FACTIBILIDAD DE BOMBEO
PARA PROVEER AGUA AL
RIO PARQUE TECATE

 

Victor Miguel Ponce

Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental
San Diego State University




 

ANTECEDENTES

 
El proyecto de Río Parque Tecate está siendo considerado para rehabilitar el Arroyo Tecate.

El proyecto comprende desde el Puente San José II hasta el Rancho La Puerta.

 

Ubicacion del Río Parque Tecate.

Fig. 1  Ubicacion del Río Parque Tecate.

 

 

El proyecto considera los siguientes objetivos:

  • Control de inundaciones
  • Recarga del acuífero
  • Preservación de la vegetación riparia
  • Satisfacción de la zona federal en áreas fluviales
  • Incremento de áreas para recreación y deportes
  • Aumento de la calidad del agua
  • Preservación de la biodiversidad
  • Mejoramiento del paisaje.

 

 

Dos actores importantes en el Río Tecate son:

  • La Cervecería Cuauhtémoc Moctezuma (CCM).
  • La Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tecate (CESPTE).

 
La CCM está procesando 20 L/s en su Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR CCM).

La CESPTE está procesando 150 L/s en su Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR CESPTE).

La CESPTE planea que el flujo de su planta alcance 200 L/s para el año 2009, y 300 L/s para el año 2020.

La CCM ha ofrecido 20 L/s para el proyecto del Río Parque.

La CESPTE ha ofrecido bombear 40 L/s para el proyecto del Río Parque.

 

 

Las ventajas del bombeo y reuso del agua tratada son las siguientes:


  • El agua se quedará en la cuenca del Río Tecate.

  • El reuso del agua beneficiará al Río Parque Tecate.

  • Una fracción de esta agua alimentará el acuífero del Río Tecate.

 

 

Las desventajas del bombeo son las siguientes:


  • El costo puede ser alto.

  • No se conoce qué porcentaje del agua entregada se quedará en el agua superficial.

  • La avenida de 10 años es 79,000 L/s, y el gasto bombeado es una fracción muy pequeña del gasto de diseño.

 

 

OBJETIVOS

 
El propósito es examinar la factibilidad técnica del bombeo para proveer agua al Río Parque.

El énfasis es el destino del agua entregada al río.

 

Algunas preguntas son:


  1. El agua entregada beneficiará al agua superficial?
    Hasta qué punto?

  2. El agua entregada beneficiará al agua subterránea?
    Hasta qué punto?

  3. El agua entregada beneficiará la vegetación?

  4. Cuál es el efecto longitudinal del agua entregada al Río Parque?

  5. Cuál es el punto óptimo para descargar agua al Río Parque?

 

 

METODOLOGÍA

 
Las descargas que se consideran en este estudio son las siguientes:


  1. 40 L/s,

  2. 60 L/s,

  3. 100 L/s,

  4. 150 L/s,

  5. 200 L/s,

  6. 250 L/s, y

  7. 300 L/s.


Los últimos seis valores son sólo para propósitos de análisis.

 

 

El componente hidráulico del estudio considera los siguientes pasos:


  • Evaluar la conductividad hidráulica del lecho del arroyo.

  • Diseñar el canal para conducir la avenida de 10 años.

  • Transitar el flujo considerando las pérdidas por transmisión en el canal.

 

 

La vegetación se evalúa mediante los siguientes pasos:


  • Caracterización de la vegetación existente.

  • Estudio de la calidad de la vegetación antes del bombeo.

  • Evaluación de la calidad de la vegetación después del bombeo.

 

 

COLECTA DE DATOS

 
Los flujos de avenida se muestran en el Cuadro 1.

 

Cuadro 1.   Flujos de avenida (CNA, 1998).
Frecuencia
(años)
Descarga aguas arriba
(m3/s) 		Descarga aguas abajo
(m3/s) 		Descarga adoptada
(m3/s)
10 76.3 81.8 79
20 112.2 124.8 119
50 160.9 183.5 172
100 200.6 231.8 216
500 313.7 369.5 342

 

Las pendientes de los canales se muestran en el Cuadro 2.

 

Cuadro 2.   Pendientes en el lecho del Río Tecate.
Incremento de elevación
(m) 		Distancia
(m) 		Pendiente
(m/m)
560-540 3645 0.0055
540-520 2293 0.0087
560-520 5938 0.0067

 

La conductividad hidráulica del lecho se midió en seis (6) lugares.

 

Lugares donde se midió la conductividad hidráulica.

Fig. 2  Lugares donde se midió la conductividad hidráulica.

 

Las Figuras 3 a 8 muestran los lugares donde se hicieron las pruebas de conductividad hidráulica en el campo.

 

Vista del sitio RP-1 hacia aguas abajo. Nótese el Puente San José II atrás

Fig. 3  Vista del sitio RP-1 hacia aguas abajo.
Nótese el Puente San José II atrás.

 

Vista del sitio RP-2 hacia aguas abajo. Nótese el ancho considerable del canal

Fig. 4  Vista del sitio RP-2 hacia aguas abajo.
Nótese el ancho considerable del canal.

 

Vista del sitio RP-3 hacia aguas abajo. Nótese la alcantarilla existente

Fig. 5  Vista del sitio RP-3 hacia aguas abajo.
Nótese la alcantarilla existente.

 

Vista del sitio RP-4 hacia aguas arriba.

Fig. 6  Vista del sitio RP-4 hacia aguas arriba.

 

Vista del sitio RP-5 hacia aguas arriba. Nótese el ancho considerable del canal natural.

Fig. 7  Vista del sitio RP-5 hacia aguas arriba.
Nótese el ancho considerable del canal natural.

 

Vista del sitio RP-6 hacia aguas abajo. En este punto el lecho es muy permeable

Fig. 8  Vista del sitio RP-6 hacia aguas abajo.
En este punto el lecho es muy permeable.

 

 

El equipo para hacer las pruebas de conductividad hidráulica de campo se muestra en la Fig. 9.

 

Equipo para medir la conductividad hidráulica de campo

Fig. 9  Equipo para medir la conductividad hidráulica de campo.

 

Los resultados se muestran en el Cuadro 5.

 

Cuadro 5.   Resultados de las pruebas de conductividad hidráulica en el campo.
Lugar
(RP) 		Volumen
(cm3) 		Tiempo Conductividad hidráulica Clasificación por U.S.C.S.
(m/s) (cm/s) (cm/h)
1-A 500 01' 53" 0.0005270 0.05270 189.7 Arena pobremente graduada (SP)
1-B 500 02' 21" 0.0004223 0.04223 152.0 Arena pobremente graduada(SP)
1-C 500 01' 29" 0.0006690 0.06690 240.9 Arena pobremente graduada (SP)
1 - - 0.0005390 0.05390 194 SP
2-A 500 39' 05" 0.0000254 0.00254 9.14 Arena fina con limo (SM)
2-B 300 18' 46" 0.0000317 0.00317 11.42 Arena fina con limo (SW-SM)
2-C 300 32' 23" 0.0000183 0.00183 6.62 Arena fina con limo (SM)
2 - - 0.0000251 0.00251 9.04 SM and SW-SM
3-A 500 01' 30" 0.0006616 0.06616 238.2 Arena pobremente graduada (SP)
3-B 500 16' 47" 0.0000591 0.00591 21.29 Arena fina con limo (SM)
3-C 500 17' 47" 0.0000558 0.00558 20.09 Arena fina con limo (SM)
3 - - 0.0002590 0.02590 93.2 SM and SP
4-A 300 35' 30" 0.0000167 0.00167 6.04 Arena fina con limo (SW-SM)
4-B 300 03' 14" 0.0001842 0.01842 66.3 Arena bien graduada (SW)
4-C 500 18' 23" 0.0000540 0.00540 19.43 Arena fina con limo (SW-SM)
4 - - 0.0000850 0.00850 30.6 SW-SM and SW
5-A 300 45' 30" 0.0000131 0.00131 4.71 Arena fina con arcilla (SC)
5-B 500 01' 58" 0.0005046 0.05046 181.7 Arena bien graduada (SW)
5-C 500 05' 07" 0.0001940 0.01940 69.8 Arena bien graduada (SW)
5 - - 0.0002370 0.02370 85.3 SW and SC
6-A 500 00' 19" 0.0031339 0.31339 1128.2 Arena pobremente graduada (SP)
6-B 500 01' 38" 0.0006076 0.06076 218.7 Arena pobremente graduada (SP)
6-C 500 00' 46" 0.0012944 0.12944 466.0 Arena pobremente graduada (SP)
6 - - 0.0016800 0.16800 605 SP

 

Los resultados del análisis granulométrico en seis (6) muestras seleccionadas se muestran en la Fig. 10.

 

Análisis granulométrico de seis muestras seleccionadas

Fig. 10  Análisis granulométrico de seis muestras seleccionadas.

 

Los valores de conductividad hidráulica del Manual Nacional de Ingeniería NRCS Hidrología Número 4 se muestran en el Cuadro 6.

 

Cuadro 6.   Conductividad hidráulica efectiva vs características del material del lecho
(USDA NRCS, 1993).
Descripción Características del material del lecho Conductividad hidráulica efectiva
(pulg/h) (cm/h)
Muy alta Gravas y arenas muy limpias Mayor que 5 Mayor que 12.7
Alta Gravas a arenas limpias 2 - 5 5.08 - 12.7
Moderada Gravas y arenas con poco limo y arcilla 1 - 3 2.54 - 7.62
Moderada Gravas y arenas con mucho limo y arcilla 0.25 - 1 0.635 - 2.54
Muy pequeña a baja Material consolidado con mucho limo y arcilla 0.001 - 0.1 0.00254 - 0.254

 

Las conclusiones son:

  • La conductividad hidráulica de los lugares RP-1 y RP-6 es muy alta, con clasificación SP.

  • La conductividad hidráulica del lugar RP-2 es alta, con clasificación SW-SM y SM.

  • La conductividad hidráulica de los lugares RP-3, RP-4 y RP-5 varía de alta a muy alta, con clasificación SP, SW, SW-SM, SM y SC.

 

Los resultados de prospecciones preliminares del nivel de agua subterránea se muestran en el Cuadro 7.

 

Cuadro 7.   Prospecciones para determinar la profundidad de la napa freática.
Lugar
Clasificación visual Clasificación USCS Comentarios
RP-1 Arena pobremente graduada SP Arena seca; no hay presencia de agua subterránea.
RP-3 Arena fina con limo SP-SM Arena húmeda; no hay presencia de agua subterránea.
RP-5 Arena media con limo y arcilla. SW y SC Alguna humedad a 3 m de profundidad.
RP-6 Arena pobremente graduada SP Bastante humedad a 3 m de profundidad.

 

Las conclusiones son:

  • La napa freática se encuentra a más de 3 m en la vecindad de RP-1 y RP-3.

  • La napa freática se encuentra cerca de 3 m en la vecindad de RP-5 y RP-6.

  • La napa freática se encuentra menos profunda más aguas abajo (RP-5 y RP-6).

 

Apoyo del personal de CESPTE para la excavación del pozo RP-5

Fig. 11  Apoyo del personal de CESPTE para la excavación del pozo RP-5.

 

La vegetación existente puede verse en las Figuras 12 a 16.

 

La ribera del arroyo en la vecindad de RP-1.

Fig. 12  La ribera del arroyo en la vecindad de RP-1.

 

La ribera del arroyo en la vecindad de RP-2.

Fig. 13  La ribera del arroyo en la vecindad de RP-2.

 

La ribera del arroyo en la vecindad de RP-3.

Fig. 14  La ribera del arroyo en la vecindad de RP-3.

 

La ribera del arroyo en la vecindad de RP-4

Fig. 15  La ribera del arroyo en la vecindad de RP-4.

 

La ribera del arroyo en la vecindad de RP-5

Fig. 16  La ribera del arroyo en la vecindad de RP-5.

 

 

ANÁLISIS

Sección Típica

La sección típica conducirá la avenida de 10 años, que es 79 m3/s.

El canal total conducirá la avenida de 500 años, que es 342 m3/s (Cuadro 1).

La Figura 17 muestra el diseño del canal.

 

Diseño de la sección del canal de 10 años.

Fig. 17  Diseño de la sección del canal de 10 años.

 

El Cuadro 10 muestra las profundidades para las descargas de diseño.

 

Cuadro 10.   Profundidades de diseño en sección típica.
Nivel de
Descarga
Descarga
(L/s) 		Profundidad
(m) (mm)
I 40 0.027 27
II 60 0.035 35
III 100 0.047 47
IV 150 0.060 60
V 200 0.071 71
VI 250 0.081 81
VII 300 0.090 90

 

La Figura 18 muestra la sección de un canal piloto de 2 m de ancho, con el fin de optimizar el agua superficial.

 

Diseño de la sección del canal piloto

Fig. 18  Diseño de la sección del canal piloto.

 

 

 

Conductividad hidráulica de diseño

Se han adoptado los siguientes valores:


  1. Un valor alto KA = 0.00001 m/s, aplicable en RP-2, RP-3, y RP-4.

  2. Un valor muy alto KB = 0.0001 m/s, aplicable en RP-1, RP-5, y RP-6.

 

 

Tránsito de avenidas

Se consideran cinco (5) tramos, cada uno de 800 m de largo.

El área de infiltración es de 800 m de largo por 10 m de ancho, o sea 8000 metros cuadrados.

Para el caso de alta conductividad hidráulica, la descarga de infiltración es 80 L/s.

Para el caso de muy alta conductividad hidráulica, la descarga de infiltración es 800 L/s.

 

El volumen de control para el análisis hidráulico.

Fig. 19   El volumen de control para el análisis hidráulico.

 

El tránsito de avenidas incluyendo infiltración se muestra en el Cuadro 11.

 

Cuadro 11.   Descargas transitadas, aguas abajo de cinco subtramos.
A.  Alta conductividad hidráulica (KA = 0.00001 m/s)
Nivel
de descarga
Descarga
de entrada
(L/s) 		Subtramo 1
(km 0+800)
(L/s) 		Subtramo 2
(km 1+600)
(L/s) 		Subtramo 3
(km 2+400)
(L/s) 		Subtramo 4
(km 3+200)
(L/s) 		Subtramo 5
(km 4+000)
(L/s)
I
40 0 0 0 0 0
II
60 0 0 0 0 0
III
100 20 0 0 0 0
IV
150 70 0 0 0 0
V
200 120 40 0 0 0
VI
250 170 90 10 0 0
VII
300 220 140 60 0 0
B.  Muy alta conductividad hidráulica (KB = 0.0001 m/s)
Nivel
de descarga
Descarga
de entrada
(L/s) 		Subtramo 1
(km 0+800)
(L/s) 		Subtramo 2
(km 1+600)
(L/s) 		Subtramo 3
(km 2+400)
(L/s) 		Subtramo 4
(km 3+200)
(L/s) 		Subtramo 5
(km 4+000)
(L/s)
I
40 0 0 0 0 0
II
60 0 0 0 0 0
III
100 0 0 0 0 0
IV
150 0 0 0 0 0
V
200 0 0 0 0 0
VI
250 0 0 0 0 0
VII
300 0 0 0 0 0

 

 

Tránsito de avenidas en el canal piloto de 2 m de ancho

Se consideran cinco (5) tramos, cada uno de 800 m de largo.

El área de infiltración es de 800 m de largo por 2 m de ancho, o sea 1600 metros cuadrados.

Para el caso de alta conductividad hidráulica, la descarga de infiltración es 16 L/s.

Para el caso de muy alta conductividad hidráulica, la descarga de infiltración es 160 L/s.

 

El tránsito de avenidas incluyendo infiltración se muestra en el Cuadro 12.

 

Cuadro 12.   Descargas transitadas para el canal piloto, aguas abajo de cinco subtramos.
A.  Alta conductividad hidráulica (KA = 0.00001 m/s)
Nivel
de descarga
Descarga
de entrada
(L/s) 		Subtramo 1
(km 0+800)
(L/s) 		Subtramo 2
(km 1+600)
(L/s) 		Subtramo 3
(km 2+400)
(L/s) 		Subtramo 4
(km 3+200)
(L/s) 		Subtramo 5
(km 4+000)
(L/s)
I
40 24 8 0 0 0
II
60 44 28 12 0 0
III
100 84 68 52 36 20
IV
150 134 118 102 86 70
V
200 184 168 152 136 120
VI
250 234 218 202 186 170
VII
300 284 268 252 236 220
B.  Muy alta conductividad hidráulica (KB = 0.0001 m/s)
Nivel
de descarga
Descarga
de entrada
(L/s) 		Subtramo 1
(km 0+800)
(L/s) 		Subtramo 2
(km 1+600)
(L/s) 		Subtramo 3
(km 2+400)
(L/s) 		Subtramo 4
(km 3+200)
(L/s) 		Subtramo 5
(km 4+000)
(L/s)
I
40 0 0 0 0 0
II
60 0 0 0 0 0
III
100 0 0 0 0 0
IV
150 0 0 0 0 0
V
200 40 0 0 0 0
VI
250 90 0 0 0 0
VII
300 140 0 0 0 0

 

Los resultados para el caso de alta conductividad hidráulica se muestran en la Fig. 20.

 

Tránsito de avenidas en el canal piloto para el caso de alta conductividad hidráulica

Fig. 20   Tránsito de avenidas en el canal piloto para el caso de alta conductividad hidráulica.

 

 

Análisis de la vegetación

Bajo condiciones de conductividad hidráulica muy alta (RP-1, RP-5, y RP-6), el agua entregada percolará al agua subterránea y no permanecerá como parte de las aguas superficiales.

Bajo condiciones de conductividad hidráulica alta (RP-2, RP-3, y RP-4), una fracción del agua entregada permanecerá como parte de las aguas superficiales, y beneficiará a la vegetación superficial.

El canal piloto de 2 m de ancho beneficiará a las aguas superficiales.

 
El agua que percola entrará a la zona vadosa, en la cual:


  • Percolará verticalmente hasta unirse al agua subterránea, o

  • Regresará a la atmósfera a través de la evapotranspiración.

 
En cualquier caso, el beneficio será a través de:


  • Mayores cantidades de agua superficial,

  • Mayores cantidades de agua vadosa, disponible para evapotranspiración,

  • Mayores cantidades de agua que alimentan al acuífero.

 

 

RESULTADOS

 

  • La conductividad hidráulica del lecho del Arroyo Tecate varía de alta a muy alta, valor típico de arenas limosas y arenas limpias.

  • Dos valores de la conductividad hidráulica se han establecido:


    1. Un valor alto KA = 0.00001 m/s, aplicable en RP-2, RP-3, y RP-4.

    2. Un valor muy alto, KB = 0.0001 m/s, aplicable en RP-1, RP-5 y RP-6.

  • En el canal de 10 m de ancho, para el caso de conductividad hidráulica alta, los gastos de diseño serán completamente abstraídos en uno a cuatro tramos (cada uno de 800 m). Para el caso de conductividad hidráulica muy alta, los gastos serán completamente abstraídos en un tramo de 800 m.

  • En el canal piloto de 2 m de ancho, para el caso de conductividad hidráulica alta, los gastos de diseño alcanzarán el punto más aguas abajo del canal (km 4+800).

  • En el caso de conductividad hidráulica alta, la mayor parte de los flujos percolados permanecerán en la zona vadosa y estarán disponibles para evapotranspiración.

  • En el caso de conductividad hidráulica muy alta, los flujos percolados llegarán al acuífero de Tecate.

  • El agua subterránea se encuentra a profundidades mayores a los 3 m en las zonas RP-1 y RP-3, y cerca de 3 m en las zonas RP-5 y RP-6.

 

 

CONCLUSIONES


  • Los gastos entregados se infiltrarán en el canal de 10 m de ancho en un tramo de 800 m, beneficiando muy poco a las aguas superficiales.

  • Bajo condiciones normales, el agua percolada se unirá al agua subterránea. La napa acuífera se encuentra a una profundidad de más de 3 m, y en partes cerca de 3 m.

  • Las aguas beneficiarán más el agua superficial y vadosa si se entregan cerca de la zona RP-2.

  • El agua que entra en la zona vadosa beneficiará la vegetación ribereña o riparia.

  • Un canal piloto de 2 m de ancho optimizará la permanencia de aguas superficiales para los propósitos del Río Parque.

  • Toda el agua entregada beneficiará al ecosistema, ya sea como agua superficial, vadosa, o subterránea.

 

 

RECOMENDACIONES


  • Para beneficiar al máximo las aguas superficiales, las aguas se deben entregar a las localidades donde la arena es limosa, particularmente en la proximidad de RP-2.

  • Para beneficiar a las agua vadosas o subterráneas, las aguas se deben entregar a las localidades donde la arena es más limpia, particularmente en la proximidad de RP-1.

  • Para beneficiar directamente a la vegetación, las aguas se deben entregar para irrigación. Este objetivo precluye el beneficio a las aguas superficiales, vadosas, o subterráneas.

     

040914