estadstica, Geografa e Informtica (INEGI), que los realiza cada diez aos.

Las Estimaciones de la poblacin se obtienen aplicando los Mtodos existentes para el clculo de la poblacin en un tiempo deseado (intercensal o postcensal), basndose en la interpolacin y la extrapolacin, segn distintos Modelos Matemticos.

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Concluyendo que la cuantificacin de la evolucin Demogrfica puede ser definida anticipadamente con cierta precisin; y en donde hay que proceder con cautela y aplicar la experiencia para decidir algn Mtodo de prediccin a usar.

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Los Mtodos ms usuales para la estimacin de la poblacin a futuro o de Proyecto son:

Mtodo Aritmtico.

Mtodo del Porcentaje Uniforme.

Mtodo Prolongacin de la Curva a ojo.

Mtodo Logstico.

Mtodo de Crecimiento Declinante.

Mtodo de la Proporcin.

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Mtodo Aritmtico

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Su Hiptesis se basa en el hecho de que la tasa de crecimiento es constante. La validez de este mtodo se puede verificar examinando el crecimiento de la comunidad para determinar si se han producido incrementos aproximadamente iguales entre los Censos Recientes.

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En trminos Matemticos, la Hiptesis puede ser expresada como:

dp = KdtEn donde dp/dt es la tasa de cambio de la poblacin y K es una constante. K se puede determinar grficamente, o a partir de las poblaciones en censos sucesivos, como:

K=P tLa Poblacin futura es luego estimada a partir de

Pt = Po + Kt

Pt = Poblacin en algn tiempo futuro.Po= Poblacin Actual. t = Periodo de la Proyeccin.

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poblacin actual y futuraPoblacin actualEjem.:Una urbanizacin de 300 viviendas.6habitantes por viviendas.Pac= 300x6=1800 personasPoblacin futuraPf=Pac(1+R)^nR=tasa de crecimiento anual(2.5%).N=perodo de diseo( 20 @ 40 ).Pf=1800( 1+2.5/100)^20=2,950 personas

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Mtodo del Porcentaje Uniforme

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Se sustenta en la hiptesis de un porcentaje de crecimiento Geomtrico o Uniforme donde se supone que la tasa de incremento es proporcional a la Poblacin:

dp = KP dt

De la integracin de esta Ecuacin resulta

Ln P = Ln Po + Kt

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Mtodo Prolongacin Curva de Ojo

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Esta tcnica consiste en la Proyeccin Grafica de las curvas de crecimiento de la Poblacin en el pasado, manteniendo cualquier tendencia o inclinacin que la informacin Histrica indique.

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Mtodo Logstico

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La Curva Logstica usada en el modelo de crecimiento de Poblacin tiene forma de S; se combina una tasa geomtrica de crecimiento para baja poblacin con una tasa decreciente a medida que la ciudad se aproxima a algn limite de poblacin. La Hiptesis de crecimiento Logstico puede ser verificada representando los datos del censo en Papel Logstico, en el cual aparecer una lnea recta si la Hiptesis es valida.

P = Psat 1+ ea+b t

Psat = 2P0P1P2 P12 (P0 + P2) P0P2-P12

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a = Ln Psat P2 P2b = 1 Ln P0(Psat - P1) n P1(Psat P0)

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PERODOS DE DISEOS

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FUENTES SUPERFICIALES PERODOSSIN REGULACIN: DEBEN PROVEER UN CAUDAL MNIMO:20 @ 30 AOSCON REGULACIN: LAS CAPACIDADES DE EMBALSE DEBEN BASARSE EN REGISTRO DE ESCORRENTA:20 @ 30 AOS

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FUENTES SUBTERRNEAS PERODOSEL ACUFERO DEBE SER CAPAZ DE SATISFACER LA DEMANDA PARA UNA POBLACIN FUTURA:20 @ 30 AOS

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OBRAS DE CAPTACIN PERODOSDIQUES-TOMAS15 @ 25 AOSDIQUES-REPRESAS30 @ 50 AOS

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ESTACIONES DE BOMBEO PERODOSBOMBAS Y MOTORES, CON UNA DURABILIDAD RELATIVAMENTE CORTA:10 @ 15 AOSLAS INSTALACIONES Y EDIFICIOS PUEDEN SER DISEADOS, TOMANDO EN CUENTA LAS POSIBILIDADES DE AMPLIACIONES FUTURAS Y CON PERODOS DE DISEO DE:20 @ 25 AOS

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PERODOS DE DISEOS

LNEAS DE ADUCCIN 20 @ 40 AOSPLANTAS DE TRATAMIENTO10 @ 15 AOSREDES DE DISTRIBUCINGENERALMENTE:20 AOS

REDES DE DISTRIBUCINGENERALMENTE DE GRAN MAGNITUD: 30 @ 40 AOS

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ESTANQUES DE ALMACENAMIENTO PERODOSDE CONCRETO30 @ 40 AOSMETLICOS20 @ 30 AOS

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Consumos y VariacionesCaudales de diseo Caudal promedioQm = Dotacin * Poblacin 86,400

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Consumos y VariacionesCaudales de diseo Caudal mximo diarioQmx diario = Qm * CvdCvd = 1.25 (variacin diaria)

Conduccin y Almacenamiento

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Consumos y VariacionesCaudales de diseo Caudal mximo horarioQmx horario = Qm * CvhCvh = 2.0 (variacin horaria)

Redes de distribucin

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Consumos y VariacionesDemanda de incendio En las localidades donde sea necesario atender la demanda contra incendio, deben ubicarse hidrantes en funcin de las necesidades, equipo disponible y experiencia del cuerpo de bomberos.

En condiciones de emergencia se acepta que el suministro de la red de distribucin se destine a la zona de conflicto, mediante el manejo de vlvulas, disminuyendo el servicio a los usuarios.

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DISEO DE REDES DE AGUA POTABLE

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SE UTILIZA PRINCIPALMENTE LA FORMULA DE HAZEN WILLIAMS V = 1.318 C R0.63 S0.54

QUE COMBINADA CON LA ECUACION DE CONTINUIDAD Q=VXA PUEDE ESCRIBIRSE EN LA FORMA: h = L Q1.85

EN ESTA EXPRESION:L = LONGITUD DE LA TUBERIA , METROSh = PERDIDA DE CARGA, METROS = COEFICIENTE QUE DEPENDE DE C Y DEL DIAMETROQ = CAUDAL, LPSVALORES DEL COEFICIENTE C MAS UTILIZADOSHIERRO FUNDIDO 100HIERRO FUNDIDO DUCTIL100HIERRO GALVANIZADO100 110ASBESTO CEMENTO120POLICLORURO DE VINILO (PVC) 140

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VELOCIDADES PERMISIBLES

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VELOCIDADES PERMISIBLESEXISTE UN CUADRO QUE MUESTRA LA RELACION DIAMETRO-VELOCIDAD ECONOMICA, QUE PUEDE UTILIZARSE PARA SELECCIONAR EL DIAMETRO DE TUBERIA QUE PERMITE MANEJAR LOS CAUDALES Y VELOCIDADES DE MANERA QUE LAS PERDIDAS SEAN ACEPTABLES. EL CUADRO SE PRESENTA A CONTINUACION.

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VELOCIDADES PERMISIBLES

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Fuentes de AbastecimientoLos ingenieros nos interesamos por la hidrologa, ya que los abastecimientos de agua son tomados de corrientes, embalses y pozos que son alimentados directa o indirectamente por la precipitacin. Tambin nos interesamos por los caudales mximos y mnimos de escorrenta; volumen total de flujo, sequas y condiciones promedio, datos que son necesarios para el diseo de Embalses, vertederos, alcantarillas para aguas de lluvia y otras estructuras hidrulicas

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Caractersticas de las Aguas Superficiales y SubterrneasAspectos cuantitavos y de explotacin

Aguas superficialesAguas subterrneasGeneralmente aportan mayores caudalesGeneralmente aportan caudales bajosCaudales variablesPoca variabilidad de caudalNo siempre precisan bombeoGeneralmente requieren bombeoCosto bombeo bajosCosto bombeo altosGeneralmente la captacin debe hacerse distante del sitio de consumoPermite ms cercana al sitio de utilizacin

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Caractersticas de las Aguas Superficiales y SubterrneasAspectos cualitativos

TurbiedadVariable Prcticamente ningunaColorVariableBajo o ningunoTemperaturaVariable, gral. muy altaConstante, depende del subsueloMineralizacinVariableDepende del subsueloDurezaGENERALMENTE bajaAlta, depende del sueloEstabilizacinVariable, gral. corrosivasConstante (incrustaciones)Contaminacin bacteriolgicaVariable, gral. contaminadasConstante, gral. poca o ningunaContaminacin radiolgicaExpuestas a cont. directaProtegida contra contaminacin directa

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Medicin de la precipitacinLa precipitacin, incluyendo lluvia, nieve, granizo y agua nieve es la principal fuente de agua en ros, quebradas, lagos, manantiales y pozos. En ausencia de registros de flujo en corriente, los datos de precipitacin son la base para estimar la magnitud de las crecientes, los caudales de estiaje y el rendimiento de la cuenca. La precipitacin media anual es quiz la forma ms comn de dichos datos

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Fuentes SuperficialesPUEDEN SER corrientes de flujo pequeos pero con avenidas adecuadas, que se almacenan en sitios adyacentes a la corriente, para su uso en las estaciones donde no es POSIBLE SUPLIR LA DEMANDA.

SON Corrientes de caudal insuficiente en tiempo de estiaje, pero volumen total anual adecuado

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Fuentes SuperficialesLas aguas superficiales, constituidas por ros, quebradas y lagos, requieren para su utilizacin de informacin detallada y completa que permita visualizar su estado sanitario, caudales disponibles y calidad del agua

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Fuentes SuperficialesNaturaleza de la geologa superficial (rocosa, arcillosa, arenosa, etc.)Caractersticas de la vegetacin (bosques, terrenos cultivados e irrigados)Presencia o ausencia de moradores en los mrgenes , principalmente aguas arriba de los sitios de captacinDistancias o focos de contaminacin (descargas de aguas negras, cochineras, balnearios, lavaderos, etc.)Estado sanitario de la fuente

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Fuentes SuperficialesLa utilizacin de una fuente de abastecimiento supone suficiente capacidad para suplir el gasto requerido durante el perodo de diseo prefijado para el sistema de abastecimiento

Debemos verificar la posibilidad de suministro constante, YA sea porque los aforos mnimos representan valores superiores a la demanda o porque sea factible establecer una regulacin de sus gastos de forma que el perodo de crecidas permite almacenar volmenes compensatorios de la demanda en la poca de sequa. Para esto debemos disponer de los registros de escorrenta durante perodos lo suficientemente largos que permitan predecir la situacin en lapsos similares a los del perodo de diseo Caudales disponibles

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Factores que afectan la escorrentaLa precipitacin es el principal factor individual que afecta el caudal de una cuenca. Es evidente que la cantidad de lluvia es importante, pero la distribucin tanto temporal como espacial puede ser igualmente significativa.

La topografa y la geologa local influyen en la regulacin y la cantidad de escorrenta.

La evaporacin es una funcin de la temperatura, de la velocidad del viento y de la humedad relativa.

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Factores que afectan la escorrentaLa intercepcin comprende aquella precipitacin que es retenida sobre las hojas y otras superficies y nunca alcanza el suelo.

El almacenamiento en depresiones es aquella PRECIPITACION que es retenida en reas de bajo nivel durante eventos de escorrenta.

La infiltracin es afectada por el tipo de suelo, la intensidad de lluvia, la condicin de la superficie y la vegetacin (la cual puede alterar la porosidad del suelo).

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Fuentes superficiales que requieren regulacinCuando los aforos mnimos del ro INDICAN QUE en determinadas pocas no son suficientes para cubrir la demanda, es posible lograr, mediante el represamiento de aguas en poca de crecidas, compensar el dficit y aportarlo para satisfacer la demanda.

Existen varios mtodos para determinar los volmenes de almacenamiento requeridos para satisfacer las demandas de agua

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Fuentes superficiales que requieren regulacinMtodo de diagrama de masas (RIPPL)

Debe disponerse de una serie de registros hidrolgicos de la fuente durante un perodo igual o mayor al perodo de diseo. En cualquier caso, debe disponerse de los registros de escorrenta de un perodo no menor de 20 aos

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CARACTERISTICAS DE LA CURVA MASA

LA DIFERENCIA DE ORDENADAS PARA DOS TIEMPOS CUALESQUIERA REPRESENTA EL VOLMEN CONSUMIDO.LA PENDIENTE DE LA TANGENTE EN UN PUNTO, REPRESENTA EL CAUDAL EN ESE INSTANTE.LA PENDIENTE DE LA RECTA ENTRE DOS PUNTOS CUALESQUIERA ES EL CAUDAL MEDIO EN ESE INTERVALO.

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Fuentes superficiales que requieren regulacinMtodo de diagrama de masasUn mtodo de diseo ordenado seria:

Seleccionar, en forma grfica o analtica, el perodo MAS seco (entre todos los aos de registro)Construir el grfico o diagrama de masa para el perodo seleccionadoTrazar tangentes paralelas a la lnea de demandaDeterminar la DIFERENCIA MAXIMA de la DEMANDA RESPECTO A LA DISPONIBILIDAD, lo cual define la capacidad de embalse requerida

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Fuentes superficiales que requieren regulacinMtodo de meses ms secosSe define mes seco a aquel cuyo gasto de aforo es menor que el gasto de demanda en el mismo lapso. Se selecciona de una serie de registros mensuales de aforos el mes ms seco y se determina el dficit para ese perodo; se procede luego a seleccionar los dos meses ms secos consecutivos y as sucesivamente se van determinando los dficit de cada periodo considerado respecto a la demanda. Ello va provocando incrementos del dficit, hasta un momento en que este dficit se hace menor

La capacidad del embalse est determinada por el mayor dficit

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Fuentes superficiales que requieren regulacinMtodo estadsticoUn mtodo de diseo ordenado seria:Obtener el gasto medio de escorrenta, para los aos de registros disponibles:Qm= Qa/NDeterminar la desviacin Standard:= ( D2/N-1)1/2

Determinar el coeficiente de variacin:CV = /Qm s s

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Fuentes superficiales que requieren regulacinMtodo estadstico

Determinar la relacin entre demanda y el gasto medio disponible

Con el valor del CV y el porcentaje del gasto medio disponible, obtener en las tablas correspondientes el coeficiente de embalse

Determinar la capacidad del embalse mediante la aplicacin del coeficiente anterior

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Fuentes superficiales sin regulacinConocidos los datos de escorrenta, se debe analizar la fuente superficial sin necesidad de regularla, en cuyo caso el gasto mnimo para el perodo de registros debe ser superior al gasto del da de mximo consumo para el perodo de diseo fijadoLa utilizacin de una fuente superficial sin regulacin supone el diseo de obras de captacin especficas, de acuerdo a las caractersticas particulares del ro o quebrada utilizada

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Fuentes superficiales sin regulacin(Captacin)Directamente de RosLocalizacin en tramos rectos y slo en casos especiales en tramos curvos.

En el caso de tomas por conductos, la carga sobre este debe ser 3 veces su dimetro o mayor.

Conservar la altura sobre el fondo para evitar entrada de arena.

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Fuentes superficiales sin regulacin(Captacin)OtrasEn manantiales son Tanquillas de recoleccin, con un vertedor de demasas con registro y vlvula y proteccin de zanja alrededor

Galera de infiltracin consiste en una canalizacin, tnel o tubera ranurados, construidos por debajo del nivel fretico de estratos acuferos cercano a ros, PARA interceptar la corriente, provocando su captacin.

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FUENTES SUBTERRANEAS

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Introduccin

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Para explotar racionalmente este recurso importante ser necesario hacer lo que se conoce como un estudio geohidrolgico, que consta de tres partes principales: Exploracin, Cuantificacin y Prediccin.

La etapa de EXPLORACION O PROSPECCION tiene por objeto la localizacin de los acuferos y la definicin de la forma y dimensiones del mismo, as como el estudio de todos aquellos aspectos hidrolgicos y geolgicos que puedan proporcionar una idea cualitativa de la posible disponibilidad de aguas subterrneas.

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La etapa de CUANTIFICACION tiene por objeto estudiar el comportamiento del acufero frente a la accin combinada de su recarga y descarga para determinar el volumen que se infiltra en el rea estudiada.

La etapa de PREDICCION es la ms importante del estudio y tiene por objeto predecir mediante modelos matemticos o analgicos, previamente calibrados, la evolucin de los niveles de agua subterrnea para las alternativas de explotacin futura que se desean estudiar, principalmente el comportamiento futuro de los acuferos frente a cualquier alternativa de bombeo, que en ltima instancia es lo que verdaderamente importa, ya que es la nica forma de poder manejar adecuadamente las aguas subterrneas

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