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• Angel Julisses Valderrama Reyes

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HIDROLOGIA GENERAL

UNIVERSIDAD SAN PEDRO

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

1- CALIBRACION DE ESTACIONES DE AFORO Las estaciones de aforo son instalaciones que nos permiten evaluar el caudal de agua que discurre por el río a lo largo del tiempo. El objetivo final es deducir el hidrógrafa (curva caudal - tiempo) en un lugar determinado del río y así tener datos para los estudios de la planificación hidrológica y gestión de situaciones extremas como son las avenidas (tránsito de hidrógrafas). La elección del tipo de aforo y de su ubicación depende de varios factores como son el interés hidrológico del río (existencia de otras estaciones de aforo aguas arriba o aguas abajo), de su accesibilidad, de la vegetación, orografía y sedimentación existente (pendientes y rugosidades locales), de la precipitación del lugar, de sus costes, etc. En caso de ríos de gran anchura y caudal, la mejor opción son los aforos directos. Éstas son estaciones de medición directa del caudal mediante sistemas de aforo con molinete, a modo de ejemplo y siendo muy usados. En caso de ríos de pequeña anchura y caudal, la mejor opción son los aforos indirectos, estimando el caudal a partir de la lectura de un nivel de agua en dicha sección (lámina libre del río, arroyo, curso del agua en general). Bajo esta opción destacan las estaciones limnimétricas, que deducen el caudal según una curva de gasto (curva Q=f(H)), y las estaciones con vertederos, que deducen el caudal según la altura de la lámina del río provocada por un obstáculo incluido en curso del mismo. Ecuaciones deducidas de la mecánica de fluidos para cada tipología de obstáculo (vertedero) nos revelan el caudal según la altura alcanzada por la lámina de agua del río.

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Para el caso de las estaciones limnimétricas, la curva de gasto (altura - caudal) hay que generarla por los métodos de aforo directo. Con estos métodos se obtienen puntos que correlacionan el caudal medido directamente (Q) y la altura de la lámina de agua para ese caudal (H). Esta nube de puntos se representa en diagrama H - Q y por métodos de ajuste matemáticos de deduce la línea de tendencia que representa la curva de ajuste o de gasto de la estación limnimétrica. Una vez obtenida dicha curva, es decir ajustada o calibrada a la estación de aforo indirecto, obtendremos los caudales Q deducidos de la altura de la lámina de agua H.

En un primer análisis de la bondad de la curva de gasto diremos que está sujeta a una incertidumbre en el valor de Q (caudal) deducido a partir de la lectura de H (altura de la lámina de agua). La complejidad y variabilidad de la curva deducida dependerá de las condiciones del lugar y del tipo de aforo directo usado. Algunas normativas recomiendan la realización de diez, quince o setenta aforos directos para deducir una curva estable y realista. Otro origen de incertidumbre va implícito a los métodos matemáticos y computacionales para la obtención de una curva de ajuste adecuada (sobre todo en valores extremos de caudales). Normativa para tal efecto minimiza las desviaciones y ha de tenerse en cuenta en la obtención de la curva de gasto (ISO 1100-2 (2010), ISO 5168 (2005)). Así mismo, los métodos directos empleados (molinete, flotadores, otros) también han de estar calibrados para una obtención del caudal de referencia realista (ISO 748, ISO 1088, ISO 3455, etc.) Para obtener una curva precisa y que abarque el máximo número de valores de H (es decir, que recoja un amplio abanico de caudales posibles), las mediciones han de realizarse en repetidas ocasiones o incluso, dependiendo de la temporalidad de los caudales en un año hidrológico, en determinadas épocas. Pero la dinámica del río hace que esta curva se pueda alejar de la realidad en el tiempo, una vez perfilada y comprobada en el origen. Se hace necesario verificar con cierta carencia la bondad de la misma. Hay que tener en cuenta que la variabilidad de las condiciones de contorno del río, hacen que las condiciones iniciales para las cuales se dedujo dicha curva también cambien. Entre las principales circunstancias que pueden causar inestabilidad en la curva de gasto se encuentran:

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2- CURVA DE CALIBRACION La curva de calibración es un método muy utilizado en química analítica para determinar la concentración de una sustancia (analito) en una muestra desconocida, sobre todo en disoluciones. El método se basa en la relación proporcional entre la concentración y una determinada señal analítica (propiedad). Conociendo esta relación, será posible conocer la concentración en una muestra dada mediante la medida de esa señal. La relación concentración – señal se suele representar en una gráfica a la que se le conoce como curva de calibración o curva de calibrado. Es imprescindible que la señal analítica utilizada mantenga una relación proporcional con la concentración. Las señales más utilizadas son aquellas cuya relación con la concentración es lineal, al menos en el rango de trabajo. Por ejemplo, una de las propiedades más utilizadas es la absorbancia (absorción lumínica) que suele mantener una relación lineal con la concentración de solutos en disoluciones. Al ser una relación lineal, se puede representar mediante una recta, de ahí que este tipo específico de curva de calibración se conozca también como recta de calibración.

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3- METODOS PARA EFECTUAR LA CURVA DE CALIBRACION La elaboración de una curva de calibrado se puede dividir en dos pasos: preparación de las disoluciones patrón y obtención de la función señal – concentración (construcción de la curva propiamente dicha). Una vez obtenida la curva de calibración se podrá utilizar para conocer la concentración de analito en una muestra desconocida. Veamos estos pasos aplicados a una recta de calibración Preparación de patrones Para elaborar una curva de calibrado se parte de varias disoluciones con una concentración conocida de analito (la sustancia a medir). Estas disoluciones se conocen como disoluciones patrón. Se han de elaborar una batería de patrones suficiente para cubrir un rango que incluya la concentración esperada en las muestras desconocidas. Las concentraciones utilizadas en los patrones también han de estar dentro del rango válido para la técnica analítica que se va a utilizar. Es decir, han de estar por encima del mínimo de concentración de analizo cuantificable por la técnica utilizada. Este mínimo es conocido como límite mínimo cuantificable. También ha de estar por debajo del límite de linealidad. La relación lineal entre concentración y señal no se suele mantener a altas concentraciones y el límite de linealidad marca la concentración máxima para la cual la curva de calibración sería fiable. ímites de una recta de calibración Construcción de la curva: relación concentración de analizo y señal analítica A estos puntos podemos aplicar la regresión lineal, generalmente mediante el ajuste por mínimos cuadrados, para obtener la recta que los relaciona y su función

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4- PASOS PARA AFOROS CORRENTOMETROS En un río cualquiera, para determinar el caudal que pasa por una sección transversal, se requiere, a su vez, saber el caudal que pasa por cada una de la subsecciones en que se divide la sección transversal. Para eso, se realiza el siguiente procedimiento para registrar las observaciones y calcular las velocidades y caudales. A saber: 1. La sección transversal del río donde se va a realizar el aforo se divide en varias subsecciones. El número de subsecciones depende del caudal estimado que podría pasar por la sección: en cada subsección, no debería pasar más del 10% del caudal estimado que pasaría por la sección. Otro criterio es que, en cauces grandes, el número de subsecciones no debe ser menor de 20. 2. El ancho superior de la sección transversal (superficie libre del agua) se divide en tramos iguales, cuya longitud es igual al ancho superior de la sección transversal dividido por el número de subsecciones calculadas 3. En los límites de cada tramo del ancho superior del cauce, se trazan verticales, hasta alcanzar el lecho o fondo. La profundidad de cada vertical se puede medir con la misma varilla del correntómetro que está graduada. Las verticales se trazan en el mismo momento en que se van a medir las velocidades. 4. Con el correntómetro se mide la velocidad a dos profundidades en la misma vertical a 0.2 y a 0.8 de la profundidad de la vertical, para lo cual se toma el tiempo que demora el correntómetro en dar 100 revoluciones y se calcula el número de revoluciones por segundo; con este dato, se calcula la velocidad del agua en cada una de las profundidades utilizando la fórmula correspondiente, según el número de revoluciones por segundo (n). En el caso de la medición de la velocidad en una parte del tramo final estudiado del río Ebro (Tortosa-Amposta), se emplean las siguientes fórmulas: v = 0,2590•n + 0,005 cuando n es > 1,51 v = 0,2517•n + 0,016 cuando n es < 1,51 5. Se obtiene la velocidad promedio del agua en cada vertical. La velocidad promedio del agua en cada subsección es el promedio de las velocidades promedio de las verticales, que encierran la subsección. En nuestro caso, ver anexo 2.3. 6. El área de cada subsección se calculará fácilmente considerándola como un paralelogramo cuya base (ancho del tramo) se multiplica por el promedio de las profundidades que delimitan dicha subsección. 7. El caudal de agua que pasa por una subsección se obtiene multiplicando su área por el promedio de las velocidades medias registradas, en cada extremo de dicha subsección. 8. El caudal de agua que pasa por el río es la suma de los caudales que pasan por todas las subsecciones. Ver, al respecto, el capítulo 9. 5

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5- TIPOS DE CORRENTOMETROS 

Molinete

De tipo universal, de cazoletas, de eje vertical, de eje horizontal o de cualquier tipo, un Molinete o Micro-Molinete es un instrumento usado para medir la velocidad del agua en un canal abierto, que puede variar desde una pequeña escorrentía, hasta una inundación en el río Amazonas. Un Molinete o Micro-Molinete es un instrumento usado para medir la velocidad del agua en un canal abierto, que puede variar desde una pequeña escorrentía, hasta una inundación en el río Amazonas. El principio de funcionamiento se basa en la proporcionalidad entre la velocidad del agua y la velocidad angular resultante del rotor. La velocidad del agua se mide en diferentes puntos de la corriente poniendo el molinete y contando el número de revoluciones del rotor durante un intervalo de tiempo determinado. Los molinetes y micro-molinetes se pueden clasificar en dos tipos principales, los medidores que tienen rotores de eje vertical y los que tienen rotores de eje horizontal. Las características mas destacadas de estos dos tipos se resumen a continuación: Eje vertical:     

Opera en velocidades más bajas que los de eje horizontal. Los cojinetes están bien protegidas contra el agua fangosa. El rotor se puede reparar en el campo sin afectar la calibración. Utiliza un rotor único que sirve para toda la gama de velocidades. Tambien es conocido como tipo Gurley.

Eje horizontal:   

Debido a la simetría axial con la dirección del flujo, el rotor perturba el flujo menos que los de eje vertical. Por la forma del rotor es menos probable que se enrede con los desechos que arrastre la corriente. También es conocido como Molinete Universal o tipo Ott

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6- ESTACION DE AFORO Sección de aforo o sección de control de un río, arroyo o canal es un local, ya sea natural o preparado para tal efecto, en el cual se ha determinado la curva cota-caudal. De esa forma, cuando se requiere, midiendo el nivel, con una regla graduada implantada en el lugar, por interpolación en la curva, se podrá determinar el caudal líquido en la sección. Para seleccionar una sección de aforo deben tenerse en cuenta algunos factores importantes, pero el más importante es tener la certeza de que la forma de la sección no cambia en el tiempo, es decir que se trata de un tramo de río o arroyo que no sufre socavación y no está en proceso de sedimentación. Cuando estas características no se encuentran en el tramo en el cual interesa instalar la sección de aforo, deberá implementarse una obra, como por ejemplo un vertedero. Esta obra, según la dimensión del río o arroyo, puede llegar a ser una obra costosa, y en algunos casos puede resultar más conveniente determinar el caudal por otros métodos.

7- LIMNIGRAFO

Es un registrador de nivel con flotador diseñado para el registro continuo del nivel de láminas de agua, superficial o subterránea. El limnígrafo registrador LGF5 permite medir y registrar gráficamente los niveles de agua superficiales, tanto en aguas corrientes como en remansos. Es idóneo para los lugares en que se desee instalar un punto de aforo con un gasto relativamente reducido.

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8- LIMNIMETRO

El limnímetro es la herramienta adaptada para vigilar cuencas o ríos. El limnímetro o estación limnímetrica es un instrumento que permite registrar y transmitir la medida de la altura de agua o de nieve (en un punto determinado) de un río, una cuenca… Nuestros limnímetros, colocados en los puntos más sensibles de la red hidrópica, permiten recoger automáticamente la altura del agua o de la nieve, seguir su evolución exacta (par raptor a una calzada cercana por ejemplo) e informar el personal técnico de los riesgos de desbordamiento de los ríos o cuencas. El personal de mantenimiento de carreteras puede decidir cortar temporalmente la circulación. Los riesgos están minimizados. Características Características mecánicas Dimensiones : de 1 a 7 m de altura (estructura a medida), soporte horizontal de hasta 5 m Material : todo aluminio Conexión : cable 4 conductores Características principales Margen de medida : de 0,5 a 10 m Precisión : ± 1 cm Principio de medida : medida entre emisión y recepción de un impulso ultrasónico y utilización de un algoritmo de tratamiento

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9- COMO SE AFORAN LOS RIOS DE LA SELVA Procedimiento -

Medición d los 60 m del rio que se va aforar Medición de la longitud de sección de aforo, no mayor a 30 , tramo 1

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Medición del terreno cada medio metro, para la medición de profundidad máxima de perfil tramo 1

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Medición del terreno a 30 metros , tramos 2

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Medición a 30 metros

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Medición de la longitud tramo 3

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Medición del caudal primero se tomó el tiempo de salida

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El tiempo de recorrido

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Tiempo de recorrido de una longitud de 60 metros Medición del tiempo d finalizado o de llegada

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10- EQUIPOS PARA AFOROR UN RIO EN LA SELVA 1- FLEXOMETRO O GUINCHA

2- CORCHO

3- CRONOMETRO

4- CUERDA

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