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Introducción
El acceso a agua suficiente, saludable, y asequible para el desarrollo de las actividades domésticas y personales es un derecho e indispensable para el cumplimiento de otros. La falta de acceso a servicios de agua y saneamiento está relacionada con malas condiciones de vida y salud, así como también a falta de oportunidades de empleo y educación (WWAP 2019). De acuerdo con el INEC (2019), en Ecuador la población sin acceso a agua potable es del 26,6%, siendo el área rural la más afectada y la región Costa la segunda con menor acceso al líquido vital (INEC, 2019).
En la parroquia rural de Manglaralto, la Junta Administradora de Agua Potable Regional de Manglaralto (JAAPMAN), se encarga de administrar la distribución de agua potable a las comunas Manglaralto, Montañita, Libertador Bolívar, Cadeate, San Antonio y Río Chico. La JAAPMAN brinda servicio a una población local y una considerable población flotante de 20 000 personas (Acosta Maldonado et al. 2019), puesto que, la zona costera es uno de los destinos turísticos preferidos en el país.
El desabastecimiento de agua es un problema recurrente (última ocasión en 2021) que se agrava en los meses de invierno, cuando se reciben más turistas, las instituciones gubernamentales suelen enviar vehículos abastecedores de agua para aliviar el problema (El Universo, 2021). Los principales problemas ambientales que afectan el abastecimiento de agua a la población son la deforestación del bosque, escasez hídrica y aumento de área poblada no planificada (Equipo Técnico Consul and Project S.A. 2019).
El sistema de agua potable ha sido diseñado de manera empírica, lo que ha ocasionado que no se cuente con planos actualizados, ni una base de datos del sistema y que el diseño tenga una configuración inadecuada (Pacheco y Guadamud 2022). El sistema consta de la red de aducción e impulsión, reservorios y pozos que captan las reservas del acuífero costero.
El acuífero puede retener hasta 13,6 Hm3 de líquido, no obstante, estas reservas se han visto afectadas por la sobreexplotación (Carrión-Mero et al. 2021). De 2008 a 2016 el volumen extraído ha aumentado en aproximadamente 43%, en el mismo tiempo el volumen del acuífero disminuyó cerca de 3,5 Hm3 (Carrión et al. 2018).
El objetivo de la presente investigación, fue evaluar el estado actual del sistema de distribución de agua potable para la propuesta de acciones de mejora que permitan un funcionamiento adecuado hasta el año 2037.
Desarrollo
Este trabajo fue realizado entre los años 2021 y 2022. Las seis comunas servidas (figura 1) por la JAAPMAN se localizan en la parroquia rural Manglaralto, al norte de la provincia de Santa Elena, Ecuador.
El primer paso consistió en la recopilación y revisión de toda la información pertinente al estudio, seguido por la socialización con los miembros de la JAAPMAN, donde se averiguaron los problemas detectados en el sistema y se solicitó la ayuda de los técnicos de la institución.
Se efectuó el catastro de la red existente por medio del GPS diferencial (RTK) con sistema de georreferenciación UTM-WGS 84 zona 17S, equipo que recolecta las coordenadas espaciales de los elementos del sistema (válvulas, pozos, reservorios, etc.), también se llevó un registro gráfico de los datos que sirvió para unir las redes en la siguiente fase.
Se realizó el balance de masas trazando el funcionamiento del servicio hasta el año 2037. Para los cálculos se utilizaron las recomendaciones y guías que se plantean en la normativa ecuatoriana CPE INEN 5 Parte 9-1:1992 y CPE INEN 5 Parte 9.2:1997. Se calculó la proyección población por los métodos geométrico, aritmético y exponencial, a su vez, se estimó la población flotante asignando un crecimiento anual recomendado del 1%.
Ya con la proyección poblacional, se calculó el caudal necesario para el abastecimiento mediante la contabilización y categorización de las edificaciones de acuerdo con el uso, se asignaron las dotaciones, se estipuló que el 75% de la población flotante se hospeda en la zona y el área de las edificaciones. Se determinó la dotación que cada población ocupa (D) con crecimiento de 1% anual, posterior el caudal para cada una (Q) y por último el caudal medio diario (Qmd), caudal máximo diario (Qmaxd), caudal máximo horario (Qmaxh) y caudal de diseño (Qd) con las ecuaciones (1)-(2)-(3)-(4)-(5) y (6) respectivamente.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Donde:
P |
población; |
Kd |
coeficiente de variación del consumo máximo diario (1,3); |
Kh |
coeficiente de variación del consumo máximo horario (2) y |
Q i |
caudal por incendios (40 L/s). |
El Qmaxd, permitió cuantificar el volumen necesario en reserva, el cual es la suma de los volúmenes de regulación (VolReg), de emergencia (VolRes) y de incendio (VolInc), los cuales se calcularon con las ecuaciones (7), (8) y (9) respectivamente. Se establece un régimen de consumo de 24 h con un porcentaje de consumo de acuerdo con el momento y se calculó el volumen de regulación.
(7)
(8)
(9)
La información del catastro se obtuvo en forma de un archivo *.csv, el cual se exportó a un sistema de información geográfica que facilita la visualización de las coordenadas obtenidas en el paso previo. A continuación, se trazaron las tuberías de acuerdo con la información anotada. Por último, se realizó una comparación entre la situación actual con los requisitos necesarios actualmente y al final del periodo de diseño, con el fin de brindar acciones de mejora.
Resultados y discusión
La socialización fue un paso crucial en el estudio, debido a que, solo los técnicos de JAAPMAN poseen el conocimiento sobre el sistema. Existen 16 pozos distribuidos a lo largo de la red de captación que bombean 139,5 L/s de agua a los reservorios, el volumen de reserva total es de 1 440 m3.
En la proyección poblacional (figura 2), a pesar de que el método exponencial brindó resultados muy similares al método geométrico, sobre la base del coeficiente de determinación, el método geométrico ofreció mejores resultados. Lógicamente, la población local es mayor a la flotante; sin embargo, los turistas representan una gran parte de los habitantes a servir y esto no cambia al final del periodo de diseño donde es el 38,2% del total. En comunidades que son un gran atractivo turístico, es imprescindible controlar el flujo de turistas. Una buena estimación de la población flotante influirá en gran medida a calcular un caudal que se ajuste más con las necesidades de la zona.
En la tabla 1 se aprecia como el uso y consumo de agua en la población flotante supera al de la población endémica, por lo tanto, es determinante realizar una buena estimación a la hora de calcular la dotación. La dotación crece aproximadamente un 1,15% anualmente, estando cerca del valor estipulado en INEN (1997), pero inclinándose al valor dado en sitios urbanos, lo cual concuerda con lo observado en las visitas de campo (la zona se va urbanizando).
Tabla 1 Crecimiento del consumo de agua según la población
| Año | P. Total | D. Endémica (L/hab.día) | D. Flotante (L/hab.día) | Q. Endémica (L/s) | Q. Flotante (L/s) | D. (L/hab.día) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 2021 | 48 779 | 55,00 | 114,50 | 18,32 | 26,50 | 79,40 |
| 2022 | 49 477 | 55,55 | 115,65 | 18,82 | 27,04 | 80,09 |
| 2023 | 50 186 | 56,11 | 116,80 | 19,34 | 27,58 | 80,78 |
| 2024 | 50 906 | 56,67 | 117,97 | 19,87 | 28,14 | 81,48 |
| 2025 | 51 637 | 57,23 | 119,15 | 20,42 | 28,70 | 82,19 |
| 2026 | 52 378 | 57,81 | 120,34 | 20,98 | 29,28 | 82,90 |
| 2027 | 53 131 | 58,38 | 121,54 | 21,56 | 29,87 | 83,62 |
| 2028 | 53 896 | 58,97 | 122,76 | 22,15 | 30,47 | 84,35 |
| 2029 | 54 672 | 59,56 | 123,99 | 22,76 | 31,08 | 85,08 |
| 2030 | 55 461 | 60,15 | 125,23 | 23,38 | 31,70 | 85,82 |
| 2031 | 56 260 | 60,75 | 126,48 | 24,03 | 32,34 | 86,56 |
| 2032 | 57 073 | 61,36 | 127,74 | 24,69 | 32,99 | 87,31 |
| 2033 | 57 898 | 61,98 | 129,02 | 25,36 | 33,65 | 88,07 |
| 2034 | 58 735 | 62,60 | 130,31 | 26,06 | 34,33 | 88,84 |
| 2035 | 59 585 | 63,22 | 131,61 | 26,78 | 35,02 | 89,61 |
| 2036 | 60 449 | 63,85 | 132,93 | 27,51 | 35,72 | 90,39 |
| 2037 | 61 326 | 64,49 | 134,26 | 28,27 | 36,44 | 91,17 |
La diferencia en la magnitud de los caudales es apreciable en la figura 3, reflejándose la especial importancia del caudal por incendio en el diseño (alrededor del 24% para el 2037). Al comparar el caudal bombeado de los pozos con el caudal de diseño, se dedujo que este será insuficiente a partir del año 2026. Para suplir esta demanda lo ideal sería implementar nuevos pozos o realizar la repotenciación de los existentes, pero esto debe ir de la mano con proyectos de siembra y cosecha de agua que permitan una recarga artificial adecuada del acuífero. En el año 2037 la población utilizará 5,3 Hm3 de líquido vital, este volumen es mucho mayor (inclusive si se realizara una proyección) a lo expuesto en Carrión et al. (2018), no obstante, se debe recordar que es un valor ideal, en la realidad el volumen extraído se ve afectado por factores como sequía, infraestructura, entre otros. De acuerdo con la investigación de Carrión-Mero et al. (2021), el acuífero es capaz de brindar la cantidad de agua necesitada, empleando alrededor del 50% de su capacidad.
El régimen de consumo (tabla 2) permitió establecer el volumen de reserva necesario, para el presente año se necesita un volumen de 1 465,9 m3, mientras que en 2037 serán 1 924,8 m3. Actualmente la cantidad en reserva es insatisfactoria y hacia el final del periodo de diseño será necesaria la cantidad de 485 m3 (incremento del 33,68%); por tal razón, se necesita construir un reservorio, se aconsejó localizar la estructura en la comuna Libertador Bolívar, lo que a su vez resolverá problemas de falta de presión. Adicionalmente, se debe establecer un horario de funcionamiento de las bombas, puesto que actualmente el técnico se guía con su criterio para operar las mismas.
Tabla 2 Régimen de consumo estimado en 2022
| Horas | Entrada (m3) | % de consumo | Salida (m3) | Diferencia (m3) | Diferencia acumulada (m3) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 a 1 | 214,63 | 45% | 96,58 | 118,05 | 118,05 |
| 1 a 2 | 214,63 | 45% | 96,58 | 118,05 | 236,10 |
| 2 a 3 | 214,63 | 45% | 96,58 | 118,05 | 354,14 |
| 3 a 4 | 214,63 | 45% | 96,58 | 118,05 | 472,19 |
| 4 a 5 | 214,63 | 45% | 96,58 | 118,05 | 590,24 |
| 5 a 6 | 214,63 | 60% | 128,78 | 85,85 | 676,09 |
| 6 a 7 | 214,63 | 90% | 193,17 | 21,46 | 697,55 |
| 7 a 8 | 214,63 | 135% | 289,75 | -75,12 | 622,43 |
| 8 a 9 | 214,63 | 150% | 321,95 | -107,32 | 515,12 |
| 9 a 10 | 214,63 | 150% | 321,95 | -107,32 | 407,80 |
| 10 a 11 | 214,63 | 150% | 321,95 | -107,32 | 300,48 |
| 11 a 12 | 214,63 | 140% | 300,48 | -85,85 | 214,63 |
| 12 a 13 | 214,63 | 120% | 257,56 | -42,93 | 171,71 |
| 13 a 14 | 214,63 | 140% | 300,48 | -85,85 | 85,85 |
| 14 a 15 | 214,63 | 140% | 300,48 | -85,85 | 0,00 |
| 15 a 16 | 214,63 | 130% | 279,02 | -64,39 | -64,39 |
| 16 a 17 | 214,63 | 130% | 279,02 | -64,39 | -128,78 |
| 17 a 18 | 214,63 | 120% | 257,56 | -42,93 | -171,71 |
| 18 a 19 | 214,63 | 100% | 214,63 | 0,00 | -171,71 |
| 19 a 20 | 214,63 | 100% | 214,63 | 0,00 | -171,71 |
| 20 a 21 | 214,63 | 90% | 193,17 | 21,46 | -150,24 |
| 21 a 22 | 214,63 | 90% | 193,17 | 21,46 | -128,78 |
| 22 a 23 | 214,63 | 80% | 171,71 | 42,93 | -85,85 |
| 23 a 24 | 214,63 | 60% | 128,78 | 85,85 | 0,00 |
| Total | 5151,17 | 24 | 5151,17 | 0,00 | 4389,22 |
Del catastro y digitación de datos, se obtiene el plano esquemático del sistema (figura 4). En este se encuentra un grave problema de configuración, parte de la población de Manglaralto se abastece por medio de la línea de impulsión. Como solución, lo que se aconsejó fue implementar un reservorio que pueda captar y conducir el agua de manera más eficiente. Por último, se sugirió el cierre de las redes, ya que, el sistema es una combinación de red cerrada y abierta, ocasionando acumulación de sedimento en los tapones. Esto debe ser estudiado a través de modelación hidráulica, lo que permitirá conocer el comportamiento de las presiones, velocidades del flujo y un mapa de presiones para analizar la factibilidad del servicio a nuevos usuarios.
El problema de la desactualización era más grave de lo pensado, si bien ahora los técnicos de la JAAPMAN tienen conocimiento de memoria de la configuración del sistema, en caso de que alguno de ellos llegara a faltar, se necesitaría capacitar a nuevo personal y para ello es preciso los planos del sistema. Además, con la base de datos se puede realizar la continua actualización de las reparaciones y adiciones de nuevos tramos que se lleven a cabo. En cuanto al diseño, se debe estudiar cada elemento del sistema para repotenciar las instalaciones y suplir las necesidades, de esta forma también se potenciará la vida útil de las mismas.
Conclusiones
Una acertada proyección población y estudio de las costumbres de uso y consumo de agua potable, son factores fundamentales para establecer las condiciones necesarias de abastecimiento y no sobredimensionar o infradimensionar las estructuras.
Hasta el año 2022 la reserva de líquido era teóricamente suficiente para abastecer a la población. Es apremiante la necesidad de nueva estructura para reserva de agua, de tal manera que resuelva los problemas de configuración y presión, sin embargo, esto debe ser analizado por medio de modelación hidráulica. Cada aspecto del sistema debe ser examinado por separado y en conjunto, para garantizar su funcionamiento óptimo y lograr alcanzar la mayor vida útil.
Actualmente existe la disponibilidad suficiente de líquido vital para el abastecimiento, sin embargo, esta situación cambiará en pocos años. Para garantizar un servicio óptimo y confiable, es preciso asegurar la fuente de agua y la infraestructura hídrica, esto puede llevarse a cabo con programas de protección de las áreas de recarga hídrica conjunto con proyectos de siembra y cosecha de agua y planificación urbana.
Aunque ahora se cuenta con una base de datos donde ir actualizando las modificaciones y nuevos tramos que se produzcan en el sistema, este hecho por sí solo no hace una diferencia significativa, puesto que la institución necesita personal calificado para hacer las actualizaciones pertinentes. Las industrias de agua deben contratar personal capacitado en el tema o solicitar el apoyo a las instituciones educativas, de este modo los estudiantes brindarán sus servicios mientras adquieren conocimiento practico.
