Universidad Centroamericana Facultad de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente

Evaluación de la Calidad del Agua Suministrada por el Acueducto de la Ciudad de Tisma Municipio de Tisma- Departamento de Masaya Presentado por: Br. Enrique Campbell Tesis para Optar al Título de: INGENIERO EN CALIDAD AMBIENTAL

Tutora de Tesis: Msc. Yalena Navarro Cajina Departamento de Ciencias Ambientales y Agrarias (UCA)

Managua, Nicaragua Octubre 2005

Tabla de Contenido

I. INTRODUCCIÓN 1.1 ALCANCES Y ANTECEDENTES 1.2 SITUACIÓN GEOGRÁFICA Y TOPOGRÁFICA DE TISMA 1.3 CLIMA Y PRECIPITACIONES 1.4 HIDROGEOLOGÍA 1.4 POBLACIÓN Y PROYECCIONES DEMOGRÁFICAS 1.5 ASPECTOS SOCIALES Y ECONÓMICOS 1.6 SALUD 1.7 ABASTECIMIENTO DE AGUA EN LA CIUDAD DE TISMA 1.7.1 FUENTES DE ABASTECIMIENTO 1.7.3 OBRA DE ALMACENAMIENTO 1.7.4 RED DE DISTRIBUCIÓN 1.7.5 POBLACIÓN SERVIDA, NIVEL DE SERVICIO Y COBERTURA II. OBJETIVOS III. MARCO TEÓRICO 3.1 CALIDAD DEL AGUA 3.1.1 IMPORTANCIA DE LA CALIDAD DEL AGUA 3.3 SOFTWARE EPA NET 2.0 PARA SIMULACIONES DE ACUEDUCTOS IV. METODOLOGÍA CALIDAD DEL AGUA CAUDAL Y PRESIÓN DE ENTREGA 4.1 CARACTERÍSTICAS OPERACIONALES DEL ACUEDUCTO DE TISMA 4.1.1 DOSIFICACIÓN DE CLORO 4.1.2 CURVA DE COMPORTAMIENTO DE LA DEMANDA 4.1.3 BOMBEO EN EL ACUEDUCTO 4.1.4 CÁLCULO DE LA DEMANDA UNITARIA EN LOS NODOS 4.1.5 INFORMACIÓN DEL TANQUE 4.1.6 PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN EN LAS TUBERÍAS 4.1.7 ELEVACIÓN DE LOS NODOS 4.1.8 OPCIONES DE MODELAJE DE DESINFECTANTE 4.2 PUNTOS DE ENTRADA DE CONTAMINANTES 4.3 MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AGUA 4.3 ENCUESTAS

V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1 SOBRE LA CAPACIDAD DEL ACUEDUCTO 5.1.1 PRODUCCIÓN, DOTACIÓN Y ALMACENAMIENTO 5.1.2 PÉRDIDAS EN LA RED 5.2 SOBRE LA SIMULACIÓN DE LA RED 5.2.1 VALIDACIÓN DEL MODELO 5.2.2 CAUDAL, PRESIONES Y VELOCIDAD DE CAUDAL 5.2.3 TIEMPOS DE RESIDENCIA DEL AGUA EN LAS TUBERÍAS 5.2.4 COMPORTAMIENTO DEL CLORO EN LA RED 5.3 RESULTADOS DE LAS ENCUESTAS 5.4 SOBRE LOS RESULTADOS DEL MONITOREO 5.4.1 PERCEPCIÓN ORGANOLÉPTICA 5.4.2 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 5.4.3 MEDICIÓN DE PH 5.4.4 MEDICIÓN DE COMPUESTOS DE NITRÓGENO 5.4.5 MEDICIÓN DE MANGANESO 5.4.6 MEDICIÓN DE HIERRO 5.4.7 MEDICIÓN DE CLORO 5.4.8 COLIFORMES TERMOTOLERANTES 5.4.9 ANÁLISIS CONJUNTO DE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD DE AGUA VI. CONCLUSIONES VII. RECOMENDACIONES VIII.

BIBLIOGRAFÍA

IX.

ANEXOS

DEDICATORIA Habiendo llegado a este punto de mi carrera, es justo y necesario que extienda algunas palabras de agradecimiento a todas aquellas personas que de una u otra manera hicieron posible que llegara al mismo, es a todas estas personas que dedico el presente trabajo de Tesis. En primer lugar quiero agradecer a las miembros mi familia nuclear: Esperanza González (mi queridísima mamá e inspiración de vida), Patricia Campbell (mi queridísima hermana...también mi intelectual preferida además de cómplice), quienes a lo largo de estos cinco años de carrera (y desde que nací) me dieron el apoyo e inspiración para levantarme y llegar a la escuela o a la universidad (tarde siempre....pero seguro). También quiero agradecer a mis queridísimas tías: Salvadora, Daysi y Ruth ¨este trabajo está dedicado de todo corazón a su memoria¨ y resto de familia. De igual manera extiendo el agradecimiento a mi madrina Dayling Padilla y a mi ¨cuñao¨ Luis Hebrero al igual que a la Brandy y a la Canela. Esta hoja de agradecimiento no estaría completa si no figuraran en ella los nombres de mis brillantes colegas: Carolina López, Sonia Wheelock, Ana Marcia Zeledón, Inti Luna, Sauping Siu, Liezel González, Karina Mejía y Yassica Sequeira. Mis agradecimientos a mis otros amigos fuera de la universidad, Alexandra Díaz Chávez, Alan Gutiérrez y Craudy Norori. De igual modo extiendo mi agradecimiento a todo el personal de la Facultad de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente de la Universidad Centroamericana. Un especial agradecimiento a mis dos mentores en el mundo profesional, Jeffery Mackrary (también amigo mío) y Ronald Rivera (Director de Potters for PeaceNicaragua). Finalmente esté trabajo va dedicado a todas las personas alrededor del mundo que han invertido esfuerzos, tiempo y/o recursos para el cumplimiento de la meta del milenio referida al abastecimiento de agua: ¨Reducir en un 50% el número de personas en el mundo que carecen de un suministro de agua seguro en el periodo 2000-2015¨.

Agradecimientos En este breve espacio deseo manifestar mis más sinceras muestras de agradecimientos a todas aquellas personas que no dudaron en darme su apoyo para poder completar de manera exitosa el presente trabajo de tesis. En primer lugar quisiera agradecer a mi tutora de tesis y profesora de contaminación de agua Msc. Yalena Navarro Cajina, por haberme guiado a lo largo de este camino de desarrollo de tesis, inspirándome siempre a hacer las cosas correctamente y además por no haber escatimado esfuerzos en lo que se refiere a gestión de recursos para que el presente trabajo de tesis se pudiera completar exitosamente. También se le agradece al Ing. Edwin Sandoval de la oficina de control ambiental de ENACAL por su desinteresada colaboración en lo que al modelaje del acueducto se refiere. Mis más sinceras muestras de agradecimiento a mis compañeras de trabajo para este etudio, Sille Bendix e Ida Damgaard del Instituto Tecnológico de Dinamarca. Especiales muestras de agradecimientos se extienden al personal de ENACAL en Tisma, Julián Sotomayor, Ignacio (Nacho) Alvarado y Said Villalobos. El apoyo incondicional de Julián Sotomayor fue clave para poder desarrollar las actividades de campo. También se agradece al personal de ENACAL en Granada por haber brindado toda la información disponible sobre el acueducto de Tisma, en especial al ing. Julio Solís. No está demás mencionar dentro de estos agradecimientos al Ing. Guillermo Chávez del Centro de Información Geográfica del Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales (INETER) quien colaboró de manera desinteresada para la generación de los mapas que se presentan en este documento.

Abrevituras y Siglas A.C

Asbesto Cemento

P.V.C

Cloruro de Polivinilo

C.T.D

Carga Total Dinámica

ENACAL

Empresa Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillado

EPA

Environmental Protection Agency

INAA

Instituto Nicaragüense de Acueductos y Alcantarillados

INEC

Instituto Nicaragüense de Estadísticas y Encuestas

INETER

Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales

INIFOM

Instituto Nicaragüense de Fomento Municipal

JICA

Japanis International Cooperation Agency

MCA

Metros de Columna de Agua

MCD

Metros Cúbicos por Día

MINSA

Ministerio de Salud

NTNDSAP Norma Técnica Nicaragüense para el Diseño de Sistemas de Abastecimiento de Agua y Potabilización NTON

Norma Técnica Obligatoria

OMS

Organización Mundial de la Salud

SILAIS

Sistema Local de Atención a la Salud

UN

United Nations

WHO

World Health Organization

Resumen El presente trabajo de tesis constituye una evaluación de la calidad del abastecimiento de agua en el acueducto de la ciudad de Tisma. En él se presenta un estudio de las capacidades hidráulica de todos los elementos del acueducto en cuestión así como una descripción de su funcionamiento. El estudio de las capacidades hidráulica del acueducto se basó tanto en información del acueducto obtenida a través de ENACAL así como en el modelaje del mismo en el software EPA net. También se realizó un análisis de la calidad del agua del acueducto mediante un monitoreo puntal, tomando como base para el análisis, los parámetros de calidad de agua establecidos en la NTNDSAP de INAA. Como resultado, se encontró un déficit en la capacidad del acueducto para abastecer a la población en algunos meses del año, debido a una limitada capacidad de almacenamiento de agua y a la ineficiencia del equipo de bombeo. También se encontraron algunos puntos del acueducto en los que se requiere la toma de medidas encaminadas a la mejora de la calidad del agua. Finalmente, en este documento se presentan algunas recomendaciones dirigidas a resolver algunos problemas encontrados en el acueducto.

I. Introducción 1.1 Alcances y Antecedentes A través del presente trabajo de tesis se pretendía evaluar la calidad del agua suministrada por ENACAL a la ciudad de Tisma, perteneciente al departamento de Masaya. La primera actividad que se desarrolló en este trabajo de tesis incluyó el estudio de las capacidades hidráulica del acueducto local mediante el Software EPA net, el cual permite el modelaje de las condiciones hidráulicas y el comportamiento del desinfectante en los acueductos por periodos extendidos (Romar, 2000). En particular, el estudio de las capacidades hidráulicas permitió conocer el número de horas por día que la población de Tisma es abastecida del vital líquido y el riesgo de intrusión o desarrollo de contaminantes que comprometiera la calidad del agua que es entregada a través del acueducto. A continuación se realizó un monitoreo de parámetros de calidad de agua con el fin de determinar si el agua que es entregada por ENACAL en el sitio cumple con los criterios de calidad establecidos en la NTNDSAP, o visto de otra manera, determinar la exposición o la no exposición de las personas que habitan en las viviendas abastecidas por el acueducto, a sustancias que puedan causar efectos negativos en su salud o que impidan el uso del agua para el desarrollo de las actividades domésticas. Como producto final de este estudio se entregó a ENACAL un documento final con un análisis de parámetros físico-químicos, microbiológicos y de sustancias no deseadas en el agua del acueducto de Tisma, además de un análisis sobre el comportamiento de la cloración a través de toda la red y finalmente, un modelo computarizado de esta misma en el Software EPA net. Con base en todo lo anterior, se hicieron las recomendaciones

necesarias a la misma institución a fin de mejorar el sistema de abastecimiento en la localidad. Este trabajo de Tesis constituye un producto de la cooperación entre la Universidad Centro Americana (UCA) y el Instituto Tecnológico de Dinamarca (DTU) con la empresa ENACAL, en tal sentido, dos estudiantes del DTU trabajaron en cooperación con un estudiante de la UCA en el desarrollo del mismo durante un periodo de dos meses (Abril y Mayo 2005) y luego el estudiante de la UCA continuó el desarrollo del proyecto por tres meses más (Junio, Julio y Agosto 2005).

1.2 Situación Geográfica y Topográfica de Tisma La ciudad de Tisma, ubicada en el municipio que lleva el mismo nombre, pertenece al departamento de Masaya y está localizado aproximadamente a 25 km al Este de la capital de Nicaragua, Managua. Se comunica al NorOeste (NO) con el poblado de Zambrano y la carretera nacional 11 a través de un camino de tierra de todo tiempo de 10 km de longitud aproximadamente. También se comunica al Sur-Oeste (SO) con la ciudad de Masaya por una vía de 12 Km de longitud y similar a la anterior (ver mapas de ubicación 1-1 y 1-2). La comunicación con el resto del territorio nacional se efectúa a través de la carretera nacional cuatro (comúnmente conocida como carretera Masaya).

Mapas de Ubicación 1-1: Ubicación de Tisma en el Territorio Nacional

a

(a)

Mapas de Ubicación 1-2: (a) En la orfoto superpuesta sobre la hoja cartográfica (b) de la ciudad de Tisma se muestran las dos principales vías de acceso (Cortesía - INETER- 2005)

El casco urbano de Tisma tiene una extensión total aproximada de 75 ha, posee una topografía bastante regular, desarrollándose la ciudad entre los 52 y 43 m.s.n.m (Lotti-Lanzas, 1996).

1.3 Clima y Precipitaciones El clima del área, de acuerdo con la clasificación de Koepen, es del tipo de sabana tropical cálido y seco (Lotti-Lanzas, 1996). Con base en las observaciones de las estaciones climatologías de Masaya (código INETER 69115), la temperatura del área puede ser considerada como uniforme durante todo el año, con una media de 26.1 oC y con una oscilación anual de 3.7 oC. El periodo más caluroso ocurre desde Marzo hasta Mayo, con temperaturas máximas absolutas de 35-38 oC y el más fresco desde Diciembre a Febrero con una temperatura mínima absoluta de 18 oC (Lotti-Lanzas, 1996). La estación pluviométrica representativa de la localidad es la estación meteorológica de SAIMSA (código INETER 69104), según la cual, la precipitación media anual en la localidad alcanza 1039 mmm, siendo el periodo Mayo-Octubre el más lluvioso, en el cual cae 95 % de la lluvia media anual y Octubre el mes más lluvioso con un valor medio de precipitación equivalente a 208 mm. En el periodo Diciembre-Abril las lluvias son muy escasas.

1.4 Hidrogeología En la zona en donde se ubica la ciudad de Tisma, el flujo de las aguas subterráneas tiene una dirección de (Sur-Oeste) SO hacia (Nor-Oeste) NE, con gradiente hidráulico medio de cerca de 10 m/km (INAA-JICA, 1993). En particular, la profundidad del agua subterránea en la localidad es de 10 m bajo el nivel del suelo (Lotti-Lanzas, 1996). El acuífero tipo multiestrato se encuentra en condiciones generalmente freáticas o localmente semiconfinadas, con evidente conexión hidráulica entre los diferentes niveles. Según los estudios de UN (1973), la transmisibilidad del acuífero sobre el que se encuentra la ciudad de Tisma es generalmente muy alta (1000 - 2500 m2/d), teniendo los pozos que abastecen al acueducto de Tisma valores de capacidad específica bajos ( 0.7 - 0.8 l/s/m), con caudales que oscilan entre 4 y 19 l/s. (Lotti-Lanzas, 1996). Se ha calculado que la recarga total sobre toda el área de la llanura dentro de la cual se encuentra el municipio de Tisma (782 Km2) alcanza los 198 millones de m3/año (19 % de las precipitaciones anuales) (JICA-INAA 1993). Si de lo anterior se deducen todas las extracciones a través de pozos y las extracciones de agua superficial desde la laguna de Asososca (que también se considera como agua subterránea) que fueron evaluadas en cerca de 112 millones de m3 para el año 1991, se obtiene que la potencialidad residual real de agua subterránea dentro de la llanura es 86 millones de m3/año.

1.4 Población y Proyecciones Demográficas Con base en el número de viviendas estimado por INEC igual a 750 y con base en el resultado de la encuesta de hogares sobre el tamaño promedio de habitantes por viviendas igual a 5.76 (INEC, 1995), la población de Tisma fue estimada en 4,320 habitantes para el año 1994, con un crecimiento en el periodo 1971-1994 de 1.0%, notablemente más bajo que el registrado en el periodo 1963-1971 en el cual se alcanzó un 14.3%. Según el dato mas actualizado de INIFOM, la población total de la ciudad es igual a 4,244 habitantes (INIFOM, 2005). Las tasas de crecimiento estimadas para el periodo 1995-2020 oscilan ente 0.17% y 0.23% tal como se presenta en la Tabla 1-1. Tabla 1-1: Proyecciones Demográficas (Lotti-Lanzas, 1996)

Años

Población

Tasa De Crecimiento (%)

1995

4,886

0.2

2000

4,937

0.2

2005

4,987

0.2

2010

5,033

0.2

2015

5,078

0.2

2020

5,121

0.2

1.5 Aspectos Sociales y Económicos Las actividades económicas fundamentales de la ciudad de Tisma son la agricultura y la ganadería, constituyendo estos dos rubros los sectores primarios de la economía local, en tanto la elaboración de productos artesanales constituye el sector secundario y el comercio en pulperías el sector terciario (INIFOM, 2005). Según Lotti-Lanzas (1996), el ingreso promedio que reciben las familias en Tisma es de 811.0 Córdobas Oro por mes.

1.6 Salud El municipio de Tisma cuenta con un puesto de salud y un centro de salud para atender los servicios de salud de la población. De acuerdo al SILAIS departamental de Masaya, las enfermedades asociadas al consumo de agua sin la calidad requerida representaron una de las primeras causas de enfermedades en el municipio de Tisma a lo largo del periodo 1993 -1994, tal y como se presenta en la Tabla 1-2.

Tabla 1-2: Principales Enfermedades en el Municipio de Tisma en el periodo 19931994 (SILAIS, Masaya.1995)

Número

Causas

Casos/1993

Casos/1994

1

Parasitosis

1,054

421

2

IVU

671

624

3

Piodermitis

417

229

4

Enfermedades diarreicas agudas

287

486

5

Gastritis

108

208

Total

2,537

1,968

No obstante, la fuente de la Tabla 1-2, no especifica si los casos corresponden a pacientes que haya consumido agua del acueducto local. En el reporte epidemiológico del SILAIS-Masaya correspondiente a las primeras 16 semanas del año 2005, el número de casos de enfermedades respiratorias agudas (698 pacientes) en la ciudad de Tisma, fue más alto que el número de casos de enfermedades diarréicas agudas (35 pacientes) (SILAIS, Masaya. 2005).

1.7 Abastecimiento de Agua en la Ciudad de Tisma Administrativamente, el acueducto de la ciudad de Tisma pertenece al territorio de la Región IV de ENACAL, cuya administración central se divide entre la vicegerencia de ENACAL en Granada y la vicegerencia de ENACAL en Masaya. A nivel local, la administración está a cargo de una filial, cuyo personal está constituido por un técnico, un fontanero y un operador de bombas. Para las actividades de mantenimiento, la oficina de la región IV de ENACAL provee el personal y los materiales necesarios. El personal de Tisma envía un reporte semanal a la oficina de ENACAL en Masaya con la información relativa a los consumos, a las tasas de bombeo, al número de conexiones y a los consumos de energía (Julio Solís, comunicación personal).

1.7.1 Fuentes de Abastecimiento La única fuente de abastecimiento de agua potable de la ciudad de Tisma es el acuífero contenido en depósitos aluviales y volcánicos (ver sección 1.2.1.2 Hidrogeología). El agua subterránea se extrae actualmente por medio de dos pozos perforados en los años 60, los que se ubican en un campo de pozos localizado en la parte NO de la ciudad. Existe además un tercer pozo, localizado a unos 200 m al Oeste de la ciudad, construido en 1993 pero que todavía no está equipado (Julio Solís, comunicación personal). Los dos pozos que en la actualidad se encuentran en operación, tienen una profundidad que varían entre 46 y 53 m, con revestimiento de acero ciego de 150 m y 200 mm y con filtros de los mismos diámetros, de ranura tipo

puente, localizados en correspondencia de los estratos más permeables. Estos mismos están conectados con la red de distribución de agua potable de la localidad a través de una línea de impulsión constituida en tubería PVC de 100 mm de diámetro y 1,200 m de longitud aproximadamente (LottiLanzas, 1996). El agua se extrae de los pozos mediante dos bombas, una de ellas marca Grudfos modelo SP 27-9 (bomba 1) y la otra bomba marca Jacuzzy modelo 6HSA-9 (bomba 2) (ver Fotos 1-2 y 1-3). La bomba Grundfos fue instalada en el año 1997

y la bomba Jacuzzy fue instalada en 1990 (ENACAL,

Granada).

Foto 1-2:Instalación de Bomba Jacuzzy 6HSA-9 (2)

F oto 1-3:Instalación de Bomba Grundfos SP 27-9 (1)

El número de horas que operan los equipos de bombeo es variable a lo largo del año, dependiendo de los niveles de agua en la unidad de

almacenamiento (tanque) de la localidad, lo cual será abordado más adelante.

1.7.1.1 Calidad del Agua en Tisma Con respecto a la calidad del agua de los pozos de Tisma, en el año 2003 se efectuó un análisis completo de esta misma, resultando todos los parámetros que fueron medidos, con excepción de la temperatura, el fluor, la conductividad eléctrica, el catión sodio (Na+) y el catión (K+), por debajo de lo recomendado en la NTNDSAP (ver Tabla 1-3).

Tabla 1-3: Análisis de la Calidad del Agua de los Pozos en Tisma 7/04/2003

Parámetro

Bomba 1

Bomba 2

Aspecto Color Verdadero Color Aparente Turbiedad UNT Sólidos Totales Disueltos mg/l Temperatura OC

Claro