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La Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE, 2012) pronostica que para 2050 la demanda mundial de agua aumentará 55%. La agricultura seguirá siendo el mayor consumidor de agua a nivel mundial, lo que representa en muchos países a menudo 70% o más de los suministros procedentes de ríos, lagos y acuíferos (FAO y WWC, 2015). En 2014, cerca de 800 millones de personas no tenían acceso al agua potable, y de 6 a 8 millones de seres humanos fallecían cada año debido a los desastres y las enfermedades relacionadas con el agua (UN-Water 2013 citado por Jiménez-Cisneros, 2014).
En México toda persona tiene derecho al acceso, disposición y saneamiento de agua para consumo personal y doméstico en forma suficiente, salubre, aceptable y asequible (SEGOB, 2012), actualmente los habitantes del municipio de San Miguel Tulancingo cuentan con 5 475 m3 año-1 de agua para satisfacer sus necesidades de consumo y domésticas(CONAGUA, 2015), esto equivale a 30 L persona-1 día-1, menos de lo recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), que recomienda al menos 50 L persona-1 día-1 de agua para asegurar toda la higiene y alimentación básica (Howard, 2003).
Anaya (2006, 2014), menciona que la captación y purificación del agua de lluvia representa una alternativa viable, efectiva, eficiente y sustentable para proporcionar agua en cantidad, calidad y de forma continua a poblaciones que no tienen acceso al agua entubada.
El objetivo del estudio es elaborar un proyecto de sistema de captación del agua de lluvia (SCALL) que permita abastecer de agua para consumo humano y uso doméstico a los habitantes del municipio de San Miguel Tulancingo, que presenta alto nivel de degradación en sus suelos, altas limitaciones del recurso agua y alta marginación; ya que seis de las trece localidades se catalogan con grado alto y una con grado muy alto de marginación (SEDESOL, 2010).
El SCALL se diseñó siguiendo la metodología planteada por el Centro Internacional de Investigación, Demostración, Capacitación y Servicio en Aprovechamiento del Agua de Lluvia, (CIDECALLI) del Colegio de Postgraduados (CP) (Anaya et al., 2013; Anaya y Chacón, 2015). El municipio de San Miguel Tulancingo, se localiza entre los paralelos 17°42’ y 17°48’ de latitud norte y los meridianos 97°24’ y 97°29’ de longitud oeste, a una altura promedio de 2 200 msnm (INEGI, 2010).
Sistema de captación del agua de lluvia
El sitio seleccionado para establecer el SCALL se localiza en la parte central del municipio, se encuentra afectada en 35% de su superficie por erosión hídrica (SEMARNAT y CP, 2002), con la categoría más baja de susceptibilidad a la: inestabilidad de laderas, generación de flujos, hundimientos y deslizamientos (CENAPRED, 2014).
El SCALL se diseñó para una población de 500 habitantes, con una dotación diaria de agua de 3.4 L para consumo humano y 20 L para uso doméstico, requiriéndose 4 270.5 m3 (638.75 m3 para consumo humano y 3 631.75 m3 para uso doméstico) para completar los 50 L persona-1 día-1.
En el cálculo de la precipitación pluvial neta (PN) se consideró un coeficiente de captación del 0.9 y un coeficiente de escurrimiento de 0.9 ya que el área de captación será cubierta con geomembrana de PVC (Anaya, 2011; FAO, 2013), una cisterna de concreto resulta de cuatro a cinco veces más costosa que una recubierta con geomembrana (Hernández, 2005). La precipitación pluvial mensual histórica en el municipio es de 544.7 mm (SMN, 2012) y la PN es de 412 mm.
Con una demanda de 4 270.5 m3 año-1 y 0.412 m de precipitación pluvial anual, el área efectiva de captación (Aec) para obtener 23.4 L de agua por habitante día-1, considerando una pendiente de 13%, es de 10 452 m2. Por las condiciones de relieve en la zona, se dividió el Aec en dos secciones, sección A de 6 388 m2 y sección B de 4 065 m2 (Figura 1).
Para conducir el agua captada en la sección A se calculó una tubería de 0.219 m de diámetro (8”) y de 0.168 m (6”) en la sección B. Para obtener las dimensiones de los sedimentadores se siguió la metodología del Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (OPS y CEPIS, 2005), el sedimentador de la sección A debe tener 1.3 m de ancho, 7.57 m de largo y 1.5 m de alto en el interior y el sedimentador de la sección B debe tener 1.1 m de ancho, 5.8 m de largo y 1.1 m de alto en el interior.
Para determinar el volumen mínimo de almacenamiento se realizó el balance hídrico (Cuadro 1), en este se obtuvo que se necesita un contenedor con capacidad para almacenar 1 891 m3 de agua.
Se propone almacenar el agua de lluvia en seis cisternas, cuatro para el agua de lluvia captada en la sección A y dos para la sección B. Para determinar las dimensiones de las cisternas se utilizó la fórmula del United States Department of Agriculture (USDA). La ventaja de esta fórmula se debe a que a partir de ella se pueden aproximar volúmenes donde existen formas irregulares del relieve (Tuttle et al., 1982). En el Cuadro 2 se muestran las dimensiones de cada cisterna.
Plano a= área de la excavación en la superficie del terreno (m2); plano b= área de la excavación en el punto medio (m2); plano c= área de la excavación en el fondo del estanque (m2).
Cuadro 2 Volumen de las cisternas para el SCALL en San Miguel Tulancingo, Oaxaca.
Aprovechando la pendiente natural del terreno, las cisternas se diseñaron de forma escalonada para propiciar el proceso de decantación, el agua llenará la cisterna A-1, a la A-2, hasta llegar a la A-4, posteriormente será bombeada a la planta de tratamiento. Las cisternas requieren de un equipo de bombeo solar, el potencial de la bomba para extraer el agua de las cisternas de la sección A es de 0.332 HP y para la sección B es de 0.276 HP.
Finalmente, para determinar el tren de tratamiento terciario y purificar el agua de lluvia para que sea apta para consumo humano se realizó el análisis de los escurrimientos del agua de lluvia ocurrida en el mes de julio. La mayoría de los parámetros de calidad del agua resultaron por debajo de los límites permisibles establecidos en la NOM-127-SSA1-1994 a excepción del sabor, color, turbiedad y la presencia de aluminio (Al), fierro (Fe) y mercurio (Hg), (Cuadro 3).
Cuadro 3 Propiedades del agua de lluvia en San Miguel Tulancingo, Oaxaca, que exceden los límites permisibles por la NOM-127-SSA1-94.
El primer tratamiento, por la posición de las cisternas escalonadas, será la decantación de las partículas finas, posteriormente el agua depositada en la cisterna de menor nivel se bombeará a un dosificador de cloro para finalmente enviarse a un tinaco de 5 000 L de capacidad, después se conectará a la red de distribución del agua potable del municipio y a la planta purificadora del agua de lluvia.
El tratamiento de purificación, consistirá en un sistema de tren terciario con: filtro tamiz, filtro de carbón activado, filtros pulidores, ozono, y rayos ultravioleta. El carbón activado adsorbe gases e iones metálicos de mercurio (Colpas et al., 2016); así como, pequeñas cantidades de hierro y manganeso (McFarland y Dozier, 2015). Los rayos UV dañan las moléculas de ADN de microorganismos como algas, parásitos, hongos, bacterias y virus (Escobedo et al., 2006).
El agua purificada se envasará en garrafones de 19 L, serán necesarios 92 garrafones para cubrir los 1 750 L día-1 que demanda la población de 500 habitantes. La continuidad del proyecto se asegurará, organizando talleres de participación comunitaria y capacitación al personal seleccionado para operar y dar mantenimiento al SCALL.
Conclusiones
El agua de lluvia como fuente alterna, tendrá una calidad adecuada para su consumo, siempre y cuando se siga, desde su captación, almacenamiento, tratamiento y disposición, las normas básicas de higiene. El SCALL asegura que los habitantes del municipio de San Miguel Tulancingo tengan agua en cantidad, calidad y de forma continua para satisfacer sus necesidades de consumo humano y uso doméstico.
