2.4.Sistema de alcantarillado del polígono de estudio
En la totalidad de la ciudad de Quito existe un sistema de alcantarillado combinado, lo que significa que recoge tanto aguas servidas como aguas lluvias en una misma tubería. Este tiene su mayor demanda en temporada de invierno, por la presencia de grandes y constantes precipitaciones.
Ilustración 37 - Calado de agua en tuberías combinadas
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
2.4.1. Tipo de alcantarillado y parámetros de diseño
En la actualidad hay una red de alcantarillado combinado en el sector, en la que constan sumideros, pozos de revisión y las diferentes tuberías secundarias que se conectan al colector principal. Para la evaluación del sistema de alcantarillado se partió del catastro existente de la red de alcantarillado que se encuentra en las oficinas de la EPMAPS. Se realizó una revisión en campo para constatar la existencia de los pozos y se procedió a realizar el modelo para analizar su comportamiento hidráulico con ayuda del software Storm Water Management Model (SWMM) para verificación de condiciones hidráulicas del sistema de alcantarillado actual.
En el diseño se tomó en cuenta la curva de intensidad, duración y frecuencia (IDF) de la estación INAMHI-IÑAQUITO, por su proximidad al polígono de estudio. Se tomó un periodo de retorno de 25 años, aconsejado por el Departamento de Programación Operativa. El cálculo de los caudales sanitarios que son descargados a la red del alcantarillado, se lo realizó utilizando el registro del consumo de agua potable que tiene cada edificio al mes21.
Los datos de pozos y caudales pueden observarse en el Anexo N°6 adjunto. A continuación se presenta un esquema de la red de alcantarillado existente en el polígono de estudio.
Ilustración 38 - Red de alcantarillado existente
Fuente: EPMAPS
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
21 Datos de obtenidos por parte de la EPMAPS, Gerencia de Operaciones y Gerencia Comercial.
2.4.2. Condiciones actuales del sistema de alcantarillado actual
Con el fin de realizar el modelo del sistema de alcantarillado, se necesitó identificar una estación meteorológica cercana al polígono de estudio para lo cual se utilizó la curva IDF de la estación INAMHI-IÑAQUITO, la que presenta una fórmula de intensidad de:
� ={76,8002∗ �0
,0818∗[ln(�+ 3)]3,7343∗(ln�)0,2784}
�1,5847
Por medio de la cual se obtuvo el Hietograma de diseño con el método de los bloques alternos, el cual fue ingresado en el programa SWMM.
Ilustración 39.- Hietograma de diseño en SWMM 5.0
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
2.4.3. Análisis de sistema de alcantarillado existente
Una vez obtenidos los parámetros anteriormente descritos de diseño, se procedió al dibujo de las áreas de drenaje de aguas lluvias de cada pozo, de igual manera se realizó el dibujo
del sistema de alcantarillado. Así se incorporaron todas las propiedades de la red y de la zona. Cabe recalcar que para este análisis, solamente se utilizó el área comprendida entre las calles Naciones Unidas, 6 de Diciembre, Eloy Alfaro, República del Salvador, pues sobre la avenida República del Salvador no se identificaron edificios que realicen bombeo de aguas subterráneas. A continuación se muestra la distribución de áreas empleadas en el estudio:
Ilustración 40-Distribución de área en modelo de alcantarillado
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
Modelo N°1
En el Modelo N°1, se realizó un análisis del sistema de alcantarillado sometido a los caudales de agua lluvia, agua servida y aguas subterráneas, el mismo que arrojó como resultado en su mayoría un sistema de alcantarillado subdimensionado, generando así inundaciones durante los momentos de grandes precipitaciones en un 84% de los pozos para los parámetros de diseño descritos anteriormente. En la siguiente gráfica se observan en color rojo las áreas de aporte máximo y los pozos que sufren inundación a los 40 minutos de precipitación, respectivamente:
Ilustración 41-Áreas de aporte máximo a los 40 minutos de precipitación Modelo N°1
Ilustración 42-Pozos inundados a los 40 minutos de precipitación Modelo N°1
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
De la misma manera, se graficaron los perfiles de las tuberías a los 40 minutos de precipitación para observar de mejor forma cómo suceden las inundaciones; mismos que se adjuntan en el Anexo N°7 de este trabajo. En ellos se observa la saturación de la red de
alcantarillado alrededor del minuto 35, alcanzando su punto más crítico durante el minuto 40, lo cual concuerda de manera directa con lo mencionado anteriormente, sobre el minuto de mayor precipitación del Hietograma. En la siguiente gráfica, se visualiza que las tuberías en rojo superan su capacidad máxima en dicho tiempo:
Ilustración 43-Tuberías que superan su capacidad máxima en minuto 40 de precipitación Modelo N°1
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
Así, en el estudio de las velocidades dentro de la red evidenciado en las gráficas de velocidad en función del tiempo que se adjuntan en el Anexo N°7, se observan las velocidades fluctuantes cerca del minuto 40; en las mismas se puede observar la presencia de velocidades negativas que se relacionan directamente con la inundación presente en ese tiempo.
Se realizó un conteo de tuberías que se encuentran fuera de los rangos permitidos, tanto mínimos como máximos, por parte de la Norma de diseño de Alcantarillado la EMAPS, las cuales se tienen como 0.6 m/s la velocidad mínima, y 4.5m/s la velocidad máxima22 y se obtuvo el dato de que un 78% de las tuberías no cumplen con las velocidades mínimas durante los primeros 5 minutos de corrida del software, mientras que un 8% de las tuberías superan la velocidad máxima permitida, por lo cual se tiene que el 14% restante permanece 22 Normas de diseño de alcantarillado de la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento tabla N° 5.3.15.1
dentro de estos rangos permitidos todo el tiempo, como se observa en las siguientes imágenes:
Ilustración 44-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad mínima Modelo N°1
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
Ilustración 45-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad máxima Modelo N°1
En las gráficas de caudales en función del tiempo se observa el mismo gráfico tipo, en el cual podemos notar que en la red de alcantarillado se tiene la presencia de caudales representativos durante la primera hora y media, y posteriormente, una vez terminada la lluvia, se mantienen únicamente los caudales sanitarios y de agua subterránea dentro de la red; los cuales se definen como caudales constantes.
Ilustración 46.- Gráfico tipo de caudal en función de tiempo del Modelo N°1
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
A su vez se obtuvieron los resúmenes de la corrida presentes en el Anexo N°8 adjunto, en los cuales se advierte tuberías que están trabajando a presión en algún momento de la corrida. Se estudió la condición hidráulica de las tuberías de alcantarillado existentes en el modelo N°1, utilizando como dato, el caudal máximo alcanzado del resumen de la corrida en el programa SWMM 5.0, comparándolas así con el caudal a tubería llena.
En el cuadro resumen presentado en el anexo mencionado, se presenta la columna titulada Max/Full Flow, en donde se relaciona el caudal máximo de cada tramo, sobre el caudal a tubería llena de la misma, con sus respectivas propiedades. Los valores que muestren una relación ≥1.0 nos dicen que la tubería está trabajando a presión; es decir, que está subdimensionada (falta de sección para el flujo necesario), una relación <1.0 nos indica un flujo libre o lo que quiere decir, que la tubería está sobredimensionada. Se obtuvo un 68% de tuberías sometidas a presión.
Modelo N°2
Por sí sólo, el análisis anterior no arroja ningún resultado significativo para el estudio, tomando en cuenta que se puede o no, atribuir el déficit del sistema de alcantarillado al caudal bombeado de aguas subterráneas; por lo cual se realizó un análisis comparativo al mismo modelo, sin tomar en cuenta la presencia de los caudales que bombean los edificios a la red, introduciendo únicamente los caudales de aporte tanto de agua lluvia y los caudales sanitarios.
En la siguiente gráfica se observan en color rojo los pozos que sufren inundación a los 40 minutos de precipitación:
Ilustración 47-Pozos inundados a los 40 minutos de precipitación Modelo N°2
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
De la misma manera se estudian los perfiles de la tubería en el momento de inundación, como se evidencia en el Anexo N°9.
Al igual que en el Modelo N°1, se analizan las tuberías que están sobre explotadas. El gráfico de tuberías que superan su capacidad máxima es el siguiente:
Ilustración 48-Tuberías que superan su capacidad máxima en minuto 40 de precipitación Modelo N°2
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
El estudio de las velocidades dentro de la red realizando las gráficas de velocidad en función del tiempo de la corrida del programa, arrojó los gráficos adjuntados en el Anexo N°9, donde se observan las mismas velocidades fluctuantes cerca del minuto 40, como se evidenció en el Modelo N°1.
El conteo de tuberías que se encuentran fuera de los rangos permitidos, tanto mínimos como máximos, por parte de la Norma de diseño de Alcantarillado la EMAPS descritos en el Modelo N°1 fueron los mismos que se produjeron en la corrida del Modelo N°1, como se observa en las gráficas siguientes.
De la misma manera se realizó un estudio de las gráficas de caudales en función del tiempo y resultaron ser iguales en los dos modelos que arrojaron similitud con la corrida del modelo N°1.
Los resúmenes de la corrida presentes en el Anexo N°10 adjunto, evidencian que las condiciones hidráulicas no se ven alteradas con respecto al modelo N°1.
Ilustración 49-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad mínima Modelo N°2
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
Ilustración 50-Conteo de tuberías que no cumplen velocidad máxima Modelo N°2
2.5.Marco legal
En lo que respecta al marco legal del aprovechamiento del agua subterránea nos referiremos a la ley actual de aguas, llamada: “Ley orgánica de recursos hídricos, usos y aprovechamiento del agua” aprobada en registro oficial N° 305 en Quito el día miércoles 6 de agosto de 2014, que rige todos los derechos y obligaciones de los que aprovechen el recurso hídrico. En la misma se refiere al artículo 282 de la constitución el cual prohíbe el
acaparamiento o privatización del agua y sus fuentes.
En el artículo 4 de agua se habla claramente de los principios básicos de esta ley y se declara al agua como un derecho de las personas, se integra al agua en todas sus formas ya sea superficial, subterránea o atmosférica, se dice que recurso hídrico debe ser conservado, protegido y debe garantizar su calidad y cantidad.
En el artículo 6 de la ley en mención, habla de la prohibición de privatización del recurso hídrico, por lo cual impide expresamente, utilizar al recurso hídrico en algún acuerdo comercial que otorgue un régimen económico basado en lucro en la gestión del agua, así como arreglos que perjudiquen de algún modo la conservación o el manejo sustentable del recurso hídrico, debido a su trascendencia para la vida, economía y ambiente.
En el artículo 11 de dicha ley hace referencia a las obras de infraestructura hidráulica, como aquellas destinadas a los trabajos de captación, extracción, almacenamiento, regulación, conducción, control y aprovechamiento de las aguas así como el saneamiento y tratamiento de estas. También dice que las obras referidas, podrán ser de titularidad pública, privada o comunitaria. Sin embargo, su uso debe regirse a la ley en cuestión.
Actualmente, la Autoridad Única del Agua es la Secretaria Nacional del Agua o como nos referiremos a ella SENAGUA. En lo que respecta a nuestro objeto de estudio , los artículos que nos competen son: 12, 13, 60, 67, 84, y del 117 al 122 en los cuales se habla de los derechos, obligaciones y responsabilidades de los usuarios de recursos hídricos presentes en sus predios y como aprovecharlo.
Todas las personas se vuelven corresponsables de la protección, recuperación, administración y participación en el uso de las fuentes de agua que se hallen en sus tierras. Esto significa que los propietarios de predios donde se encuentren fuentes de agua son responsables del manejo sustentable y conservación de dichas fuentes.
En los artículos anteriormente mencionados se habla del derecho al libre acceso y uso del agua superficial o subterránea para el consumo humano, siempre y cuando no se desvíe de su cauce, se afecten sus características, ni se afecten los derechos de terceros. Por lo cual para realizar cualquier tipo de extracción se debe garantizar que sea sustentable, evitar contaminación, conservar la calidad, entre otros requisitos.
Para el uso o aprovechamiento del recurso hídrico es necesario contar con las autorizaciones adecuadas. Y debe estar regido a las disposiciones de esta ley.
Una vez mencionado esto, hay que hacer notar que la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS) es simplemente un usuario más que responde a los mismos derechos y obligaciones que cualquiera ante la Autoridad Única del Agua, que como se dijo, es la Secretaria Nacional del Agua (SENAGUA), en lo que a aprovechamiento de recursos hídricos se trata.
En la actualidad, con lo estipulado en la ley vigente se prohíben las concesiones para aprovechamiento del recurso hídrico con fines de distribución de agua potable por parte de otros usuarios que no sean la EPMAPS, pues todo usuario que necesite agua potable, debe solicitarlo a dicha entidad. Esto se debe a que en la constitución se menciona que todos los servicios básicos, en este caso el agua, deben ser dotados por los municipios. De igual manera con esto se busca evitar el acaparamiento y privatización del agua.
Tanto para la EPMAPS o cualquier otro usuario del recurso hídrico, es necesario solicitar de igual manera una concesión para aprovechamiento del agua con la SENAGUA, la misma que de ser otorgada especificará el caudal que puede ser utilizado de acuerdo a la solicitud y fin correspondiente; de existir algún tipo de incumplimiento, el usuario será sancionado como corresponda al caso.
En nuestro caso en particular, en lo que respecta a los edificios, si durante la etapa de construcción llegara a aparecer agua subterránea, se debe informar a la SENAGUA de este afloramiento, pues el propietario de dicha edificación se vuelve corresponsable de la protección del recurso hídrico, como se mencionó anteriormente.
Como un ejemplo concreto, tenemos el caso de un edificio presente en el polígono de estudio en el cual se dispone de una obra de infraestructura hidráulica, la cual capta, extrae y da tratamiento al agua subterránea para su posterior uso en la edificación. La concesión de esta agua fue realizada sobre la base de la normativa anterior y estuvo vigente durante el periodo respectivo.
También es un ejemplo en otro sentido, pues el caudal que se extrae permitiría proveer de agua a propietarios de otras edificaciones cercanas, pero como se habló anteriormente, está prohibida la realización de acuerdos comerciales con fines de lucro a base del recurso hídrico.
A continuación se presentan los procesos necesarios para solicitar una concesión para el aprovechamiento del agua subterránea.
- Se debe presentar la solicitud de concesión a favor del o los individuos para la explotación del recurso hídrico en cuestión. Es necesario adjuntar la memoria técnica del estudio del proyecto, junto con la memoria técnica constructiva y presentarlo en la SENAGUA, dependiendo de la demarcación zonal en la que se encuentra dicho recurso hídrico.
- Una vez realizada dicha solicitud, la SENAGUA determina un perito para verificar los datos del proyecto, realizando todos los ensayos y pruebas necesarias. El perito a su vez, expide un informe técnico a la SENAGUA en donde comunica la situación actual del proyecto y adjunta las conclusiones y recomendaciones pertinentes.
- De no existir ninguna observación, la SENAGUA solicita autos para informe técnico presentado por el perito.
- Posteriormente, se otorga la concesión de aprovechamiento con todos los parámetros a cumplir por parte del solicitante.
CAPÍTULO III
En este capítulo se aplicarán todos los resultados y conocimientos presentados anteriormente, dentro del presente estudio para lograr los objetivos planteados.
3.
Sistemas de aprovechamiento de aguas subterráneas
Para proponer los diferentes sistemas de aprovechamiento de agua subterránea en el polígono de estudio, es necesario verificar tres condiciones que resultan básicas para su aprovechamiento; las cuales son: cantidad, calidad, y marco legal vigente:
• Cantidad: Es necesario conocer la cantidad del recurso hídrico subterráneo que se
posee y si esta cantidad es representativa para ser explotada.
• Calidad: Conocer las condiciones de calidad reales del agua existente en la zona
resulta imprescindible, para de este modo saber cuál es su aprovechamiento ideal, para lo cual se utilizará el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente (TULAS), en su libro VI del Anexo N°1.
• Marco legal vigente: Conocimiento legal para una explotación responsable y
posible aprovechamiento bajo amparo de la ley.
3.1. Uso para consumo en edificios
Propuesta: Se propone utilizar el agua subterránea bombeada para uso interno en el
edificio como agua potable, para esto se plantea una redirección del bombeo de los pozos a la cisterna de agua potable para llenarla de igual manera que el llenado de la red municipal, para posterior distribución en el edificio. A continuación se muestra un esquema de lo propuesto:
Ilustración 51-Esquema de potabilización de agua subterránea para uso en edificios
Elaborado por: Juan Luis Duque Poveda, Diana Carolina Moreno Saltos.
Analizando la alternativa bajo los tres puntos anteriormente mencionados tenemos lo siguiente:
Cantidad: Como podemos observar en el siguiente cuadro de resumen23: Tabla 21.- Consumo VS Caudal extraído en cada edificio
NOMBRE DEL EDIFICIO
CO NS UM O PR O M ED IO D E AG U A PO TABL E M3 /ME S Q apr ov ech ab le M3 /ME S % de co ns um o q ue se pu ede dot ar con lo s poz os SHYRIS PARK 744 122 16% ALLURE 140 1708 >100%
SUYANA TORRE CORPORATIVA 178 146 82%
RENAZZO PLAZA 1228 7301 >100%
HE PARC 102 3417 >100%
COSMOPOLITAN PARC 515 178 35%
SMERALD CENTRO DE NEGOCIOS 411 1873 >100%
SHYRIS CENTER 102 3417 >100% SAN SALVADOR 181 1092 >100% LIBERTADOR 1417 1594 >100% PABLO PICASSO 733 949 >100% PARQUE CENTRAL 546 5476 >100% SHYRIS CENTURY 479 7556 >100%
DIAMONDS BUSINESS CENTER 115 766 >100%
23Los valores de consumo mensuales fueron obtenidos por parte de la Gerencia Comercial, Departamento de Catastro y
Facturación de la EPMAPS.
La mayor parte de los edificios estudiados podrían abastecer con más del 100% al consumo promedio que realizan al mes de agua potable. Además se adjunta un cuadro que explica bajo porcentajes la probabilidad de este uso, lo cual concluye que en cuanto a cantidad del recurso hídrico, la opción es viable.
Gráfico 13-Propuesta de recurso hídrico subterráneo como abastecimiento de agua potable en edificios