El primera fase del Ciclo Integral es la captación del agua en el medio natural. En el caso de Cuenca y sus pedanías, todo el agua proviene de aguas subterráneas. En total, de los distintos manantiales y sondeos en uso se captan más de 8,1 millones de m³ al año, cantidad suficiente para cubrir las necesidades de la capital y de los núcleos de población de Mohorte, Nohales, Cólliga, Colliguilla, Villanueva de los Escuderos, Valdecabras, La Melgosa y Tondos.

El agua que llega a la red de abastecimiento se capta en cinco puntos:

Manantial Cueva del Fraile

El manantial de la Cueva del Fraile, situado a 10 kilómetros de la capital, es el más antiguo de los que abastecen a la ciudad: la traída de agua desde esta zona se remonta a la primera mitad del siglo XVI. En él se captan 120 l/seg a través de un canal cerrado, vertiéndose el resto al río Huécar mediante un aliviadero. El agua que proviene de la Cueva del Fraile llega por gravedad a los depósitos de la calle de San Pedro, en el casco antiguo de Cuenca.

Manantial Royo Frío

El Ayuntamiento de Cuenca dispone del aprovechamiento de las aguas de este manantial desde 1971, siendo en la actualidad el principal punto de abastecimiento de la ciudad. Se localiza en la Serranía conquense, a 15 metros del nacimiento del manantial Los Baños y a unos 26 kilómetros de la capital. La captación se realiza en una galería de unos 45 metros de longitud a la que llega el agua de tres manantiales. Solo una pequeña parte del caudal se deriva para el consumo humano (310 l/seg), dejando fluir el resto al río Júcar.

El agua de esta captación llega a través de una doble conducción de 26 kilómetros de longitud hasta la estación de bombeo de Las Grajas. Desde este punto se abastecen los depósitos de la Dehesa de Santiago y del Cerro de Molina. Este último, a su vez, transfiere agua a los depósitos de Villa Román y del polígono SEPES.

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Sondeo de Albaladejito

En 1994, se realizó un sondeo a 6 kilómetros al Este de la ciudad, en la finca de Albaladejito. Aquí se captan 22 litros de agua por segundo que sirven para abastecer a Cólliga, Colliguilla, Villanueva de los Escuderos, Chillarón y la zona del Pinar de Jábaga.

Manantial Fuente de los Aserradores

Situado a 1,8 kilómetros del núcleo urbano, es el encargado de abastecer a la pedanía de Valdecabras.

Captación de 'El Recuenco'

Durante años, el abastecimiento a la pedanía de Tondos se realizaba desde un manantial situado al Sureste de la población, en la parte baja del cerro de La Muela. Sin embargo, en épocas estivales el caudal se resentía e incluso llegaba a desaparecer. Por ese motivo, en 2003, se realizó una nueva captación en el paraje El Recuenco, a 1,9 kilómetros del núcleo urbano, que ofrece un caudal cercano a los 27 l/seg.

Sondeo de captación en el Ventano del Diablo

Con el objetivo de garantizar el suministro en caso de emergencia por sequía, existen don sondeos para captación de agua procedente del acuífero de la Serranía de Cuenca en el término municipal de Villalba de la Sierra. Estas instalaciones, dotadas de bombas sumergibles y sus correspondientes instalaciones eléctricas, entrarían en funcionamiento en caso de necesidad.

La Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) se puso en marcha en 1995 para recoger todo el agua residual de la ciudad y devolverla al cauce del río Júcar en las condiciones legalmente establecidas.

Entre 1995 y 2003, fue gestionada mediante una concesión administrativa a la empresa constructora. Los dos años siguientes se gestionó de forma directa por el Ayuntamiento de Cuenca, pasando posteriormente a ser responsabilidad de la empresa municipal Servicio de Infraestructuras Municipales de Cuenca (SIMc). Desde enero de 2013 es competencia de Aguas de Cuenca.

Se encuentra situada en el paraje El Terminillo, a dos kilómetros aguas abajo de la ciudad. Tiene una capacidad de depuración de 24.000 m³ de aguas residuales por día, lo que sería suficiente para prestar servicio a una población de 136.000 habitantes.

Las aguas residuales llegan a la depuradora por medio de un colector de 2.000 mm de diámetro.

En una primera fase, las aguas pasan por un sistema de rejas de desbaste automático, en el cual se retienen las partículas grandes, mayores de 10 mm. Los residuos sobre las rejas se depositan en un contenedor y se transportan a un vertedero.  

A continuación, las aguas pasan al desarenador-desengrasador, en donde se separa la materia inorgánica pesada, como grava y arena. Las materias grasas se elevan a la superficie y son removidas por medio de un barredor. Estas grasas son evacuadas y tratadas por un gestor de residuos autorizado.

Tras este fase, las aguas pasan al tanque biológico para fósforo, donde se mezclan con fangos recirculados. Seguidamente, discurren hasta los tanques de aireación, en los que se tratan biológicamente para eliminar el nitrógeno y el fósforo, entre otros compuestos nocivos.

Las aguas tratadas biológicamente se llevan desde los tanques de aireación a los decantadores para sedimentar los fangos activados que, tras el correspondiente tratamiento, se almacenan en un silo de 75 m³ de capacidad para su posterior uso como abono de suelos agrícolas.

Finalmente, tras ser sometidas a análisis para comprobar su inocuidad para el medio ambiente, las aguas tratadas se vierten al río Júcar, completando así el Ciclo Integral del Agua.

Una vez que se dispone de agua en cantidad y calidad suficiente, el siguiente paso en el Ciclo Integral del Agua es su distribución. Un total de 93 kilómetros de tuberías de diámetros entre 80 mm y 300 mm se encargan de llevarla desde los depósitos a los hogares y empresas de Cuenca. La red forma una malla que recorre el subsuelo de la ciudad y que permite trasvasar agua de unas zonas a otras mediante la apertura o cierre de las correspondientes válvulas.

A lo largo de la red se distribuyen cerca de 31.000 contadores que permiten controlar el consumo.

Aguas de Cuenca se encarga también del mantenimiento de las 142 fuentes existentes en la ciudad y en las pedanías.

La red de saneamiento tiene una longitud de 114 kilómetros de alcantarillas, colectores, ramales y otro tipo de conductos.

En 1991, se iniciaron las obras de los tres colectores principales de saneamiento de la ciudad de Cuenca:

El Colector I tiene una longitud de 3.167 metros. Se inicia en las inmediaciones del paraje denominado Recreo Peral y vierte sus aguas en el Colector III. Esta conducción recoge los siguientes vertidos:

-    Zonas bajas del Recreo Peral.
-    Zona alta de la ladera del Santuario de la Virgen de las Angustias y aledaños.
-    Zona baja del Casto Antiguo en su vertiente oeste.
-    Vertidos existentes en las traseras de la calle del General Mola.
-    Vertido del alcantarillado existente paralelo al río Huécar, zona del parque del Huécar y Fuente de la Doncella.
-    Zona de equipamiento educativo y asistencial situada al oeste del tramo final de la calle Colón, así como del área residencial y deportiva colindante.
-    Vertidos de los asentamientos residenciales y equipamientos colectivos de la zona circundante al antiguo Club Serranía.
-    Vertidos de la Fuente del Oro.

El Colector II tiene una longitud de 2.699 metros. Se inicia en el polígono industrial Los Palancares y recoge los siguientes vertidos:

-    Vertido del polígono industrial Los Palancares y áreas limítrofes que vierten a su red, así como gran parte del polígono residencial Villa-Román.
-    Aguas residuales de la zona industrial que abarca desde el lugar conocido como Casilla de San José, incluido el mismo, hasta el polígono Los Palancares, así como las aguas pluviales de la cuenca natural de vertido en que se sitúan dichos terrenos.
-    Aguas de vertido de la futura zona residencial, que se sitúe paralela a la circunvalación entre la carretera de Valencia y la de Alcázar.
-     Vertidos residuales y pluviales de la zona baja del área conocida como Vega Tordera, situada en colindancia con el río Moscas y la carretera de Alcázar.
-    Vertidos de aguas residuales del polígono industrial "La Cerrajera", su ampliación y áreas colindantes, así como los de aguas pluviales recogidas en la cuenca natural en que dicha zona se sitúa.

El denominado Colector III está dividido en dos ramales que discurren por la margen derecha del río Júcar. El primero de ellos se sitúa entre el puente de San Antón y las últimas casas del barrio del mismo nombre, en dirección a la playa artificial. El segundo, discurre entre el barrio de San Antón y la pasarela peatonal existente junto al polideportivo El Sargal.

Los vertidos que transporta esta conducción provienen de las aguas pluviales recogidas en la zona, el tramo final del barrio de San Antón y los vertidos de la zona de los institutos, La Fuensanta, el Hospital Virgen de la Luz y del barrio de Buenavista y su ampliación

En la primera década del siglo XXI estas tres conducciones se completaron con la construcción de otros dos colectores: el Colector Aliviadero de la Zona Esta de Cuenca y el Colector Norte.

El Colector Norte parte del polígono industrial de la antigua carretera de Madrid y recoge los vertidos de esta zona, el área comercial cercana, el campus universitario y las zonas residenciales adyacentes y la Fuente del Oro.

El Colector Aliviadero de la Zona Este vino a dar respuesta al aumento del caudal de las aguas pluviales y residuales registrado en ese área como consecuencia del crecimiento de la ciudad con los barrios de San Fernando, San José o Villa Román.

Estas infraestructuras son las encargadas de conducir las aguas residuales hasta un colector emisario de 1.289 metros que, desde la Ronda Oeste, las transporta hasta la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR).