Hidrometría Fluvial

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DefinicinLahidrometra fluviales una ciencia que trata de la medicin y anlisis del agua que fluye en las corrientes (ros, quebradas, arroyos, caos) por medio de mtodos, tcnicas e instrumentos utilizados en la Hidrologa.El procesamiento de datos hidromtricos se refiere generalmente a los niveles, caudales y sedimentos (transporte y concentracin), variables y parmetros de calidad del agua, incluyendo las caractersticas fisiogrficas y morfomtricas de los sistemas hdricos. Este procesamiento implica transformar los datos primarios en informacin para ser utilizada por los usuarios.ImportanciaLa hidrometra fluvial es de gran importancia para la prediccin de crecidas (mximas alturas de agua), definir o delinear zonas con riesgo de inundacin, estudios de sedimentacin en ros y para proyectar estructuras (puentes u otras obras hidrulicas).DefinicinEl Glosario Hidrolgico Internacional (1994) define a laestacin hidromtricacomo el lugar de observacin en la cual se obtienen datos sobre el agua de ros, lagos o embalses. En una estacin hidromtrica se deber observar uno o ms de los elementos que se citan a continuacin:a) El nivel de aguab) El caudal o flujo de las corrientesc) Transporte o depsito de sedimentos o ambosd) La temperatura y otras propiedades fsicas del aguae) Las caractersticas y extensin de la capa de hielof) Las propiedades qumicas del aguaSeleccin del sitio ideal para instalar una estacin hidromtricaLa seleccin del sitio ideal para una estacin hidromtrica debe basarse en los siguientes criterios:1) El tramo a escoger deber tener en lo posible en un tramo recto unos 100 metros aguas arriba y debajo de la estacin de aforo.2) La corriente total debe estar confinada en un solo cauce para todos los niveles y pueden existir corrientes subterrneas.3) El lecho del ro no debe estar sujeto a socavaciones ni a rellenos y debe estar libre de plantas acuticas.4) Las orillas deben ser permanentes, lo suficientemente altas para contener las crecidas y deben estar libres de arbustos.5) Deben haber controles naturales inalterables: afloramiento de rocas en el fondo o un can estable durante el estiaje, y un cauce encajonado para las crecientes cadas o cascadas, insumergible en todos los niveles de manera de tener una relacin estable entre el nivel y el caudal. Si no hay condiciones naturales satisfactorias para un control de aguas bajas, se debe prever la instalacin de un control artificial.6) Se debe disponer de un sitio conveniente para alojar el limngrafo, inmediatamente aguas arriba del control, y protegerlo contra posibles daos por los escombros llevados por las aguas durante las crecidas del ro. El limngrafo debe estar por encima de toda crecida probable que pueda ocurrir durante el perodo de vida de la estacin.7) El sitio de aforo debe estar lo suficientemente aguas arriba de la confluencia con otro ro o de los efectos de la marea, para evitar toda influencia variable que puedan ejercer sobre el nivel en el sitio de la estacin.8) Se debe disponer de una longitud de tramo suficiente para medir el caudal a todos los niveles dentro de una razonable proximidad de la estacin de aforo. No es necesario que las mediciones para aguas altas y bajas se efecten en la misma seccin transversal del ro.9) El sitio debe ser fcilmente accesible para facilitar la instalacin y el funcionamiento de la estacin de aforo.10) El sitio debe disponer de instalaciones de telemetra o transmisin por satlite, si se requieren.11) La formacin de hielo en el rea no debe interrumpir el registro de los niveles y las mediciones del caudal.12) Muy pocas veces se encontrar un sitio que satisfaga todos esos criterios; por lo tanto, se deber seleccionar el sitio que ms convenga y sobre todo que sea accesible para las mediciones y contar con un observador hidrolgico.Nivel de la corrienteEl nivel del agua en una corriente (ro, quebrada, arroyo, cao) es la altura de la superficie del agua en un punto determinado con relacin a su lecho, a una cota arbitraria, o al nivel medio del mar.En general, el nivel o altura de la corriente debe ser medida con una exactitud de un centmetro, mientras que en las estaciones de aforo que efectan registros continuos la exactitud debe ser de tres milmetros.Instrumentos para medir el nivel del aguaLa medicin directa y puntual de nivel del agua a una hora determinada, se realiza mediante la utilizacin de instrumentos con diferente conformacin fsica y diferente protocolo de operacin. Estos instrumentos son la mira hidromtrica o limnmetro, el maxmetro y el limnicontacto o sonda indicadora de nivel.Gasto lquidoEl gasto o caudal lquido corresponde al volumen de agua que pasa instantneamente por una seccin de aforos en una corriente de agua (ro, quebrada, arroyo o cao) en la unidad de tiempo, y se expresa en metros cbicos por segundo (m3/s).El caudal en una corriente de agua es funcin del rea de la seccin de aforos (A) y de la velocidad media del flujo (V) y se obtiene mediante el producto de estas dos variables:Q = V * AElgasto slidose refiere al volumen de slidos totales en suspensin (arenas, limos, arcillas) que transportan las corrientes de agua (ro, quebrada, arroyo o cao), que pasa instantneamente por una seccin de aforos en la unidad de tiempo, y se expresa en metros cbicos por segundo (m3/s).Medicin del gasto lquido(aforo lquido)El aforo lquido es un procedimiento que consiste en realizar en campo mediciones de rea en la seccin transversal y de velocidad del agua, que permiten posteriormente calcular el caudal de una corriente, el cual esta referenciado a un nivel de agua.El aforo se debe realizar peridicamente buscando cubrir toda la gama potencial de niveles, con el fin de obtenerparejasnivel - caudal que faciliten la calibracin de la seccin de aforos, la cual se plasma en lacurva de gastos o curva de calibracin, que permite convertir niveles de agua en caudales. Para ello esta curva se transforma: a) En una ecuacin; o b) En una tabla obtenida por lectura de puntos sobre la curva y posterior interpolacin.En las estaciones hidromtricas se realizan aforos conjuntos de caudal lquido y caudal slido en suspensin. Con estos aforos se obtienen curvas de correlacin caudal lquido - caudal slido.Curva de gastosLa curva de gastos de una estacin hidromtrica es la expresin grfica de la relacin existente entre los niveles del agua y los caudales de la corriente, generalmente en rgimen permanente. Esta relacin se puede determinar una vez se hayan obtenido aforos suficientes que representen toda la gama de variacin de los niveles de la corriente de agua.La curva es aproximadamente parablica cuando su representacin est en coordenadas cartesianas y con tendencia a la recta cuando las coordenadas son logartmicas. Por procedimientos estadsticos se obtiene una ecuacin exponencial del tipo:Q = a . H2+ b . H - HoDondeQ = CaudalH = Nivel del aguaHo = Nivel al cual el caudal es ceroa, b = ConstantesEsta ecuacin permite determinar caudales para niveles establecidos.

El proceso de construccin de la curva de gastos es tradicionalmente una rutina manual, siendo la opinin del especialista muy importante. Los pasos son los siguientes:1. Verificacin del resumen de aforosConsiste en el anlisis, verificacin y concordancia entre los valores consignados en el resumen de aforos para evitar errores de trascripcin.2. Ploteo de los puntos: nivel - caudal, nivel - rea, nivel - velocidadInicialmente y en cada una de las secciones de aforos se debe elaborar las curvas nivel vs caudal, nivel vs rea y nivel vs velocidad, a fin de observar el comportamiento hidrulico de la seccin.Si la elaboracin de las curvas se hace mediante un paquete grfico o un software especial, se aplica un proceso de aproximacin por mnimos cuadrados y se genera automticamente una ecuacin.Al hacerlas en forma manual se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones:a) Las curvas se construyen en papel milimetrado utilizando el sistema de coordenadas cartesianas.b) La escala de los ejes depende de la amplitud de oscilacin de los caudales, reas, niveles y velocidades. Estas escalas se escogen de tal forma que en lo posible las curvas tengan las siguientes inclinaciones: Nivel - caudal: 45; Nivel - rea y Nivel - velocidad: 60Si la amplitud de los caudales es muy grande, cuando el cociente entre el caudal mximo aforado y el caudal mnimo aforado es igual o mayor que 20, la parte inferior de la curva (primeros 20 - 30% de la curva) se dibuja en una escala mayor (5 - 10 veces), esto permite definir con mayor exactitud los caudales de estiaje en pocas de sequa.d) El trazado de las curvas se realiza con la ayuda de un curvgrafo.3. Verificaciones de la curva de gastosa) Al inicio, es necesario comparar los caudales que se obtienen a travs de la curva H = f(Q), construida con los aforos y los que se obtienen con el producto de las reas por las velocidades. El error aceptado es 1%.b) Al final, debe evaluarse la estabilidad de la curva de gastos determinando la dispersin de la curva y comparndola con el error sistemtico de los aforos (que la variacin no supere el 10%).

Si se tienen aforos lquidos cubriendo toda la gama de variaciones de los niveles -medios, mximos y mnimos - se elabora la curva de gasto (o curvas de gastos) que controla dicha seccin, y por mtodos estadsticos se encuentra la ecuacin respectiva de Q (caudal) en funcin de H (nivel). En muchas ocasiones no se tiene una gama suficiente de aforos lquidos, por lo tanto para niveles altos es necesario utilizar mtodos de extrapolacin de la curva de gastos.