Contenido
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1. Los diferentes tipos de cuenca. Los diferentes tipos de cuenca
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2. Los diferentes tipos de cuenca Regulación
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3. Instrumentación de una cuenca
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4. Instrumentación de una cuenca. Adquisición y transmisión de datos
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5. Casos complejos. Casos complejos
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6. Herramienta de cálculo de costes Herramienta de cálculo de costes
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7. Herramienta de cálculo de costes Metodología del proyecto
1. Los diferentes tipos de captación
Un manantial es un lugar donde el agua emerge de forma natural del suelo. Pueden ser perennes, es decir, estar presentes durante todo el año con mayor o menor variación de caudal. Otras se denominan temporales o intermitentes, porque sólo están presentes durante una parte del año, lo que a menudo se debe a las fuertes lluvias o al deshielo de la nieve.
Las aguas subterráneas son siempre subterráneas, pero su posición en zonas montañosas permite recogerlas por gravedad mediante desagües. Al igual que los manantiales, pueden ser perennes o intermitentes.
Una captación es la estructura utilizada para extraer el recurso hídrico. Es una infraestructura hecha por el hombre que debe adaptarse a su entorno (perforación, bomba, alimentación por gravedad, etc.).
1.1 Tipos de captación
1.1.1 Manantiales
Por definición, un manantial es el lugar donde el agua brota del suelo. A continuación, se hace visible de forma natural en forma de arroyo, estanque o lago.
1.1.2 Aguas subterráneas por gravedad
Una capa freática se encuentra a veces cerca del suelo natural. Se dice que es «superficial». Puede detectarse por un terreno permanentemente húmedo o incluso pantanoso o por un estudio de campo. En este caso, deben instalarse drenajes para evacuar el agua a una cámara de recogida. La instalación de drenajes suele implicar movimientos de tierra, ya que es necesario excavar para enterrarlos.
1.2 Tipos de cámara colectora
La presencia de un manantial o de una capa freática drenada dará lugar a una diferencia en la forma de captarla. Existen distintos tipos de cámara de captación para cada tipo de caudal, a menudo determinados por su entorno y uso.
1.2.1 Arqueta simple
Se trata de un orificio vertical de uno a varios metros de profundidad, revestido de hormigón y generalmente redondo, de 80 cm a 1 m de diámetro. En su interior se encuentra la entrada para el desagüe o desagües, así como el colador de salida y, a menudo, un rebosadero para la descarga en el entorno natural.
1.2.2 Cámara con sumidero
En esta configuración, el desagüe o desagües convergen en un depósito rectangular. Puede haber varios tanques para romper los flujos turbulentos causados por una gran afluencia de agua. La comunicación entre estos depósitos se realiza generalmente por rebosadero (o conexión libre y luego rebosadero si hay varios depósitos). El colador de salida está situado en el último tanque cerca de un rebosadero.
1.2.3 Canal o depósito abierto
Estos casos se dan en los manantiales. El agua desemboca en un abrevadero o canal construido directamente en el punto donde brota el agua (por ejemplo, una fuente, un canal de riego, etc.). El manantial puede canalizarse a lo largo de una corta distancia hasta su punto de acumulación.
2. El reglamento
A continuación se exponen las normas que rigen la utilización de una captación de agua para el suministro de agua potable a particulares o a las autoridades locales:
2.1 Protección de las captaciones de agua potable
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La puesta en marcha del périmetro de protección
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El establecimiento de perímetros de protección ampliados, en caso de aumento del riesgo de contaminación (de origen agrícola, etc.)
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Un sistema de detección de intrusos
2.2 Análisis del agua
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El análisis oficial de la captación de agua realizado por la ARS (Agence Régionale de Santé)
2.3 Muestreo
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La DUP (Declaración de Utilidad Pública)
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- Puede imponer un límite al caudal instantáneo y/o al volumen diario
- Puede exigir el vertido en el medio natural
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| Perímetros | Objetivos | Descripción |
|---|---|---|
| Perímetro de protección inmediata (PPI) | Para evitar la contaminación accidental y los daños a las estructuras. | Corresponde a la zona alrededor del punto de pozo. El terreno dentro de él debe estar cercado y ser propiedad exclusiva del propietario del proyecto. Su función esencial es prevenir el deterioro de las obras y evitar el vertido de sustancias contaminantes en las inmediaciones de la captación. |
| Perímetro de protección cercano (PPR) | Proteger la cuenca de la migración subterránea de contaminantes | Corresponde a la "zona de captación" de la fuente de agua y está diseñado para proteger la cuenca de la migración subterránea de contaminantes. Puede estar formado por parcelas separadas. Dentro de este perímetro, todas las actividades susceptibles de provocar una contaminación puntual o accidental están prohibidas o sometidas a una reglamentación especial. |
| Perímetro de protección a distancia (PPE) | Refuerzo de la protección del recurso | Corresponde a la zona de abastecimiento de agua del punto de captación, o incluso a toda la cuenca hidrográfica, por lo que puede abarcar una superficie muy variable. Se ha creado para reforzar la normativa general relativa al riesgo de contaminación por determinadas actividades en la zona en cuestión. Permite dictar normativas especiales para tener en cuenta circunstancias locales específicas. |
3. Instrumentación de una captación de agua
3.1 ¿Por qué instrumentar una captación de agua?
Como se indicó en la parte 1, un manantial o una capa freática pueden ser permanentes o temporales. En nuestro caso, las captaciones utilizadas para suministrar agua potable son, en su mayor parte, perennes, pero pueden experimentar variaciones significativas de caudal a lo largo de las estaciones. Es más, con las sequías cada vez más frecuentes, algunos de los manantiales o aguas subterráneas utilizados también pueden secarse.
La vigilancia de las captaciones de agua forma parte de la vigilancia del suministro de agua potable. Es esencial para garantizar el suministro de agua a la población a largo plazo. Este seguimiento se lleva a cabo midiendo regularmente el caudal a lo largo del año, con el fin de identificar las variaciones estacionales y comprobar si son normales (ligadas a la estación) o excepcionales (fuera de la media estacional).
El seguimiento regular y minucioso de una captación de agua puede complicarse por falta de tiempo, de personal o de acceso a la arqueta. La instrumentación de una captación de agua es una forma de garantizar el seguimiento a largo plazo de los recursos, aumentando al mismo tiempo la precisión de las mediciones. Existe una gran variedad de soluciones que pueden adaptarse a cada situación. Incluso cuando las obras de infraestructura pasan a ser importantes, la instalación de instrumentación sigue siendo una baza importante en la vigilancia del recurso.
3.2 ¿Qué equipar?
Un manantial o un acuífero se compone de las siguientes partes:
- La entrada. Una o varias, en función del número de desagües. Las distintas entradas pueden desembocar en el mismo depósito o en depósitos diferentes.
- La salida. En la mayoría de los casos, está formada por un tubo cribado. Algunas captaciones pueden abastecer a varios depósitos, o incluso directamente a una vivienda cercana. En estos casos, habrá varias salidas.
- El rebosadero. Aquí también puede haber uno o varios rebosaderos, siendo el más importante el que se encuentra cerca del colador de salida.
Para un seguimiento sencillo, necesita conocer al menos el caudal total que atraviesa la cuenca. Para un seguimiento más detallado, es necesario medir los tres caudales: entrada, salida y desbordamiento; la última medición es el resultado (suma o diferencia) de las otras dos.
En el caso de que haya varias entradas, puede optar por medirlas juntas o por separado, en función de la información que desee obtener (entrada de distintas fuentes o de varios desagües). Cuando haya varios desbordamientos, tenga cuidado con las posibles pérdidas entre las distintas zonas, que pueden interferir en la medición.
En la medida de lo posible, sólo debe haber un rebosadero cerca de la salida. Por lo general, el agua extraída se mide en el depósito con un contador. Tenga cuidado, sin embargo, de comprobar que no se produce ningún desbordamiento al medio natural en el embalse.
3.3 El trazado
En la mayoría de los casos, el caudal de un manantial o de una capa freática alimentada por gravedad se mide haciendo circular el agua a través de un vertedero o canal dimensionado sobre el que se mide la altura del agua. Se utiliza una fórmula para convertir esta altura en caudal. Si el agua se canaliza a través de tuberías, también puede utilizarse un medidor. A continuación veremos en detalle los distintos sistemas.
3.3.1 Vertederos
- En forma de V: Son los más comunes. Los ángulos estándar son 28,4°; 53,8°; 90° y 120° en función del caudal que se desee medir (la normalización se basa en tamaños de corte fácil según la base y la altura del triángulo). Pueden utilizarse para medir caudales de bajos a medios con grandes fluctuaciones.
- Rectangular: Un poco menos común, este vertedero se utiliza para caudales elevados sin grandes fluctuaciones.
- Trapezoidal: Más raro, es una combinación de los dos anteriores. Se utilizan para medir caudales elevados sujetos a grandes variaciones.
Aunque no siempre es fácil crear una caja con vertedero, es posible adaptar una caja con vertedero integrado directamente a la tubería de entrada.
3.3.2 Canales
Ya sean Venturi, Parshall, Khafagi u otros tipos, todos los canales funcionan según el mismo principio. Sólo varían su tamaño y forma. Su uso dependerá, por tanto, del caudal y del emplazamiento. Se utilizan más a menudo en canales abiertos porque requieren espacio para su instalación. También deben instalarse con gran precisión (al milímetro).
3.4 Instrumentación
3.4.1 Sensores de nivel
Los sistemas descritos anteriormente funcionan junto con un sensor de nivel de agua para establecer la relación nivel/caudal. Todos tienen diferentes rangos de medición y deben adaptarse al lugar. En el caso de los manantiales, los rangos más bajos (0-1 m o menos) proporcionarán la mayor precisión. Existen diferentes tipos de tecnología de medición:
El sensor más utilizado. Funciona por inmersión, por lo que es fácil de instalar. Mide una variación de presión mediante una membrana piezoresistiva. Funciona en modo analógico y tiene un bajo consumo de energía. Es el sensor menos caro (entre 400 y 500 euros).
Se coloca por encima del nivel del agua y mide la variación del nivel a distancia (de unos centímetros a varios metros). Requiere mucho espacio y es un poco más complicado de instalar. Su consumo de energía es similar al de un dispositivo piezoresistivo. Es más preciso, pero algo más caro (de 500 a 600 euros). Existen dos tipos de sensores sin contacto: el radar, que es insensible al entorno exterior (variaciones de temperatura, humedad, etc.), y el ultrasonido, que es ligeramente más preciso, pero sensible al entorno exterior y pierde precisión en flujos turbulentos.
3.4.2 Contadores
Suelen encontrarse en los sistemas de distribución y son una solución barata (500 euros) y de bajo mantenimiento, pero no siempre fáciles de instalar. Debe situarse en una tubería de carga, disponer de un cabezal transmisor y estar conectado a un sistema de telegestión capaz de convertir un volumen en caudal.
3.4.3 Otras soluciones
Los equipos descritos anteriormente se utilizan habitualmente. Existen otros sistemas que, dependiendo de la instalación, pueden ser más prácticos pero menos precisos. Más anecdóticos, no deben preferirse a otros sistemas más comunes y, por tanto, más probados. He aquí algunos ejemplos:
Existen varias tecnologías de caudalímetros (efecto Coriolis, ultrasonidos, turbina, etc.), cada una con sus propias ventajas e inconvenientes. El tipo de caudalímetro más utilizado es el electromagnético. También es el más barato (2.500 euros). La instalación de este equipo en un entorno natural presenta tres desventajas principales. En primer lugar, debe utilizarse en una tubería bajo carga. Esto requiere una instalación especial de la tubería. El segundo es que requiere una fuente de alimentación de 230 V o baterías de litio. Por eso este sistema se utiliza más en las entradas de los depósitos. Por último, es susceptible a la corrosión y requiere mantenimiento. Para que sea compatible con la telegestión, debe estar equipado con una salida digital.
Este tipo de caudalímetro puede utilizarse en tuberías sin carga.
El último sistema presentado es la medición del caudal mediante el efecto Doppler. Este sistema permite la medición directa con sólo colocar el dispositivo en el flujo de agua. Aparte de su elevado precio, presenta dos deficiencias a la hora de calcular el caudal de una fuente. En primer lugar, está diseñado para grandes espacios, en agua corriente, por lo que se reserva para canales abiertos y tuberías de gran diámetro (>400 mm). En segundo lugar, esta tecnología se basa en la presencia de materia en suspensión en el medio acuático. En la mayoría de los casos, la pureza del agua de origen reduce considerablemente la precisión del dispositivo. No obstante, merece la pena mantenerse al corriente de los avances de esta tecnología.
4.1 PLC
Los PLC son los dispositivos más completos. Los datos se pueden procesar directamente antes de ser transmitidos y se pueden conectar varios tipos diferentes de sensores. Su gran capacidad también hace que consuman más energía. Aunque una batería y un panel solar puedan cubrir sus necesidades eléctricas, es aconsejable utilizarlos sólo con corriente doméstica de 230 V.
4.2 Registradores de datos autónomos
Los registradores de datos con o sin comunicaciones, conocidos comúnmente como loggers (o dataloggers), son mini-autómatas de acceso restringido. Sólo se puede conectar un número limitado de sensores y no se aceptan todos los tipos (pocos registradores aceptan sondas digitales). No todos los modelos son iguales. Mientras que algunos pueden preprocesar los datos, otros se limitan a enviarlos tal cual. En nuestro caso, merece la pena utilizar un registrador de datos capaz de convertir el nivel de agua en caudal (o el volumen en caudal).
Los registradores de datos tienen muchas ventajas. En primer lugar, son eléctricamente autónomos. Alimentados por pilas, su autonomía oscila entre unos meses y varios años (10 años en teoría, de 5 a 6 años en condiciones reales). Otro punto importante es que son impermeables a la lluvia y a la humedad (no a la inmersión), lo que facilita su instalación, mientras que un PLC tendría que estar protegido por un armario eléctrico. Y como están diseñados para la mera adquisición de datos, pueden almacenar una gran cantidad de datos que pueden recuperarse físicamente conectándolos a un PC. Muchos disponen de un módem interno y permiten la transmisión a distancia, un punto al que concedemos gran importancia.
4.3 Redes
Una vez adquiridos los datos, existen dos formas de recuperarlos. Como ya hemos dicho, podemos recuperar los datos manualmente desde el aparato, pero la solución más interesante es, por supuesto, automatizar el envío de datos a distancia. Para ello, el sistema de telegestión debe disponer de un módem y de una conexión de red. Existen varias redes que pueden utilizarse:
- GPRS/3G/4G: Es la más conocida de todas, ya que es la red que utilizan los teléfonos móviles y los smartphones. Para utilizar esta solución, el registrador de datos debe contener un módem 3G o 4G, una tarjeta SIM y una suscripción a un operador. Existen abonos multioperador que seleccionan automáticamente la mejor red (5 euros/mes).
- Satélite: La ubicación de los manantiales en media y alta montaña no siempre es propicia para la red telefónica. A falta de red móvil, la comunicación por satélite es una buena alternativa. El abono es más elevado (de 20 a 30 euros/mes) para el mismo coste de equipo. Sin embargo, la democratización de la tecnología hace bajar progresivamente el coste de los paquetes.
- Redes de baja velocidad: Las más conocidas son LoRa Wan y SigFox. A menudo dependientes de las redes telefónicas tradicionales, son más eficaces en las zonas urbanas y están menos presentes en las zonas rurales y montañosas. Su uso requiere un poco más de planificación, pero permiten intercambiar datos allí donde las redes de los operadores son demasiado débiles. Por otro lado, las suscripciones son mucho más baratas (5 euros para más de 100 sensores).
Cuando no se disponga de una red para la transmisión a distancia, el uso de un registrador/grabador puede ser una buena idea. Esto permitirá adquirir datos diarios, planificando una visita al lugar una o dos veces al año.
4.4 Recuperación de datos
Dependiendo del método o del producto utilizado, los datos no se transferirán de la misma manera. Se enviarán directamente al servidor del cliente o a través de la plataforma del fabricante.
- Transmisión directa: En este caso, el PLC o el registrador de datos se programa con los identificadores del servidor del cliente y envía los datos a una carpeta del servidor (normalmente a través del protocolo FTP o SFTP). A continuación, los datos pueden procesarse directamente a partir de los archivos enviados.
- Vía plataforma: En esta solución, el fabricante del registrador de datos recupera los datos y los pone a disposición del cliente a través de una plataforma web. Dependiendo del proveedor, también se puede transferir al cliente un archivo con los datos. La única ventaja de esta solución es que los datos pueden visualizarse en la plataforma web del fabricante, pero esto tiene un coste y el cliente tendrá que pagar una cuota de suscripción por este servicio. Además, a menudo basta con enviar los datos una sola vez, ya que luego los gestiona una plataforma de visualización interna o una ofrecida por otro proveedor de servicios.
5. Casos complejos
A continuación veremos dos casos especiales, pero que corresponden a situaciones con las que nos encontramos habitualmente.
5.1 Abstracción y derechos de agua
El agua pertenece y beneficia al propietario de la tierra. Por lo tanto, puede utilizarla como desee, excepto si forma un curso de agua (arroyo, río, etc.) al final de la parcela. Si la autoridad local o un sindicato utilizan este recurso, deben firmar un acuerdo o contrato con el propietario del manantial.
Si la captación es propiedad de la autoridad local, no está sujeta a derechos de agua en beneficio de las viviendas de bolsillo. Corresponde al gestor establecer inteligentemente las reglas de reparto si así lo desea.
5.2 Estructuras sumergidas o inaccesibles
Algunas cuencas pueden estar totalmente sumergidas o tener tomas o desagües ocultos.
En el primer caso, si no es posible bajar el rebosadero, podemos intentar instrumentar directamente la entrada de la cuenca o su tubería aguas arriba. De lo contrario, tendremos que multiplicar los puntos de medición equipando la salida (o entrada al embalse) y la salida del rebosadero.
La otra solución, válida para ambos casos, es una revisión completa de la obra civil. Esta última solución es, por supuesto, muy cara (oscila entre varios miles de euros y decenas de miles de euros), pero también es una oportunidad para empezar de nuevo con una cuenca sana que cumpla las normas y sea apta para la instrumentación.
6. Herramienta de cálculo de costes
Cuadro 2: Resumen de costes para ayudar a calcular el coste de la instrumentación
| Elemento | Descripción | Precio |
|---|---|---|
| Registrador de datos (con gestión remota) | Registra, convierte, almacena y envía datos. | 1500€ |
| Sensor | Mide el nivel del agua | 500€ |
| Umbral | Permite la conversión altura-flujo gracias a una muesca normalizada. | 500€ |
| Placa divisoria | Crea una bandeja adicional o eleva una existente. | 1000€ |
| Placa divisoria con umbral | Crea una bandeja adicional con umbral integrado. | 1500€ |
| Medidor | Mide el volumen de una tubería bajo carga. | 500€ |
| Caudalímetro | Mide el caudal en una tubería cargada. | 1500€ |
| Mano de obra (jornada para una persona) | Representa el precio aproximado de un día de trabajo | 450€ |
| Abono operador | Representa la suscripción telefónica mensual. | 5€/mois |
Una jornada de trabajo rara vez la realiza una sola persona. Por ello, es aconsejable duplicar el precio de la mano de obra para incluir a una segunda persona.
Los precios anteriores se basan en una media sugerida por los proveedores. Pueden variar en función del fabricante, la tecnología, la precisión o el material elegido. Los costes de mano de obra también pueden variar según la accesibilidad del colector y la dificultad del trabajo.
7. Metodología del proyecto
Cuadro 3: Diagrama de Gant para la gestión del tiempo del proyecto
| Acción | Descripción | Duración (días laborables) |
|---|---|---|
| Formalización de la solución | Creación de la ficha de cuenca | Media jornada para crear la ficha de datos y considerar la(s) solución(es) de instrumentación. |
Esta metodología no tiene en cuenta todos los trámites administrativos útiles para el despliegue del proyecto, pero que son tediosos y raramente reducibles.
El tiempo necesario para preparar el proyecto varía en función de la carga de trabajo de la empresa responsable de las obras. Tenga en cuenta que, en algunos casos, es posible que no se pueda acceder al lugar durante todo el año (nieve, barro, etc.). Siempre se debe establecer previamente un calendario de trabajo con la empresa responsable de las obras.
Para la parte de «diagnóstico», puede ser necesaria la intervención de una empresa especializada si el instalador no puede realizar la inspección con cámara. La inspección por vídeo de un desagüe es más compleja que la de una perforación (desagüe roto, desagüe lleno, fuente en redes kársticas, etc.).
8. Ejemplos de proyectos
9. Lista de socios
La instalación de la instrumentación es extremadamente importante. Es la clave de la precisión de las mediciones. Por ello, es importante trabajar con una empresa competente y fiable. imaGeau ha elaborado una lista de socios con los que ya ha trabajado y que recomienda.
HydrauDiag
HydroService
36, rue du Cerf
67350 UBERACH
Página web: https: //www.hydroservices.net/
Teléfono: 03 88 07 50 06
Fax : 03 88 07 50 09
Correo electrónico : accueil@hydroservices.net
Ceneau
265 Avenue de l’Industrie
34 820 TEYRAN – Francia
Página web: https: //ceneau.com/
Teléfono : +33(0)4.67.04.16.43
Fax : +33(0)4.67.52.08.55
Tetraedre France
1 impasse des Puyots
65310 ODOS – Francia
Página web: https: //www.tetraedre.com/
Tel : 06 80 16 14 45
Correo electrónico: fabien.levard@tetraedre.com
Saur
Operadores como Saur disponen de equipos especializados capaces de realizar trabajos de instrumentación e ingeniería civil. Aquí tiene una lista de contactos por regiones:
| Region | Contacto | Datos de contacto |
|---|---|---|
| PACA | Anthony GAYRAL | anthony.gayral@saur.com 04 94 01 37 90 06 50 86 88 27 |
| Auvernia Ródano | Hervé TOURNIAIRE | herve.tourniaire@saur.com 04 75 00 12 23 06 80 48 83 06 |
| Rhin Borgoña Loira | Océane THOMAZEAU | oceane.thomazeau@saur.com 07 60 58 62 85 |
| Hauts-de-France | Anne-Claire LELEU | anne-claire.leleu@saur.com 03 64 47 93 53 |
| Languedoc-Rousillon | Vincent GAUZE (34, 11, 66) | vincent.gauze@saur.com 04 67 66 52 34 07 61 31 27 52 |
| Languedoc-Rousillon | Jean-Christophe GLOUTON (30, 48) | jean-christophe.glouton@saur.com 04 66 68 72 83 06 76 72 33 13 |
| Atlantique | Jean-Jacque LABROUSSE | jean-jacques.labrousse@saur.com 05 46 51 37 10 06 65 51 08 73 |
| Bretaña | Eric DUVEAU | eric.duveau@saur.com 02 99 52 08 79 06 87 86 30 74 |
| Lemosín | Laurent PUGNET | laurent.pugnet@saur.com 05 55 17 31 34 07 62 48 70 98 |
| Pirineos Garona | Vincent SAVIGNAC | vincent.savignac@saur.com 02 96 85 64 15 06 74 94 74 26 |
La siguiente empresa no es instaladora, sino que ofrece soluciones completas de comunicación por satélite (registrador inteligente + transmisión de datos).
HioTee
Cap Alpha – 3 avenue de l’Europe
34830 Clapiers
Página web: https: //www.hiotee.com/
Correo electrónico: contact@hiotee.com
Referencias
Tipo de fuentes :
- http://id.eaufrance.fr/nsa/918
- https://www.memoireonline.com/10/13/7528/m_Les-eaux-souterraines-captage-exploitation-et-gestion12.html
Umbrales :
Normativa :
