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EQUIPO INTEGRADO PARA LA MEDICIOacuteN DE ESCORRENTIacuteA Y EROSIOacuteN EN DOS CUENCA OLIVARERAS CON

DISTINTOS MANEJOS DE SUELO TaguasEV(1) Ayuso JL(1) Pentildea A(1) Bellido F(2) Domiacutenguez L(1) y Peacuterez R(3) (1) Proyectos de Ingenieriacutea

Dpto Ingenieriacutea Rural ETSIAM Universidad de Coacuterdoba Avda Meneacutendez Pidal sn 14080 Coacuterdoba Telf 957 218571 218532 Fax 957 218563 e-mailir2tarueucoes ir1aymuucoes

ir1pealaucoes luderrehotmailcom (2) Dpto Electrotecnia y Electroacutenica EPS Universidad de Coacuterdoba Avda Meneacutendez Pidal sn 14080 Coacuterdoba Telf 957 218362 e-mailir1pealrucoes (3) Proyectos de Ingenieriacutea

Dpto Ingenieriacutea Rural EPS Universidad de Coacuterdoba Avda Meneacutendez Pidal sn 14080 Coacuterdoba Telf 957 218423 e-mail el1beoufucoes _________________________________________________________________________

RESUMEN

El olivar es uno de los cultivos en los que el riesgo de erosioacuten es mayor no soacutelo por la superficie que ocupa 148106 ha en Andaluciacutea de las que 10 106 ha estaacuten en secano sino por las elevadas pendientes en las que se disponen los olivares junto con los efectos derivados de las praacutecticas de manejo del suelo para mejorar el rendimiento del cultivo El olivar es un cultivo donde la modelizacioacuten hidroloacutegica es necesaria especialmente a escala de cuenca o de subcuenca ya que se tiene en cuenta la complejidad de un mayor nuacutemero de procesos como la redistribucioacuten del sedimento y las variaciones de las propiedades del suelo La forma ideal de examinar el impacto de las praacutecticas de manejo del suelo es mediante el establecimiento de sistemas de control y medida que permitan adquirir series de datos para calibrar y validar los modelos que normalmente se utilizan en la planificacioacuten y gestioacuten de cuencas De esta forma se ha disentildeado una simple estacioacuten hidroloacutegica a la salida de una subcuenca olivarera con el objetivo de medir de forma oacuteptima desde el punto de vista de ajuste de la actividad de los sensores la energiacutea y de almacenaje de los datos los valores de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten de forma continua La estacioacuten se compone de un pluvioacutemetro un aforador construido en el arroyo donde un sensor de ultrasonidos mide los niveles de escorrentiacutea y un muestreador de sedimentos a la salida del aforador Finalmente un datalogger organiza la actividad de los sensores y almacena los datos Palabras clave erosioacuten olivar equipos de medida cuenca

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2

ABSTRACT

Olive trees are a kind of cultivation where the risk of erosion is very high due to the combination of abrupt slopes and unfavourable management practices Moreover olive trees in Andaluciacutea are of an enormous importance as they are cropped over an extensive area (148x106 ha 10x106 in dry conditions) The hydrologic models in olive trees are necessary especially in the subwatershed or watershed scale since a bigger number of processes are considered such as the redistribution of sediments and the variations of the soil properties The ideal way to test the impact of management practices is through setting control and measurement systems which acquires data for the calibration and validation of the watershed planning models In this work a little hydrologic gauge for measuring rain runoff and erosion has been designed and built near olive trees subwatershed outlet so that all the sensors are coordinated and the power and the data store are minimum The structure presents a concrete flume in the stream where an ultrasonic sensor measures the level of runoff in the subwatershed outlet and an automatic watersampler measures the sediments Finally a datalogger organizes the activities of the sensors and the data stores Key words erosion olive tree watershed monitoring systems watershed 0 INTRODUCCIOacuteN

La peacuterdida de suelo por erosioacuten en la regioacuten mediterraacutenea sometida a ciclos alternos de sequiacutea y lluvias intensas constituye un grave problema que autores como Loacutepez-Cuervo (1990) estiman en maacutes 80 tha El olivar es uno de los cultivos en los que el riesgo de erosioacuten es mayor no soacutelo por la superficie que ocupa 148106 ha en Andaluciacutea de las que 10 106 ha estaacuten en secano sino por las elevadas pendientes en las que se disponen los olivares junto con praacutecticas de manejo del suelo inadecuadas (Pentildea 2003)

La forma ideal de examinar el impacto de las praacutecticas de manejo del suelo es mediante el establecimiento de sistemas de control y medida que permitan adquirir series de datos Sin embargo para la mayoriacutea de cuencas la instalacioacuten de estos dispositivos de medicioacuten no es econoacutemicamente viable (Montaghimi et al 1997) o resulta muy compleja De esta manera en las uacuteltimas deacutecada distintos modelos han sido desarrollados para simular los efectos de la lluvia-escorrentiacutea a escala de cuenca (Singh 1995) AGNPS SWAT WEPP etcSin embargo para conocer la incertidumbre de los modelos y evaluar su eficacia es necesario un gran esfuerzo en el establecimiento de sistemas de medida adecuados para la adquisicioacuten coordinada de datos de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo en particular en un cultivo tan importante como el olivar y en un ambiente tan particularmente amenazado como es el mediterraacuteneo

En la actualidad los ensayos para determinar las tasas de escorrentiacutea y de sedimentos se realizan seguacuten los objetivos que se persigan y la escala de trabajo En general se pueden diferenciar sistemas totalizadores discretos o continuos Los primeros computan los valores globales para un intervalo de tiempo de intereacutes que normalmente puede llegar desde 24 horas a un antildeo hidroloacutegico completo Por otra parte los discretos realizan muestreos seguacuten una frecuencia determinada y finalmente los sistemas continuos

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3

que adaptan la frecuencia de medida a las condiciones del evento De esta forma eacutestos son los que proporcionan un mayor nuacutemero de datos de cara a la elaboracioacuten de los hidrogramas y sedimentogramas de la cuenca

Como ejemplo de sistemas totalizadores pueden citarse a autores como Owens et al (2002) cuyo objetivo era comparar la concentracioacuten de carbono en los sedimentos de seis pequentildeas cuencas agriacutecolas (todas inferiores a 07 ha) bajo distintos cultivos de cereal y diferentes manejos Para ello las instrumentalizoacute construyendo aforadores de hormigoacuten a las salidas con ruedas Coshocton que tomaban una parte proporcional de la mezcla agua-sedimento que descargaba El nivel de escorrentiacutea se registraba automaacuteticamente (no mencionan la frecuencia) y las muestras de sedimento quedaban almacenadas en un contenedor refrigerado para cada aguacero Gafur et al (2003) tambieacuten situacutea en una cuenca de 1 ha en Bangladesh sometida a diversos cambios de uso y manejo una pequentildea estacioacuten hidroloacutegica con un vertedero a la salida que mide el caudal a partir de un transductor de presioacuten dispuesto en una caseta calmadora del flujo Las lecturas de escorrentiacutea y las muestras de suelo (depositadas en botellas de 1l) se recogen una vez al diacutea Ademaacutes cuantifican la produccioacuten de suelo por los depoacutesitos que se producen en la cuenca y en el propio lecho Cameraat (2004) lleva a cabo un estudio de los umbrales de lluvia que provocan escorrentiacutea a distintas escalas Asiacute trabaja con parcelas microcuencas y subcuencas mayoritariamente de monte La peacuterdida de suelo soacutelo la evaluacutea en las parcelas y la cuantifica para cada evento midiendo la cantidad de sedimento depositada en un canaloacuten En relacioacuten a la escorrentiacutea el nivel es medido con un transductor de presioacuten situado proacuteximo a un vertedero con frecuencia de 1 minuto Finalmente de la Rosa et al (2005) realizan un estudio para relacionar ciertos tipos de suelo y manejos en olivar con distintos niveles de erosioacuten calibrando y validando un modelo propio (SIDASS) basado en la tecnologiacutea del modelo WEPP en parcelas agriacutecolas de 8 m2 La escorrentiacutea superficial y la carga total de sedimentos fue interceptada a la salida de la parcela y dirigida a un tanque de almacenamiento La concentracioacuten de sedimentos y la escorrentiacutea eran medidas de la muestra 24 horas despueacutes del aguacero

Los sistemas discretos pueden estar representados por equipos que registran regularmente para un periacuteodo dado Tal es caso de autores como Corbett et al (1997) que establecieron en dos cuencas una de uso urbano (15 ha) y otra de forestal (38 ha) un vertedero y un aforador de tipo Parshall en las que el nivel de escorrentiacutea se registraba a partir de un generador de pulsos que muestreaba a intervalos de 15 min Los sedimentos eran registrados con un muestreador automaacutetico que tomaba medidas entre 15-30 min en el ascenso del hidrograma y entre 4-24 h en el receso Su objetivo era evaluar el comportamiento de ambas en relacioacuten a la escorrentiacutea y la erosioacuten Leoacuten et al (2004) con la idea de integrar el modelo AGNPS como sistema de decisioacuten para el manejo de cuencas en el sur de Ontario (Caacutenada) lleva a cabo un estudio hidroloacutegico en una cuenca de 293 km2 principalmente de uso agriacutecola La medicioacuten de la concentracioacuten de sedimentos se realiza cada hora una vez que se inicia la tormenta depositaacutendose mediante una bomba en botellas de 1 litro Pathak et al (2004) instalaron a la salida de cinco pequentildeas cuencas agriacutecolas entre 1 y 4 ha un aforador con registrador de nivel y un muestreador automaacutetico de mezcla de agua-sedimentos que funcionaba a intervalos regulares aunque no mencionan la frecuencia

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4

Los sistemas continuos proporcionan maacutes informacioacuten que los anteriores pero resultan maacutes complejos a la hora de establecer algoritmos eficientes de muestreo Licciardelo y Zimbone (2002) con la idea de calibrar y validar el modelo AGNPS en una cuenca rural (pastos) de 130 ha insatalaron en la salida un vertedero que mediacutea el nivel de flujo a partir de un sensor de flotador situado en una ramificacioacuten del canal La concentracioacuten de sedimento suspendido se mediacutea con un tomamuestras automaacutetico que se activaba a partir de un caudal de 01 m3s y que recogiacutea las muestras con una frecuencia de 2 min durante media hora y despueacutes aumentaba el intervalo a 30 min Tambieacuten van den Elsen et al (2003) en una cuenca agriacutecola en China de una extensioacuten aproximada de 2 km2 contruyen una estacioacuten hidroloacutegica compuesta de un pluvioacutegrafo un vertedero triangular que mide el nivel con un sensor de ultrasonidos y un muestreador ISCO En este trabajo se definen unas pautas de trabajo que resultan muy interesantes ya que se definen unos umbrales o liacutemites de accionamiento del sistema con el objetivo de optimizar el consumo energeacutetico y la memoria del registrador En primer lugar optan por el sensor de ultrasonidos como instrumento para la medicioacuten de nivel de escorrentiacutea valoraacutendolo muy positivamente Eacuteste es activado cuando se inicia la escorrentiacutea tomando medidas con una frecuencia de 1 min que se almacenan en el datalogger si son superiores al 10 del rango de medida de nivel (20 cm) Es precisamente este umbral de flujo el que activa el muestreador de sedimentos con un intervalo de 2 min El resultado son hidrogramas y sedimentogramas muy completos

Una vez revisadas experiencias semejantes el objetivo de este trabajo es mostrar el disentildeo de una simple estacioacuten hidroloacutegica a la salida de dos pequentildeas cuencas olivareras de aproximadamente 6 ha con la que se pretenden evaluar los efectos de las praacutecticas de manejo del suelo de forma que se optimicen el nuacutemero de datos de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten a la vez que se asegure un funcionamiento coordinado y continuo de los sensores

1 MATERIAL Y MEacuteTODOS

11 Caracteriacutesticas de las cuencas de estudio 111 Subcuenca olivarera con laboreo tradicional en Setenil (Caacutediz)

La subcuenca de La Manga es una pequentildea cuenca de cabecera que vierte al Riacuteo Guadalporcuacuten a su paso por la localidad gaditana de Setenil municipio situado al NE de la provincia y muy proacuteximo a la provincia de Maacutelaga (Fig 1)

La cuenca tiene una extensioacuten de 63 ha y se situacutea en zona de olivar de sierra La

longitud aproximada de la caacutercava es de 300 m siendo la pendiente media del mismo del 89 En la Fig 2 obtenida de la Ortofotografiacutea Digital de Andaluciacutea se observa el trazado de la caacutercava que confluye en un arroyo y la situacioacuten del lugar previsto para la estacioacuten hidroloacutegica

380

5

Fig 1- Situacioacuten de la cuenca de estudio El clima de la cuenca se encuadra en el tipo mediterraacuteneo subhuacutemedo de tendencia

atlaacutentica En la zona existen marcadas variaciones en la magnitud de las precipitaciones medias anuales disminuyendo hacia el norte Esto es debido a que las localidades maacutes septentrionales se encuentran maacutes alejadas de las altas alineaciones montantildeosas beacuteticas que sirven de obstaacuteculo a los frentes atlaacutenticos cargados de humedad Asiacute en Setenil la localidad en la que se incluye la cuenca de estudio recoge una media anual de 1100 mm mientras Torre-Alhaacutequime (ver Figura 1) la maacutes septentrional aproximadamente 600 mm separaacutendolas apenas unos 20 km de distancia En cuanto a la variacioacuten anual son las estaciones de otontildeo e invierno las que registran mayores lluvias (748 ) con un maacuteximo que suele darse en el mes de diciembre Los meses de verano registran valores muy bajos relacionados con tormentas intensas de poca duracioacuten En relacioacuten a la temperatura julio es el mes maacutes caluroso con una media de 251ordmC y una media maacutexima mensual de 369 ordmC El mes maacutes friacuteo es enero con una media de 71ordmC y una miacutenima de las medias de ndash04ordmC (Castillo 2002)

En relacioacuten a la fisiografiacutea la altitud media de la cuenca se halla en torno a 7901

m siendo el valor maacuteximo de 8059 m y el miacutenimo de 7618 m Por otro lado la pendiente media es 44 siendo el valor maacuteximo del 95 y el miacutenimo 00

El tipo de suelo predominante es el luvisol croacutemico (perfil ABtC) de colores rojos y

textura arcillosa y el uso tal y como puede verse en la Fig 2 es agriacutecola en particular olivo con laboreo tradicional y cereal de secano La cuenca de estudio se encuentra sobre superficies antiguas de materiales descarbonatados o a lo sumo moderadamente calcaacutereos (CSIC-IARA 1989)

Andaluciacutea

381

6

112 Subcuenca olivarera con no laboreo en Puente Genil (Coacuterdoba)

La otra cuenca de estudio estaacute situada en el TM de la localidad de Puente Genil proacutexima al liacutemite occidental de la provincia de Coacuterdoba con Sevilla (Espantildea) La cuenca cuenta con un arroyo no permanente que vierte sus aguas directamente al riacuteo Genil (afluente del Guadalquivir Fig 3) Tiene una superficie de 63 ha y una pendiente media del 9 El flujo en canal hasta el punto de aforo previsto es de unos 50 m

Se situacutea dentro de una zona con un clima genuinamente mediterraacuteneo con una precipitacioacuten media anual comprendida entre los 400 y 500 mm y una temperatura media de 18ordm C Las lluvias se distribuyen principalmente entre los meses de otontildeo invierno y primavera siendo el verano una estacioacuten acusadamente seca La cuenca de estudio se encuentra en su totalidad sobre estratos de litologiacutea caliza o margocalizas pertenecientes principalmente al Terciario Se define seguacuten la clasificacioacuten del la FAO como cambisol caacutelcico Se trata de zonas suavemente onduladas en los que se ha acentuado la erosioacuten de suelos rojos (luvisoles antiguos que pueden perdurar junto con fluvisoles) tambieacuten presentan recarbonatacioacuten de los horizontes superiores motivadas por las labores agriacutecolas Cuando la erosioacuten es maacutes intensa especialmente en las partes altas aparecen al descubierto los horizontes caacutelcico (blanco pulvurulento con noacutedulos) o petrocaacutelcico (CSIC-IARA 1989)

En relacioacuten al uso y al manejo del suelo hay que destacar que la cuenca tradicionalmente se ha dedicado al olivar con laboreo tradicional tal y como atestiguan los olivos situados en las terrazas deterioradas de una zona de la cuenca (Fig 3) En la subcuenca de estudio por el contrario se plantaron hace alrededor de 8 antildeos pequentildeos olivos de la variedad albezquina para los que las labores se han ido reduciendo debido principalmente a los escasos rendimientos que no justifican econoacutemicamente el alto nuacutemero de operaciones de cultivo Ademaacutes las ayudas de la Junta de Andaluciacutea de los uacuteltimos antildeos para favorecer la produccioacuten ecoloacutegica han impulsado al propietario en el antildeo 2003 a

Fig 2 - Subcuenca delimitada por el lugar previsto

Lugar previsto para la estacioacuten

382

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

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17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

396

21

397

2

ABSTRACT

Olive trees are a kind of cultivation where the risk of erosion is very high due to the combination of abrupt slopes and unfavourable management practices Moreover olive trees in Andaluciacutea are of an enormous importance as they are cropped over an extensive area (148x106 ha 10x106 in dry conditions) The hydrologic models in olive trees are necessary especially in the subwatershed or watershed scale since a bigger number of processes are considered such as the redistribution of sediments and the variations of the soil properties The ideal way to test the impact of management practices is through setting control and measurement systems which acquires data for the calibration and validation of the watershed planning models In this work a little hydrologic gauge for measuring rain runoff and erosion has been designed and built near olive trees subwatershed outlet so that all the sensors are coordinated and the power and the data store are minimum The structure presents a concrete flume in the stream where an ultrasonic sensor measures the level of runoff in the subwatershed outlet and an automatic watersampler measures the sediments Finally a datalogger organizes the activities of the sensors and the data stores Key words erosion olive tree watershed monitoring systems watershed 0 INTRODUCCIOacuteN

La peacuterdida de suelo por erosioacuten en la regioacuten mediterraacutenea sometida a ciclos alternos de sequiacutea y lluvias intensas constituye un grave problema que autores como Loacutepez-Cuervo (1990) estiman en maacutes 80 tha El olivar es uno de los cultivos en los que el riesgo de erosioacuten es mayor no soacutelo por la superficie que ocupa 148106 ha en Andaluciacutea de las que 10 106 ha estaacuten en secano sino por las elevadas pendientes en las que se disponen los olivares junto con praacutecticas de manejo del suelo inadecuadas (Pentildea 2003)

La forma ideal de examinar el impacto de las praacutecticas de manejo del suelo es mediante el establecimiento de sistemas de control y medida que permitan adquirir series de datos Sin embargo para la mayoriacutea de cuencas la instalacioacuten de estos dispositivos de medicioacuten no es econoacutemicamente viable (Montaghimi et al 1997) o resulta muy compleja De esta manera en las uacuteltimas deacutecada distintos modelos han sido desarrollados para simular los efectos de la lluvia-escorrentiacutea a escala de cuenca (Singh 1995) AGNPS SWAT WEPP etcSin embargo para conocer la incertidumbre de los modelos y evaluar su eficacia es necesario un gran esfuerzo en el establecimiento de sistemas de medida adecuados para la adquisicioacuten coordinada de datos de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo en particular en un cultivo tan importante como el olivar y en un ambiente tan particularmente amenazado como es el mediterraacuteneo

En la actualidad los ensayos para determinar las tasas de escorrentiacutea y de sedimentos se realizan seguacuten los objetivos que se persigan y la escala de trabajo En general se pueden diferenciar sistemas totalizadores discretos o continuos Los primeros computan los valores globales para un intervalo de tiempo de intereacutes que normalmente puede llegar desde 24 horas a un antildeo hidroloacutegico completo Por otra parte los discretos realizan muestreos seguacuten una frecuencia determinada y finalmente los sistemas continuos

378

3

que adaptan la frecuencia de medida a las condiciones del evento De esta forma eacutestos son los que proporcionan un mayor nuacutemero de datos de cara a la elaboracioacuten de los hidrogramas y sedimentogramas de la cuenca

Como ejemplo de sistemas totalizadores pueden citarse a autores como Owens et al (2002) cuyo objetivo era comparar la concentracioacuten de carbono en los sedimentos de seis pequentildeas cuencas agriacutecolas (todas inferiores a 07 ha) bajo distintos cultivos de cereal y diferentes manejos Para ello las instrumentalizoacute construyendo aforadores de hormigoacuten a las salidas con ruedas Coshocton que tomaban una parte proporcional de la mezcla agua-sedimento que descargaba El nivel de escorrentiacutea se registraba automaacuteticamente (no mencionan la frecuencia) y las muestras de sedimento quedaban almacenadas en un contenedor refrigerado para cada aguacero Gafur et al (2003) tambieacuten situacutea en una cuenca de 1 ha en Bangladesh sometida a diversos cambios de uso y manejo una pequentildea estacioacuten hidroloacutegica con un vertedero a la salida que mide el caudal a partir de un transductor de presioacuten dispuesto en una caseta calmadora del flujo Las lecturas de escorrentiacutea y las muestras de suelo (depositadas en botellas de 1l) se recogen una vez al diacutea Ademaacutes cuantifican la produccioacuten de suelo por los depoacutesitos que se producen en la cuenca y en el propio lecho Cameraat (2004) lleva a cabo un estudio de los umbrales de lluvia que provocan escorrentiacutea a distintas escalas Asiacute trabaja con parcelas microcuencas y subcuencas mayoritariamente de monte La peacuterdida de suelo soacutelo la evaluacutea en las parcelas y la cuantifica para cada evento midiendo la cantidad de sedimento depositada en un canaloacuten En relacioacuten a la escorrentiacutea el nivel es medido con un transductor de presioacuten situado proacuteximo a un vertedero con frecuencia de 1 minuto Finalmente de la Rosa et al (2005) realizan un estudio para relacionar ciertos tipos de suelo y manejos en olivar con distintos niveles de erosioacuten calibrando y validando un modelo propio (SIDASS) basado en la tecnologiacutea del modelo WEPP en parcelas agriacutecolas de 8 m2 La escorrentiacutea superficial y la carga total de sedimentos fue interceptada a la salida de la parcela y dirigida a un tanque de almacenamiento La concentracioacuten de sedimentos y la escorrentiacutea eran medidas de la muestra 24 horas despueacutes del aguacero

Los sistemas discretos pueden estar representados por equipos que registran regularmente para un periacuteodo dado Tal es caso de autores como Corbett et al (1997) que establecieron en dos cuencas una de uso urbano (15 ha) y otra de forestal (38 ha) un vertedero y un aforador de tipo Parshall en las que el nivel de escorrentiacutea se registraba a partir de un generador de pulsos que muestreaba a intervalos de 15 min Los sedimentos eran registrados con un muestreador automaacutetico que tomaba medidas entre 15-30 min en el ascenso del hidrograma y entre 4-24 h en el receso Su objetivo era evaluar el comportamiento de ambas en relacioacuten a la escorrentiacutea y la erosioacuten Leoacuten et al (2004) con la idea de integrar el modelo AGNPS como sistema de decisioacuten para el manejo de cuencas en el sur de Ontario (Caacutenada) lleva a cabo un estudio hidroloacutegico en una cuenca de 293 km2 principalmente de uso agriacutecola La medicioacuten de la concentracioacuten de sedimentos se realiza cada hora una vez que se inicia la tormenta depositaacutendose mediante una bomba en botellas de 1 litro Pathak et al (2004) instalaron a la salida de cinco pequentildeas cuencas agriacutecolas entre 1 y 4 ha un aforador con registrador de nivel y un muestreador automaacutetico de mezcla de agua-sedimentos que funcionaba a intervalos regulares aunque no mencionan la frecuencia

379

4

Los sistemas continuos proporcionan maacutes informacioacuten que los anteriores pero resultan maacutes complejos a la hora de establecer algoritmos eficientes de muestreo Licciardelo y Zimbone (2002) con la idea de calibrar y validar el modelo AGNPS en una cuenca rural (pastos) de 130 ha insatalaron en la salida un vertedero que mediacutea el nivel de flujo a partir de un sensor de flotador situado en una ramificacioacuten del canal La concentracioacuten de sedimento suspendido se mediacutea con un tomamuestras automaacutetico que se activaba a partir de un caudal de 01 m3s y que recogiacutea las muestras con una frecuencia de 2 min durante media hora y despueacutes aumentaba el intervalo a 30 min Tambieacuten van den Elsen et al (2003) en una cuenca agriacutecola en China de una extensioacuten aproximada de 2 km2 contruyen una estacioacuten hidroloacutegica compuesta de un pluvioacutegrafo un vertedero triangular que mide el nivel con un sensor de ultrasonidos y un muestreador ISCO En este trabajo se definen unas pautas de trabajo que resultan muy interesantes ya que se definen unos umbrales o liacutemites de accionamiento del sistema con el objetivo de optimizar el consumo energeacutetico y la memoria del registrador En primer lugar optan por el sensor de ultrasonidos como instrumento para la medicioacuten de nivel de escorrentiacutea valoraacutendolo muy positivamente Eacuteste es activado cuando se inicia la escorrentiacutea tomando medidas con una frecuencia de 1 min que se almacenan en el datalogger si son superiores al 10 del rango de medida de nivel (20 cm) Es precisamente este umbral de flujo el que activa el muestreador de sedimentos con un intervalo de 2 min El resultado son hidrogramas y sedimentogramas muy completos

Una vez revisadas experiencias semejantes el objetivo de este trabajo es mostrar el disentildeo de una simple estacioacuten hidroloacutegica a la salida de dos pequentildeas cuencas olivareras de aproximadamente 6 ha con la que se pretenden evaluar los efectos de las praacutecticas de manejo del suelo de forma que se optimicen el nuacutemero de datos de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten a la vez que se asegure un funcionamiento coordinado y continuo de los sensores

1 MATERIAL Y MEacuteTODOS

11 Caracteriacutesticas de las cuencas de estudio 111 Subcuenca olivarera con laboreo tradicional en Setenil (Caacutediz)

La subcuenca de La Manga es una pequentildea cuenca de cabecera que vierte al Riacuteo Guadalporcuacuten a su paso por la localidad gaditana de Setenil municipio situado al NE de la provincia y muy proacuteximo a la provincia de Maacutelaga (Fig 1)

La cuenca tiene una extensioacuten de 63 ha y se situacutea en zona de olivar de sierra La

longitud aproximada de la caacutercava es de 300 m siendo la pendiente media del mismo del 89 En la Fig 2 obtenida de la Ortofotografiacutea Digital de Andaluciacutea se observa el trazado de la caacutercava que confluye en un arroyo y la situacioacuten del lugar previsto para la estacioacuten hidroloacutegica

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5

Fig 1- Situacioacuten de la cuenca de estudio El clima de la cuenca se encuadra en el tipo mediterraacuteneo subhuacutemedo de tendencia

atlaacutentica En la zona existen marcadas variaciones en la magnitud de las precipitaciones medias anuales disminuyendo hacia el norte Esto es debido a que las localidades maacutes septentrionales se encuentran maacutes alejadas de las altas alineaciones montantildeosas beacuteticas que sirven de obstaacuteculo a los frentes atlaacutenticos cargados de humedad Asiacute en Setenil la localidad en la que se incluye la cuenca de estudio recoge una media anual de 1100 mm mientras Torre-Alhaacutequime (ver Figura 1) la maacutes septentrional aproximadamente 600 mm separaacutendolas apenas unos 20 km de distancia En cuanto a la variacioacuten anual son las estaciones de otontildeo e invierno las que registran mayores lluvias (748 ) con un maacuteximo que suele darse en el mes de diciembre Los meses de verano registran valores muy bajos relacionados con tormentas intensas de poca duracioacuten En relacioacuten a la temperatura julio es el mes maacutes caluroso con una media de 251ordmC y una media maacutexima mensual de 369 ordmC El mes maacutes friacuteo es enero con una media de 71ordmC y una miacutenima de las medias de ndash04ordmC (Castillo 2002)

En relacioacuten a la fisiografiacutea la altitud media de la cuenca se halla en torno a 7901

m siendo el valor maacuteximo de 8059 m y el miacutenimo de 7618 m Por otro lado la pendiente media es 44 siendo el valor maacuteximo del 95 y el miacutenimo 00

El tipo de suelo predominante es el luvisol croacutemico (perfil ABtC) de colores rojos y

textura arcillosa y el uso tal y como puede verse en la Fig 2 es agriacutecola en particular olivo con laboreo tradicional y cereal de secano La cuenca de estudio se encuentra sobre superficies antiguas de materiales descarbonatados o a lo sumo moderadamente calcaacutereos (CSIC-IARA 1989)

Andaluciacutea

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6

112 Subcuenca olivarera con no laboreo en Puente Genil (Coacuterdoba)

La otra cuenca de estudio estaacute situada en el TM de la localidad de Puente Genil proacutexima al liacutemite occidental de la provincia de Coacuterdoba con Sevilla (Espantildea) La cuenca cuenta con un arroyo no permanente que vierte sus aguas directamente al riacuteo Genil (afluente del Guadalquivir Fig 3) Tiene una superficie de 63 ha y una pendiente media del 9 El flujo en canal hasta el punto de aforo previsto es de unos 50 m

Se situacutea dentro de una zona con un clima genuinamente mediterraacuteneo con una precipitacioacuten media anual comprendida entre los 400 y 500 mm y una temperatura media de 18ordm C Las lluvias se distribuyen principalmente entre los meses de otontildeo invierno y primavera siendo el verano una estacioacuten acusadamente seca La cuenca de estudio se encuentra en su totalidad sobre estratos de litologiacutea caliza o margocalizas pertenecientes principalmente al Terciario Se define seguacuten la clasificacioacuten del la FAO como cambisol caacutelcico Se trata de zonas suavemente onduladas en los que se ha acentuado la erosioacuten de suelos rojos (luvisoles antiguos que pueden perdurar junto con fluvisoles) tambieacuten presentan recarbonatacioacuten de los horizontes superiores motivadas por las labores agriacutecolas Cuando la erosioacuten es maacutes intensa especialmente en las partes altas aparecen al descubierto los horizontes caacutelcico (blanco pulvurulento con noacutedulos) o petrocaacutelcico (CSIC-IARA 1989)

En relacioacuten al uso y al manejo del suelo hay que destacar que la cuenca tradicionalmente se ha dedicado al olivar con laboreo tradicional tal y como atestiguan los olivos situados en las terrazas deterioradas de una zona de la cuenca (Fig 3) En la subcuenca de estudio por el contrario se plantaron hace alrededor de 8 antildeos pequentildeos olivos de la variedad albezquina para los que las labores se han ido reduciendo debido principalmente a los escasos rendimientos que no justifican econoacutemicamente el alto nuacutemero de operaciones de cultivo Ademaacutes las ayudas de la Junta de Andaluciacutea de los uacuteltimos antildeos para favorecer la produccioacuten ecoloacutegica han impulsado al propietario en el antildeo 2003 a

Fig 2 - Subcuenca delimitada por el lugar previsto

Lugar previsto para la estacioacuten

382

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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396

21

397

3

que adaptan la frecuencia de medida a las condiciones del evento De esta forma eacutestos son los que proporcionan un mayor nuacutemero de datos de cara a la elaboracioacuten de los hidrogramas y sedimentogramas de la cuenca

Como ejemplo de sistemas totalizadores pueden citarse a autores como Owens et al (2002) cuyo objetivo era comparar la concentracioacuten de carbono en los sedimentos de seis pequentildeas cuencas agriacutecolas (todas inferiores a 07 ha) bajo distintos cultivos de cereal y diferentes manejos Para ello las instrumentalizoacute construyendo aforadores de hormigoacuten a las salidas con ruedas Coshocton que tomaban una parte proporcional de la mezcla agua-sedimento que descargaba El nivel de escorrentiacutea se registraba automaacuteticamente (no mencionan la frecuencia) y las muestras de sedimento quedaban almacenadas en un contenedor refrigerado para cada aguacero Gafur et al (2003) tambieacuten situacutea en una cuenca de 1 ha en Bangladesh sometida a diversos cambios de uso y manejo una pequentildea estacioacuten hidroloacutegica con un vertedero a la salida que mide el caudal a partir de un transductor de presioacuten dispuesto en una caseta calmadora del flujo Las lecturas de escorrentiacutea y las muestras de suelo (depositadas en botellas de 1l) se recogen una vez al diacutea Ademaacutes cuantifican la produccioacuten de suelo por los depoacutesitos que se producen en la cuenca y en el propio lecho Cameraat (2004) lleva a cabo un estudio de los umbrales de lluvia que provocan escorrentiacutea a distintas escalas Asiacute trabaja con parcelas microcuencas y subcuencas mayoritariamente de monte La peacuterdida de suelo soacutelo la evaluacutea en las parcelas y la cuantifica para cada evento midiendo la cantidad de sedimento depositada en un canaloacuten En relacioacuten a la escorrentiacutea el nivel es medido con un transductor de presioacuten situado proacuteximo a un vertedero con frecuencia de 1 minuto Finalmente de la Rosa et al (2005) realizan un estudio para relacionar ciertos tipos de suelo y manejos en olivar con distintos niveles de erosioacuten calibrando y validando un modelo propio (SIDASS) basado en la tecnologiacutea del modelo WEPP en parcelas agriacutecolas de 8 m2 La escorrentiacutea superficial y la carga total de sedimentos fue interceptada a la salida de la parcela y dirigida a un tanque de almacenamiento La concentracioacuten de sedimentos y la escorrentiacutea eran medidas de la muestra 24 horas despueacutes del aguacero

Los sistemas discretos pueden estar representados por equipos que registran regularmente para un periacuteodo dado Tal es caso de autores como Corbett et al (1997) que establecieron en dos cuencas una de uso urbano (15 ha) y otra de forestal (38 ha) un vertedero y un aforador de tipo Parshall en las que el nivel de escorrentiacutea se registraba a partir de un generador de pulsos que muestreaba a intervalos de 15 min Los sedimentos eran registrados con un muestreador automaacutetico que tomaba medidas entre 15-30 min en el ascenso del hidrograma y entre 4-24 h en el receso Su objetivo era evaluar el comportamiento de ambas en relacioacuten a la escorrentiacutea y la erosioacuten Leoacuten et al (2004) con la idea de integrar el modelo AGNPS como sistema de decisioacuten para el manejo de cuencas en el sur de Ontario (Caacutenada) lleva a cabo un estudio hidroloacutegico en una cuenca de 293 km2 principalmente de uso agriacutecola La medicioacuten de la concentracioacuten de sedimentos se realiza cada hora una vez que se inicia la tormenta depositaacutendose mediante una bomba en botellas de 1 litro Pathak et al (2004) instalaron a la salida de cinco pequentildeas cuencas agriacutecolas entre 1 y 4 ha un aforador con registrador de nivel y un muestreador automaacutetico de mezcla de agua-sedimentos que funcionaba a intervalos regulares aunque no mencionan la frecuencia

379

4

Los sistemas continuos proporcionan maacutes informacioacuten que los anteriores pero resultan maacutes complejos a la hora de establecer algoritmos eficientes de muestreo Licciardelo y Zimbone (2002) con la idea de calibrar y validar el modelo AGNPS en una cuenca rural (pastos) de 130 ha insatalaron en la salida un vertedero que mediacutea el nivel de flujo a partir de un sensor de flotador situado en una ramificacioacuten del canal La concentracioacuten de sedimento suspendido se mediacutea con un tomamuestras automaacutetico que se activaba a partir de un caudal de 01 m3s y que recogiacutea las muestras con una frecuencia de 2 min durante media hora y despueacutes aumentaba el intervalo a 30 min Tambieacuten van den Elsen et al (2003) en una cuenca agriacutecola en China de una extensioacuten aproximada de 2 km2 contruyen una estacioacuten hidroloacutegica compuesta de un pluvioacutegrafo un vertedero triangular que mide el nivel con un sensor de ultrasonidos y un muestreador ISCO En este trabajo se definen unas pautas de trabajo que resultan muy interesantes ya que se definen unos umbrales o liacutemites de accionamiento del sistema con el objetivo de optimizar el consumo energeacutetico y la memoria del registrador En primer lugar optan por el sensor de ultrasonidos como instrumento para la medicioacuten de nivel de escorrentiacutea valoraacutendolo muy positivamente Eacuteste es activado cuando se inicia la escorrentiacutea tomando medidas con una frecuencia de 1 min que se almacenan en el datalogger si son superiores al 10 del rango de medida de nivel (20 cm) Es precisamente este umbral de flujo el que activa el muestreador de sedimentos con un intervalo de 2 min El resultado son hidrogramas y sedimentogramas muy completos

Una vez revisadas experiencias semejantes el objetivo de este trabajo es mostrar el disentildeo de una simple estacioacuten hidroloacutegica a la salida de dos pequentildeas cuencas olivareras de aproximadamente 6 ha con la que se pretenden evaluar los efectos de las praacutecticas de manejo del suelo de forma que se optimicen el nuacutemero de datos de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten a la vez que se asegure un funcionamiento coordinado y continuo de los sensores

1 MATERIAL Y MEacuteTODOS

11 Caracteriacutesticas de las cuencas de estudio 111 Subcuenca olivarera con laboreo tradicional en Setenil (Caacutediz)

La subcuenca de La Manga es una pequentildea cuenca de cabecera que vierte al Riacuteo Guadalporcuacuten a su paso por la localidad gaditana de Setenil municipio situado al NE de la provincia y muy proacuteximo a la provincia de Maacutelaga (Fig 1)

La cuenca tiene una extensioacuten de 63 ha y se situacutea en zona de olivar de sierra La

longitud aproximada de la caacutercava es de 300 m siendo la pendiente media del mismo del 89 En la Fig 2 obtenida de la Ortofotografiacutea Digital de Andaluciacutea se observa el trazado de la caacutercava que confluye en un arroyo y la situacioacuten del lugar previsto para la estacioacuten hidroloacutegica

380

5

Fig 1- Situacioacuten de la cuenca de estudio El clima de la cuenca se encuadra en el tipo mediterraacuteneo subhuacutemedo de tendencia

atlaacutentica En la zona existen marcadas variaciones en la magnitud de las precipitaciones medias anuales disminuyendo hacia el norte Esto es debido a que las localidades maacutes septentrionales se encuentran maacutes alejadas de las altas alineaciones montantildeosas beacuteticas que sirven de obstaacuteculo a los frentes atlaacutenticos cargados de humedad Asiacute en Setenil la localidad en la que se incluye la cuenca de estudio recoge una media anual de 1100 mm mientras Torre-Alhaacutequime (ver Figura 1) la maacutes septentrional aproximadamente 600 mm separaacutendolas apenas unos 20 km de distancia En cuanto a la variacioacuten anual son las estaciones de otontildeo e invierno las que registran mayores lluvias (748 ) con un maacuteximo que suele darse en el mes de diciembre Los meses de verano registran valores muy bajos relacionados con tormentas intensas de poca duracioacuten En relacioacuten a la temperatura julio es el mes maacutes caluroso con una media de 251ordmC y una media maacutexima mensual de 369 ordmC El mes maacutes friacuteo es enero con una media de 71ordmC y una miacutenima de las medias de ndash04ordmC (Castillo 2002)

En relacioacuten a la fisiografiacutea la altitud media de la cuenca se halla en torno a 7901

m siendo el valor maacuteximo de 8059 m y el miacutenimo de 7618 m Por otro lado la pendiente media es 44 siendo el valor maacuteximo del 95 y el miacutenimo 00

El tipo de suelo predominante es el luvisol croacutemico (perfil ABtC) de colores rojos y

textura arcillosa y el uso tal y como puede verse en la Fig 2 es agriacutecola en particular olivo con laboreo tradicional y cereal de secano La cuenca de estudio se encuentra sobre superficies antiguas de materiales descarbonatados o a lo sumo moderadamente calcaacutereos (CSIC-IARA 1989)

Andaluciacutea

381

6

112 Subcuenca olivarera con no laboreo en Puente Genil (Coacuterdoba)

La otra cuenca de estudio estaacute situada en el TM de la localidad de Puente Genil proacutexima al liacutemite occidental de la provincia de Coacuterdoba con Sevilla (Espantildea) La cuenca cuenta con un arroyo no permanente que vierte sus aguas directamente al riacuteo Genil (afluente del Guadalquivir Fig 3) Tiene una superficie de 63 ha y una pendiente media del 9 El flujo en canal hasta el punto de aforo previsto es de unos 50 m

Se situacutea dentro de una zona con un clima genuinamente mediterraacuteneo con una precipitacioacuten media anual comprendida entre los 400 y 500 mm y una temperatura media de 18ordm C Las lluvias se distribuyen principalmente entre los meses de otontildeo invierno y primavera siendo el verano una estacioacuten acusadamente seca La cuenca de estudio se encuentra en su totalidad sobre estratos de litologiacutea caliza o margocalizas pertenecientes principalmente al Terciario Se define seguacuten la clasificacioacuten del la FAO como cambisol caacutelcico Se trata de zonas suavemente onduladas en los que se ha acentuado la erosioacuten de suelos rojos (luvisoles antiguos que pueden perdurar junto con fluvisoles) tambieacuten presentan recarbonatacioacuten de los horizontes superiores motivadas por las labores agriacutecolas Cuando la erosioacuten es maacutes intensa especialmente en las partes altas aparecen al descubierto los horizontes caacutelcico (blanco pulvurulento con noacutedulos) o petrocaacutelcico (CSIC-IARA 1989)

En relacioacuten al uso y al manejo del suelo hay que destacar que la cuenca tradicionalmente se ha dedicado al olivar con laboreo tradicional tal y como atestiguan los olivos situados en las terrazas deterioradas de una zona de la cuenca (Fig 3) En la subcuenca de estudio por el contrario se plantaron hace alrededor de 8 antildeos pequentildeos olivos de la variedad albezquina para los que las labores se han ido reduciendo debido principalmente a los escasos rendimientos que no justifican econoacutemicamente el alto nuacutemero de operaciones de cultivo Ademaacutes las ayudas de la Junta de Andaluciacutea de los uacuteltimos antildeos para favorecer la produccioacuten ecoloacutegica han impulsado al propietario en el antildeo 2003 a

Fig 2 - Subcuenca delimitada por el lugar previsto

Lugar previsto para la estacioacuten

382

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

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395

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Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

396

21

397

4

Los sistemas continuos proporcionan maacutes informacioacuten que los anteriores pero resultan maacutes complejos a la hora de establecer algoritmos eficientes de muestreo Licciardelo y Zimbone (2002) con la idea de calibrar y validar el modelo AGNPS en una cuenca rural (pastos) de 130 ha insatalaron en la salida un vertedero que mediacutea el nivel de flujo a partir de un sensor de flotador situado en una ramificacioacuten del canal La concentracioacuten de sedimento suspendido se mediacutea con un tomamuestras automaacutetico que se activaba a partir de un caudal de 01 m3s y que recogiacutea las muestras con una frecuencia de 2 min durante media hora y despueacutes aumentaba el intervalo a 30 min Tambieacuten van den Elsen et al (2003) en una cuenca agriacutecola en China de una extensioacuten aproximada de 2 km2 contruyen una estacioacuten hidroloacutegica compuesta de un pluvioacutegrafo un vertedero triangular que mide el nivel con un sensor de ultrasonidos y un muestreador ISCO En este trabajo se definen unas pautas de trabajo que resultan muy interesantes ya que se definen unos umbrales o liacutemites de accionamiento del sistema con el objetivo de optimizar el consumo energeacutetico y la memoria del registrador En primer lugar optan por el sensor de ultrasonidos como instrumento para la medicioacuten de nivel de escorrentiacutea valoraacutendolo muy positivamente Eacuteste es activado cuando se inicia la escorrentiacutea tomando medidas con una frecuencia de 1 min que se almacenan en el datalogger si son superiores al 10 del rango de medida de nivel (20 cm) Es precisamente este umbral de flujo el que activa el muestreador de sedimentos con un intervalo de 2 min El resultado son hidrogramas y sedimentogramas muy completos

Una vez revisadas experiencias semejantes el objetivo de este trabajo es mostrar el disentildeo de una simple estacioacuten hidroloacutegica a la salida de dos pequentildeas cuencas olivareras de aproximadamente 6 ha con la que se pretenden evaluar los efectos de las praacutecticas de manejo del suelo de forma que se optimicen el nuacutemero de datos de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten a la vez que se asegure un funcionamiento coordinado y continuo de los sensores

1 MATERIAL Y MEacuteTODOS

11 Caracteriacutesticas de las cuencas de estudio 111 Subcuenca olivarera con laboreo tradicional en Setenil (Caacutediz)

La subcuenca de La Manga es una pequentildea cuenca de cabecera que vierte al Riacuteo Guadalporcuacuten a su paso por la localidad gaditana de Setenil municipio situado al NE de la provincia y muy proacuteximo a la provincia de Maacutelaga (Fig 1)

La cuenca tiene una extensioacuten de 63 ha y se situacutea en zona de olivar de sierra La

longitud aproximada de la caacutercava es de 300 m siendo la pendiente media del mismo del 89 En la Fig 2 obtenida de la Ortofotografiacutea Digital de Andaluciacutea se observa el trazado de la caacutercava que confluye en un arroyo y la situacioacuten del lugar previsto para la estacioacuten hidroloacutegica

380

5

Fig 1- Situacioacuten de la cuenca de estudio El clima de la cuenca se encuadra en el tipo mediterraacuteneo subhuacutemedo de tendencia

atlaacutentica En la zona existen marcadas variaciones en la magnitud de las precipitaciones medias anuales disminuyendo hacia el norte Esto es debido a que las localidades maacutes septentrionales se encuentran maacutes alejadas de las altas alineaciones montantildeosas beacuteticas que sirven de obstaacuteculo a los frentes atlaacutenticos cargados de humedad Asiacute en Setenil la localidad en la que se incluye la cuenca de estudio recoge una media anual de 1100 mm mientras Torre-Alhaacutequime (ver Figura 1) la maacutes septentrional aproximadamente 600 mm separaacutendolas apenas unos 20 km de distancia En cuanto a la variacioacuten anual son las estaciones de otontildeo e invierno las que registran mayores lluvias (748 ) con un maacuteximo que suele darse en el mes de diciembre Los meses de verano registran valores muy bajos relacionados con tormentas intensas de poca duracioacuten En relacioacuten a la temperatura julio es el mes maacutes caluroso con una media de 251ordmC y una media maacutexima mensual de 369 ordmC El mes maacutes friacuteo es enero con una media de 71ordmC y una miacutenima de las medias de ndash04ordmC (Castillo 2002)

En relacioacuten a la fisiografiacutea la altitud media de la cuenca se halla en torno a 7901

m siendo el valor maacuteximo de 8059 m y el miacutenimo de 7618 m Por otro lado la pendiente media es 44 siendo el valor maacuteximo del 95 y el miacutenimo 00

El tipo de suelo predominante es el luvisol croacutemico (perfil ABtC) de colores rojos y

textura arcillosa y el uso tal y como puede verse en la Fig 2 es agriacutecola en particular olivo con laboreo tradicional y cereal de secano La cuenca de estudio se encuentra sobre superficies antiguas de materiales descarbonatados o a lo sumo moderadamente calcaacutereos (CSIC-IARA 1989)

Andaluciacutea

381

6

112 Subcuenca olivarera con no laboreo en Puente Genil (Coacuterdoba)

La otra cuenca de estudio estaacute situada en el TM de la localidad de Puente Genil proacutexima al liacutemite occidental de la provincia de Coacuterdoba con Sevilla (Espantildea) La cuenca cuenta con un arroyo no permanente que vierte sus aguas directamente al riacuteo Genil (afluente del Guadalquivir Fig 3) Tiene una superficie de 63 ha y una pendiente media del 9 El flujo en canal hasta el punto de aforo previsto es de unos 50 m

Se situacutea dentro de una zona con un clima genuinamente mediterraacuteneo con una precipitacioacuten media anual comprendida entre los 400 y 500 mm y una temperatura media de 18ordm C Las lluvias se distribuyen principalmente entre los meses de otontildeo invierno y primavera siendo el verano una estacioacuten acusadamente seca La cuenca de estudio se encuentra en su totalidad sobre estratos de litologiacutea caliza o margocalizas pertenecientes principalmente al Terciario Se define seguacuten la clasificacioacuten del la FAO como cambisol caacutelcico Se trata de zonas suavemente onduladas en los que se ha acentuado la erosioacuten de suelos rojos (luvisoles antiguos que pueden perdurar junto con fluvisoles) tambieacuten presentan recarbonatacioacuten de los horizontes superiores motivadas por las labores agriacutecolas Cuando la erosioacuten es maacutes intensa especialmente en las partes altas aparecen al descubierto los horizontes caacutelcico (blanco pulvurulento con noacutedulos) o petrocaacutelcico (CSIC-IARA 1989)

En relacioacuten al uso y al manejo del suelo hay que destacar que la cuenca tradicionalmente se ha dedicado al olivar con laboreo tradicional tal y como atestiguan los olivos situados en las terrazas deterioradas de una zona de la cuenca (Fig 3) En la subcuenca de estudio por el contrario se plantaron hace alrededor de 8 antildeos pequentildeos olivos de la variedad albezquina para los que las labores se han ido reduciendo debido principalmente a los escasos rendimientos que no justifican econoacutemicamente el alto nuacutemero de operaciones de cultivo Ademaacutes las ayudas de la Junta de Andaluciacutea de los uacuteltimos antildeos para favorecer la produccioacuten ecoloacutegica han impulsado al propietario en el antildeo 2003 a

Fig 2 - Subcuenca delimitada por el lugar previsto

Lugar previsto para la estacioacuten

382

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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395

20

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396

21

397

5

Fig 1- Situacioacuten de la cuenca de estudio El clima de la cuenca se encuadra en el tipo mediterraacuteneo subhuacutemedo de tendencia

atlaacutentica En la zona existen marcadas variaciones en la magnitud de las precipitaciones medias anuales disminuyendo hacia el norte Esto es debido a que las localidades maacutes septentrionales se encuentran maacutes alejadas de las altas alineaciones montantildeosas beacuteticas que sirven de obstaacuteculo a los frentes atlaacutenticos cargados de humedad Asiacute en Setenil la localidad en la que se incluye la cuenca de estudio recoge una media anual de 1100 mm mientras Torre-Alhaacutequime (ver Figura 1) la maacutes septentrional aproximadamente 600 mm separaacutendolas apenas unos 20 km de distancia En cuanto a la variacioacuten anual son las estaciones de otontildeo e invierno las que registran mayores lluvias (748 ) con un maacuteximo que suele darse en el mes de diciembre Los meses de verano registran valores muy bajos relacionados con tormentas intensas de poca duracioacuten En relacioacuten a la temperatura julio es el mes maacutes caluroso con una media de 251ordmC y una media maacutexima mensual de 369 ordmC El mes maacutes friacuteo es enero con una media de 71ordmC y una miacutenima de las medias de ndash04ordmC (Castillo 2002)

En relacioacuten a la fisiografiacutea la altitud media de la cuenca se halla en torno a 7901

m siendo el valor maacuteximo de 8059 m y el miacutenimo de 7618 m Por otro lado la pendiente media es 44 siendo el valor maacuteximo del 95 y el miacutenimo 00

El tipo de suelo predominante es el luvisol croacutemico (perfil ABtC) de colores rojos y

textura arcillosa y el uso tal y como puede verse en la Fig 2 es agriacutecola en particular olivo con laboreo tradicional y cereal de secano La cuenca de estudio se encuentra sobre superficies antiguas de materiales descarbonatados o a lo sumo moderadamente calcaacutereos (CSIC-IARA 1989)

Andaluciacutea

381

6

112 Subcuenca olivarera con no laboreo en Puente Genil (Coacuterdoba)

La otra cuenca de estudio estaacute situada en el TM de la localidad de Puente Genil proacutexima al liacutemite occidental de la provincia de Coacuterdoba con Sevilla (Espantildea) La cuenca cuenta con un arroyo no permanente que vierte sus aguas directamente al riacuteo Genil (afluente del Guadalquivir Fig 3) Tiene una superficie de 63 ha y una pendiente media del 9 El flujo en canal hasta el punto de aforo previsto es de unos 50 m

Se situacutea dentro de una zona con un clima genuinamente mediterraacuteneo con una precipitacioacuten media anual comprendida entre los 400 y 500 mm y una temperatura media de 18ordm C Las lluvias se distribuyen principalmente entre los meses de otontildeo invierno y primavera siendo el verano una estacioacuten acusadamente seca La cuenca de estudio se encuentra en su totalidad sobre estratos de litologiacutea caliza o margocalizas pertenecientes principalmente al Terciario Se define seguacuten la clasificacioacuten del la FAO como cambisol caacutelcico Se trata de zonas suavemente onduladas en los que se ha acentuado la erosioacuten de suelos rojos (luvisoles antiguos que pueden perdurar junto con fluvisoles) tambieacuten presentan recarbonatacioacuten de los horizontes superiores motivadas por las labores agriacutecolas Cuando la erosioacuten es maacutes intensa especialmente en las partes altas aparecen al descubierto los horizontes caacutelcico (blanco pulvurulento con noacutedulos) o petrocaacutelcico (CSIC-IARA 1989)

En relacioacuten al uso y al manejo del suelo hay que destacar que la cuenca tradicionalmente se ha dedicado al olivar con laboreo tradicional tal y como atestiguan los olivos situados en las terrazas deterioradas de una zona de la cuenca (Fig 3) En la subcuenca de estudio por el contrario se plantaron hace alrededor de 8 antildeos pequentildeos olivos de la variedad albezquina para los que las labores se han ido reduciendo debido principalmente a los escasos rendimientos que no justifican econoacutemicamente el alto nuacutemero de operaciones de cultivo Ademaacutes las ayudas de la Junta de Andaluciacutea de los uacuteltimos antildeos para favorecer la produccioacuten ecoloacutegica han impulsado al propietario en el antildeo 2003 a

Fig 2 - Subcuenca delimitada por el lugar previsto

Lugar previsto para la estacioacuten

382

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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395

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396

21

397

6

112 Subcuenca olivarera con no laboreo en Puente Genil (Coacuterdoba)

La otra cuenca de estudio estaacute situada en el TM de la localidad de Puente Genil proacutexima al liacutemite occidental de la provincia de Coacuterdoba con Sevilla (Espantildea) La cuenca cuenta con un arroyo no permanente que vierte sus aguas directamente al riacuteo Genil (afluente del Guadalquivir Fig 3) Tiene una superficie de 63 ha y una pendiente media del 9 El flujo en canal hasta el punto de aforo previsto es de unos 50 m

Se situacutea dentro de una zona con un clima genuinamente mediterraacuteneo con una precipitacioacuten media anual comprendida entre los 400 y 500 mm y una temperatura media de 18ordm C Las lluvias se distribuyen principalmente entre los meses de otontildeo invierno y primavera siendo el verano una estacioacuten acusadamente seca La cuenca de estudio se encuentra en su totalidad sobre estratos de litologiacutea caliza o margocalizas pertenecientes principalmente al Terciario Se define seguacuten la clasificacioacuten del la FAO como cambisol caacutelcico Se trata de zonas suavemente onduladas en los que se ha acentuado la erosioacuten de suelos rojos (luvisoles antiguos que pueden perdurar junto con fluvisoles) tambieacuten presentan recarbonatacioacuten de los horizontes superiores motivadas por las labores agriacutecolas Cuando la erosioacuten es maacutes intensa especialmente en las partes altas aparecen al descubierto los horizontes caacutelcico (blanco pulvurulento con noacutedulos) o petrocaacutelcico (CSIC-IARA 1989)

En relacioacuten al uso y al manejo del suelo hay que destacar que la cuenca tradicionalmente se ha dedicado al olivar con laboreo tradicional tal y como atestiguan los olivos situados en las terrazas deterioradas de una zona de la cuenca (Fig 3) En la subcuenca de estudio por el contrario se plantaron hace alrededor de 8 antildeos pequentildeos olivos de la variedad albezquina para los que las labores se han ido reduciendo debido principalmente a los escasos rendimientos que no justifican econoacutemicamente el alto nuacutemero de operaciones de cultivo Ademaacutes las ayudas de la Junta de Andaluciacutea de los uacuteltimos antildeos para favorecer la produccioacuten ecoloacutegica han impulsado al propietario en el antildeo 2003 a

Fig 2 - Subcuenca delimitada por el lugar previsto

Lugar previsto para la estacioacuten

382

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

396

21

397

7

suprimir los fitosanitarios por labores puntuales de desbroce de malas hierbas que han cambiado el paisaje del olivar notablemente

La seleccioacuten de las cuencas agriacutecolas para su instrumentalizacioacuten se llevoacute a cabo por satisfacer los siguientes requisitos

- Disposicioacuten de parcelas para facilitar los experimentos y el establecimiento de dispositivos hidroloacutegicos

- Tener una extensioacuten apta para trabajar a nivel de cuenca pero accesible para su manejo y su caracterizacioacuten

- Un canal de salida con una seccioacuten lo suficientemente amplia para poder aforar un intervalo adecuado de caudal

- Finalmente contar conviacuteas de acceso adecuadas para el paso de la maquinaria necesaria para la ejecucioacuten de obras requeridas para la instalacioacuten de los equipos

200 metros0

Fig 3 - Situacioacuten general y liacutemites de la cuenca sobre la ortofotografiacutea

383

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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395

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396

21

397

8

12 Mediciones de caudal aforador de profundidad criacutetica

Este tipo de aforador tiene la ventaja sobre el vertedero de que no necesita caacutemara amortiguadora es praacutecticamente independiente de la accioacuten perjudicial de los arrastres de la corriente y no necesita graduarse (King amp Brater 1962) Los aforadores de profundidad criacutetica pueden formarse estrechando el ancho del canal elevando el fondo o haciendo ambas cosas como es el caso Sus principios fundamentales se basan en la relacioacuten biuniacutevoca entre el caudal y calado cuando se minimiza la energiacutea especiacutefica en una seccioacuten de la corriente Precisamente cuando se reduce la seccioacuten en un canal maacutes allaacute de una magnitud particular se origina un remanso aguas arriba de la constriccioacuten y se alcanza en eacutesta la profundidad criacutetica La consideracioacuten maacutes importante para el proyecto es que la garganta debe ser de seccioacuten transversal uniforme y de longitud suficiente para asegurar que la profundidad criacutetica se presente en dicha seccioacuten

La realizacioacuten y puesta en obra de un aforador de caudal requiere una serie de toma de

decisiones y caacutelculos determinados por caracteriacutesticas de la cuenca tales como la superficie la pendiente el manejo y la precipitacioacuten

Las ecuaciones baacutesicas que resumen el proceso de estimacioacuten del caudal mediante la

medicioacuten del calado en las aproximaciones de la garganta (Fig 4) son la relacioacuten de Bernoulli entre la seccioacuten criacutetica y la de control (Ec 1) y la expresioacuten caracteriacutestica del reacutegimen criacutetico (Ec 2)

HgAQyp

gAQy

cc ∆+++=+ 2

2

121

2

1 22 (Ec1)

13

2

=cc

BgAQ (Ec2)

donde

y1 es el calado (m) en la seccioacuten de medida (en las aproximaciones del estrechamiento) Q es el caudal (m3s) A1 es la seccioacuten de medida (m2) p1 es la elevacioacuten de la solera (m) en el estrechamiento yc es el calado (m) en la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico Ac es la seccioacuten donde se alcanza el reacutegimen criacutetico (m2) ∆H son las peacuterdidas de energiacutea (m) entre las secciones de control y criacutetica Bc es el ancho de la superficie libre en la seccioacuten criacutetica (m) g es la aceleracioacuten de la gravedad (ms2)

384

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

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395

20

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396

21

397

9

El dimensionamiento del aforador se ha llevado a cabo una vez medidas las secciones y evaluados los caudales maacuteximos y miacutenimos que pretenden medirse mediante un programa en una hoja de caacutelculo donde tras unas medidas previas eran estimados los valores de caudal en la seccioacuten de control seguacuten las relaciones de la misma con la seccioacuten doacutende se alcanza el reacutegimen criacutetico Primeramente se evaluacutea la descarga en condiciones hidrostaacuteticas y se desprecian las peacuterdidas de cargas entre ambas secciones A continuacioacuten se llevan a cabo nuevos caacutelculos considerando los coeficientes Cd (3) y Cv (4)

==L

HfQQC

ideal

actuald

1 (Ec3)

siendo L la longitud del estrechamiento (Fig 4) Este coeficiente representa las

anomaliacuteas respecto a las condiciones ideales debido a las peacuterdidas de cargas originadas por la friccioacuten en el canal y el aforador un perfil de velocidades en la aproximacioacuten al canal curviliacuteneo y a las variaciones en la distribucioacuten de presiones en relacioacuten a la distribucioacuten hidrostaacutetica

Por otra parte Cv es el coeficiente de velocidad en la aproximacioacuten que corrige en el caacutelculo la sustitucioacuten de h1 por H1 despreciaacutendose el sumando de velocidad que este valor modifica cuando se acude a las relaciones de descarga empiacutericas

u

v hHC

=

1

1 (Ec 4)

Siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga Normalmente Cd se calcula y Cv se estima a partir de los resultados

Ademaacutes las estimaciones realizadas han sido comparadas con el programa de disentildeo y calibracioacuten Winflume32 (Wahl et al 2001) Las ecuaciones de disentildeo son las siguientes (Ec 3-8) En primer lugar se examina si se alcanza el reacutegimen modular para el caudal maacuteximo previsto (Ec3) y para el caudal miacutenimo (Ec4)

H1max gt H2max+∆Hmax o aproximadamente h1max gt h2max +∆hmax (Ec 5)

H1min gt H2min+∆Hmin o aproximadamente h1min gt h2min +∆hmin (Ec 6)

siendo H la energiacutea especiacutefica y los subiacutendices 1 y 2 los indicadores de la situacioacuten

antes y despueacutes del estrechamiento Los subiacutendices max y min sentildealan el reacutegimen de los caudales y h la cota medida sobre el nivel de referencia (solera del estrechamiento)

385

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

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395

20

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Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

396

21

397

10

Por otro lado se examina tambieacuten si el resguardo previsto es adecuado para que la

corriente no rebase el aforador con valores de caudal proacuteximos al maacuteximo previsto h1maxlt d - p1 - F1 (7) Siendo d la profundidad del canal p1 el desnivel entre la solera del canal y el del

estrechamiento y F1 el resguardo previsto El nuacutemero de Froude en el canal de aproximacioacuten se encuentra relacionado con la

exactitud de las medidas Su valor debe hallarse por debajo de 05 para asegurar las estabilidad de la superficie (6)

50

1

max1

max1 lt=

xma

xma

BgAAQ

Fr (Ec 8)

Finalmente se comprueban si los umbrales de sensibilidad se ajustan al error

permitido para el intervalo de caudales comprendido entre le maacuteximo y el miacutenimo (Ec7-8)

2max

21

max1

CQma

h

XXuh

minusgt δ (Ec 9)

Fig 4 - Perfil longitudinal del aforador con indicacioacuten de los paraacutemetros hidraacuteulicos

386

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

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Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

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of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

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395

20

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396

21

397

11

2min

2min

1min1

CQ

h

XXuh

minusgt δ (Ec 10)

siendo u el coeficiente que relaciona caudal y calado y que depende de la forma del

canal en las relaciones empiacutericas de descarga δh1 representa el error de la lectura dependiente del dispositivo de medida elegido XQ es el error permisible para los valores maacuteximo y miacutenimo de caudal y XC es la incertidumbre asociada al uso de valores tabuladosAl finalizarse estas comprobaciones conviene tambieacuten comparar las curvas de gasto Q-y1 (aproximacioacuten al aforador) con la correspondiente a la salida Q-(h1+p1) que deben coincidir en lo posible de manera que se mantengan las condiciones de flujo y se minimicen los depoacutesitos que puedan perjudicar las lecturas (Clemmens et al 2001)

Se ha previsto para la cuenca en laboreo tradicional en Setenil un aforador

trapezoidal de 268 m de longitud con un estrechamiento gradual cuyos detalles constructivos aparcen en la Fig 5 Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 6 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente longitudinal de 0001 A continuacioacuten se dispone el aforador de hormigoacuten compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 15 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 081 m y que finaliza con un estrechamiento de 137 m de longitud en el mismo nivel de la aproximacioacuten La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 40 cm de desnivel donde nuevamente la

Canal de entrada Canal de salida

Aforador

Fig 5 ndash Croquis planta alzado y perfil del canal y el aforador de caudal previsto en Setenil

387

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

389

14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

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dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

396

21

397

12

seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida siguen siendo hormigoacuten y la pendiente longitudinal de 0001 En cuanto a las secciones transversales el canal de entrada y el de salida tienen de base de 072 m la profundidad es 1 m y 14 m respectivamente y los taludes 1 El estrechamiento presenta una base de 036 m 1 m de profundidad y un talud de 1118

En la Fig 6 se muestran la curva de gasto prevista para este aforador junto con la

curva de gasto correspondiente al flujo uniforme en el canal estimada por la foacutermula de Manning La metodologiacutea maacutes apropiada para evitar el depoacutesito de sedimentos aguas arriba en el canal es evitar la disminucioacuten de los paraacutemetros de flujo Esto requiere que el producto de la profundidad y el gradiente hidraacuteulico permanezcan constantes por lo que la estructura deberiacutea estar disentildeada de manera que se minimicen los efectos de remanso Con respecto al canal de aproximacioacuten esto se traduce en que la curva Q-h1 debe de coincidir en lo posible con la correspondiente al estrechamiento Q-(h1+p1) Para obtener el ajuste perfecto de ambas curvas es conveniente que p1 sea 0 y contar con un desnivel importante entre el canal de entrada y la salida que garanticen el flujo modular Ademaacutes para evitar la sedimentacioacuten en el lugar de aforo es recomendable mantener el nuacutemero de Froude proacuteximo a 05 (contraccioacuten miacutenima) asiacute el sedimento que llegue dispondraacute de un sumando de velocidad suficiente para atravesar el canal y la seccioacuten de aforo y por consiguiente la estructura podraacute realizar las medidas con suficiente exactitud (Clemmens et al 2001)

Ademaacutes de estas consideraciones la Tabla 1 resume el resto de criterios

considerados en el disentildeo del aforador La Tabla 2 muestra los resultados de la evaluacioacuten del mismo realizado por el programa Winflume y que se corresponden con las expresiones

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25 3 35

Q (m3s)

h1- y

1 (m

)

Aforador Manning

Fig 5 - Curvas de gasto h1-Q y h1+p1 -Q

388

13

Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

390

15

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

393

18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

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Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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Ec5-10 Como puede deducirse de ambas tablas el aforador verifica todos las indicaciones de disentildeo

Criterio Restricciones Resguardo canal-aforador ge 20 de la altura desde el nivel de referencia

Error permisible para caudales miacutenimos plusmn10 Error permisible para caudales maacuteximos plusmn5

Error asociado a la resolucioacuten del dispositivo de medida plusmn0003 m Caudal miacutenimo 002 m3s Caudal maacuteximo 06 m3s

Tabla 1 - Criterios de disentildeo considerados para la elaboracioacuten del aforador de Setenil

Valores Actuales Restricciones h2max = 0519 m Maacuteximo permitido =0867 m h2min = 0075 m Maacuteximo permitido =0463 m

Resguardo durante Qmax=0483 Maacuteximo permitido = 0500 m Nuacutemero de Froude Qmax =0483 m Nuacutemero de Froude permitido =05 m

Medida de error esperada para Qmax plusmn248 Medida de error esperada para Qmin plusmn756

Tabla 2 - Paraacutemetros de disentildeo evaluados en el disentildeo del aforador de caudal de Setenil

Finalmente los valores miacutenimo y maacuteximo que se preveacuten medir con el aforador son 002 m3s y 06 m3s (Tabla 3) Estos umbrales han constituido un criterio importante a la hora de evaluar el dimensionamiento sobre todo el caudal miacutenimo cuyas lecturas se preveacuten resultaraacuten difiacuteciles de tomar debido a los problemas derivados de la sedimentacioacuten Asiacute el umbral miacutenimo estaacute muy por debajo del caudal estimado por el meacutetodo racional para el periacuteodo de retorno de 1 antildeo (Tabla 4) lo cual ha de permitir un nuacutemero de datos aceptable por campantildea Por otra parte el valor maacuteximo es lo suficientemente alto como para registrar eventos importantes proacuteximos a caudales punta de periacuteodo de retorno de 5 antildeos (Tabla 4)

Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 06 052 Miacutenimo 002 008

Tabla 3- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Setenil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

63 020 3810 1 019 63 020 8783 2 048 63 020 12358 5 074 63 020 14755 10 093 63 020 19908 50 150 63 020 22027 100 181

Tabla 4- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

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Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

394

19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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20

King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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21

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14

En el caso de Puente Genil se ha optado por un aforador de chapa con otro tipo de disentildeo dadas las distintas condiciones de lluvia pendiente y manejo Asiacute la longitud del aforador es de 29 m Consta de un estrechamiento de seccioacuten compuesta por un triaacutengulo y un trapecio (Fig6) Baacutesicamente la obra consta de una canal de entrada de unos 35 m de longitud fabricado en hormigoacuten y con una pendiente del 35 A continuacioacuten se dispone el aforador de chapa compuesto de una aproximacioacuten trapezoidal de 07 m de longitud y de pendiente nula que comunica con una transicioacuten de 13 m y que finaliza con un estrechamiento de 08 m de longitud y a 5 cm por encima del nivel de la aproximacioacuten El estrechamiento consiste en una seccioacuten compuesta con un talud para el trapecio de 11 y para el triaacutengulo de 21 La salida del aforador se realiza sin transicioacuten praacutecticamente consiste en un escaloacuten de unos 15 cm de desnivel donde nuevamente la seccioacuten se corresponde con la de aproximacioacuten pero modificada la base por dos pequentildeos taludes de forma que se conduzca el agua a la entrada del muestreador de sedimentos Los materiales a la salida vuelven a ser hormigoacuten y la pendiente longitudinal del 5 (Fig 6)

Al igual que en el caso de Setenil este aforador cumple todas las restricciones del disentildeo Las Tablas 5 y 6 muestran sus umbrales de medida y los caudales con los que se relacionan en funcioacuten del periacuteodo de retorno

CANAL CANALAFORADOR

Aproximacioacuten

Transicioacuten

Estrechamiento

Fig 6 ndash Vista tridimensional y planta del aforador y el canal para la cuenca de Puente Genil

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Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

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Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

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dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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Valores Caudal (m3s) Altura (m) en el control Maacuteximo 0575 0583 Miacutenimo 0002 0063

Tabla 5- Valores maacuteximos y miacutenimos de caudal que se preveacute medir con el aforador de Puente Genil

Aacuterea (ha) tc (h) Itc (mmh) T retorno (antildeos) Q (m3s)

620 015 42196 1 0254 620 015 48433 2 0292 620 015 58116 5 0380 620 015 66706 10 0471 620 015 91874 50 0759 620 015 105455 100 0926

13 Equipamiento de medida

Los sensores (Fig 11-13) que componen las estaciones hidroloacutegicas son los siguientes un pluvioacutemetro (Hobo Event 7852M) un sensor de nivel por ultrasonidos (Milltronics Ultrasonics) un tomamuestras agua-sedimentos (ISCO 3700C) y un datalogger (Datataker DT 50) para organizar la actividad de los sensores y almacenar los datos Se han construido unas casetas de chapa galvanizada en las proximidades de los aforadores (Fig 8-10) donde guardar y proteger parte de los sensores

Los pluvioacutemetros previstos para el registro de intensidades de lluvia son de tipo

cangiloacuten con paso de 02 mm (Fig 10) Los sensores de nivel por ultrasonidos (Fig 8 y Fig 13) han sido instalados en la

aproximacioacuten al aforador apoyados en estructuras metaacutelicas compuestas por perfiles de acero y unas cajas de chapa para protegerlos de la lluvia y el robo La eleccioacuten principal de este tipo de sensor estaacute justificada por la gran ventaja que supone no estar en contacto con el agua ni la necesidad de casetas calmadoras que tienden a llenarse de sedimentos y exigen un mantenimiento continuo Ademaacutes resultan faacuteciles de calibrar y proporcionan medidas robustas (ITRC 2002) Los sensores han sido calibrados para proporcionar como sentildeal de salida de 4 a 20 mA un nivel de agua de 6 a 60 cm (niveles de referencia aproximados al miacutenimo y al maacuteximo de las curvas de gasto de los aforadores) La exactitud del instrumento es del 025 mientras que la resolucioacuten es de 2 mm

El tomamuestras es un instrumento sencillo que bombea un volumen conocido de agua-

sediemento hasta un depoacutesito donde hay dispuestas 24 botellas para almacenar la muestra De esta manera a la salida de los aforadores se ha construido una depresioacuten en la que se pretende que al paso del flujo cree un turbulencia que permita aspirar la mezcla escorrentiacutea-sedimento El nuacutemero de botellas limita el nuacutemero de datos deseable que cabriacutea esperar de ahiacute que sea importante fijar un programa adecuado de muestreo

Tabla 6- Paraacutemetros de caacutelculo de los caudales maacuteximos a partir del meacutetodo racional para distintos periacuteodos de retorno

391

16

Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

392

17

dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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18

2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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19

3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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Finalmente el datalogger es un dispositivo muy completo capaz de registrar a la vez cinco canales analoacutegicos yo digitales un contador y una salida digital Se alimenta en corriente continua en un intervalo de 12-24 V de manera que al requerir 24V el sensor de ultrasonidos el sistema estaacute alimentado a 24 V a traveacutes del logger El sistema tiene en la actualidad una autonomiacutea media de un mes aunque en el futuro se preveacute instalar paneles solares

A la hora de disentildear un programa adecuado para registrar el mayor nuacutemero de datos en

compromiso con las necesidades energeacuteticas y la memoria de almacenamiento de datos se revisaron numerosas experiencias similares sin encontrar unos criterios que pudieran relacionarse con atributos de la cuenca De esta forma considerando que el principal limitante de la toma de datos son las lecturas de descarga de sedimento a la salida de la cuenca y que estas descargas vienen originadas por aguaceros intensos yo cuantiosos es necesario que la activacioacuten del tomamuestras se realice bajo niveles de escorrentiacutea que se encuentren dentro del intervalo medible de la curva de gasto Tambieacuten de esta forma se alrga la autonomiacutea del sistema y se protege la vida uacutetil del instrumento que no se veraacute sometido a esfuerzos en vaciacuteo

Por otro lado el tiempo de concentracioacuten de las cuencas estimado por la expresioacuten de

Teacutemez (Ferrer 1993) es aproximadamente 7 min para Setenil y 9 min para la de Puente Genil por consiguiente para registrar un hidrograma completo no conviene alargar excesivamente la frecuencia de toma de sedimentos Tambieacuten es conveniente ajustar en el tiempo las lecturas de nivel y de mezcla agua-sedimento ya que asiacute se pueden observar las tendencias y extrapolar valores Finalmente parece que valores de 2 minutos resultan de partida aceptables mientras que las lecturas del sensor de nivel se preveacute sean de 30 s una vez se alcancen los umbrales escorrentiacutea aforables por la curva de gasto

Asiacute si se inicia la lluvia (la sentildeal del pluvioacutegrafo es igual o mayor de 1 pulso) o se

detecta escorrentiacutea (nivel gt 64 cm para Setenil 50 cm para Puente Genil) el datalogger almacenaraacute las lecturas del sensor de ultrasonidos con una frecuencia de 1 min Si el nivel de escorrentiacutea aumenta hasta la altura miacutenima aforable (80 cm 63 cm) la frecuencia se reduce a 30 s Por otro lado si la altura de flujo se mantiene por encima del miacutenimo durante 2 minutos el tomamuestras se activa y llena una botella de 200 cm3 de mezcla El resultado debe ser un hidrograma de paso igual a 30 s y un sedimentograma de 2 min pero al que podriacutean extrapolarse medidas por el conocimiento de los valores de escorrentiacutea La Fig 7 recoge el diagrama de flujo previsto para el sistema

Se ha programado que el datalogger registre la fecha y hora de los datos distintos de 0

de esa manera se optimiza tambieacuten el espacio en memoria Los datos a continuacioacuten se descargan a un PC que a partir de un software los recibe ademaacutes de enviarle el programa

El esquema de funcionamiento se resume brevemente de la siguiente forma el

pluvioacutemetro enviacutea al contador de pulsos del datalogger su sentildeal que se registra y limita los tiempos de almacenajes de las lecturas seguacuten el esquema anterior (Fig 7) El sensor de ultrasonidos enviacutea su respuesta a modo de sentildeal analoacutegica (4 a 20 mA) a otro canal de manera que el logger registra esta intensidad y si se sobrepasan los umbrales enviacutea una sentildeal de 10 V a un un releacute cuyos contactos normalmente abiertos estaacuten conectados a los

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dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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dos terminales del muestreador y cuya variacioacuten de tensioacuten constituye un pulso vaacutelido para activar el muestreo de sedimentos

ACTIVACIOacuteN DEL SENSOR DE ULTRASONIDOSINTERVALO 1 MIN

Si hregistrada gt hmin entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 30 s Activacioacuten del muestreador t =2 min

Si hregistrada lt hmin rango entoces

Intervalo del sensor de ultrasonidos = 1 min Parada del muestreador

Pluvioacutegrafo iquestregistra I gt 0 pulsosmin NO

SIacute iquestEs hregistrada por el sensor de ultrasonidos gt 08xhmin

aforable

NO

PARADA

Fig 7 ndash Esquema de funcionamiento del programa de toma de muestras de lluvia escorrentiacutea y erosioacuten

Fig 8 y 9 Instalaciones para la medida de escorrentiacutea y sedimentos en Puente Genil

Caseta

Sensor de ultrasonidos

Aforador de chapa

Poceta de recogida de sedimentos

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2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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2 ANAacuteLISIS Y RESULTADOS La organizacioacuten del sistema expuesto en el epiacutegrafe anterior se ha probado con eacutexito en

laboratorio De esta manera a partir de una estructura telescoacutepica con una bandeja de agua se simularon distintos niveles de flujo seguacuten un hidrograma sinteacutetico elaborado a partir del SCS para una condiciones de humedad dadas Tambieacuten se han preparado una serie de muestras de agua y de sedimento que el tomamuestras aspiraba seguacuten las condiciones del programa Actualmente no se disponen de datos de escorrentiacutea y sedimentos en ninguna de las dos cuenca ya que la instalacioacuten se llevoacute a cabo a finales del antildeo 2004 y las escasas lluvias acaecidas apenas han aportado datos

Fig 1112 y 13 - Instrumentos de medida (de izquierda a derecha) tomamuestras datalogger descargandodatos al ordenador y vista del sensor de nivel sobre su estructura de chapa

Fig 10- Vista general del aforador la caseta y la estructura del sensor de nivel en Setenil

Pluvioacutemetro

Entrada del tomamuestras

Estructura para el sensor de ultrasonidos

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3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

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Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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3 CONCLUSIONES La necesidad de calibrar y validar herramientas para el manejo y la gestioacuten de cuencas

en sectores tan econoacutemicamente importantes en Andaluciacutea como el olivar asiacute como en un ambiente como el mediterraacuteneo tan amenazado por problemas de erosioacuten origina el estudio y el establecimiento de sistemas de control y medicioacuten que resulten uacutetiles para la obtencioacuten de datos Por consiguiente se ha propuesto el disentildeo de una serie de instalaciones para medir intensidad de lluvia escorrentiacutea y peacuterdida de suelo que optimizan la obtencioacuten de datos ya que se adaptan a las condiciones del aguacero y que se han probado con eacutexito en laboratorio Las estaciones hidroloacutegicas estaacuten completas pendientes de que las lluvias originen episodios de escorrentiacutea con los que establecer funciones que puedan relacionar las frecuencias de muestreo con el tiempo de concentracioacuten asiacute como con las intensidades para distintos periacuteodos de retorno

4 REFERENCIAS Cameraat ELH 2004 Scale dependent therholds in hydrological and erosion response

of semi-arid catchment in southeast Spain Agriculture Ecosystems and Environment (article in press) 1-15

Castillo C 2002 Proyecto fin de carrera ldquoDiagnoacutestico del problema de inundaciones y propuesta de soluciones en el riacuteo Guadalpocuacuten a su paso por Torre-Alhaacutequime (Caacutediz) ETSIAM Universidad de Coacuterdoba

Clemmens AJ TL Wahl M G Bos y JA Replogle 2001 Water measurement with flumes and weirs International Institute for Land Reclamation an Improvemente Publication 58 The Netherlands

Corbett CW Wahl M Porter DE Edwards D Moise C 1997 Non point source runoff modelling A comparison of a forested watershed and an urban watershed on the South Carolina coast Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 213 133-149

Crowder DW amp Knapp HV 2004 Effective discharge recurrence intervals of Illinois streams Geomorphology (article in press) 1-18

CSIC ndash IARA 1989 Mapa de suelos de Andaluciacutea JUNTA DE ANDALUCIacuteA Consejeriacutea de Agricultura y Pesca Madrid

De la Rosa D Diacuteaz-Perira E Mayol F Czyz EA Dexter AR Dumitru E Enache R Fleige H Horm R Rajkay K Simota C 2005 Soil amp Tillage Research (Vol no disponible auacuten) 1-10

Ferrer FJ 1993 Recomendaciones para el caacutelculo hidrometeoroloacutegico de avenidas CEDEX Madrid

Gafur A Jensen JR Borggaard OK Petersen L 2003 Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh Journal of Hydrolgy 279 293-309

Grunwald S Norton LD 2000 Calibration and validation of non-point source pollution model Agricultural Water Management 45 17-39

Irrigation Training and research center (ITRC) 1999 Water level sensor and datalogger testing and demostration Report 99-002 San Luis del Obispo (California ndashUSA) wwwitrcorgreportsWaterLevelSensorWaterLevelSensorhtml

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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King HW amp EF Brater1962 Manual de Hidrauacutelica Mc Graw-Hill Book Company Inc New York

Leoacuten LF Booty WG Bowen GS Lam DCL 2004 Validation of an agricultural non-point source model in a watershed in southern model Agricultural Water Management 65 59-75

Licciardello F Zimbone SM 2002 Runoff and erosion modelling by AGNPS in an experimental Mediterranean watershed ASAE Meeting Presentation 022166 St Joseph Michigan (USA)

Loacutepez-Cuervo S 1990 La erosioacuten en los suelos agriacutecolas y forestales de Andaluciacutea Coleccioacuten Congresos y Jornadas Nordm 171990 Junta de Andaluciacutea Consejeriacutea de Agricultura y Pesca pp 11-16 En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Montaghimi S Park SW Cooke RA Wang S Y 1997 Assessment of management alternatives on a small agricultural watershed Wat Res 31 No 8 1867-1878

Mulligan M 1998 Modelling the geomorphical impact of climatic variability and extreme events in a semi-arid environment Geomorphology 24 59-78

Owens LB Malone RW Hothem DL Starr GC Lal R 2002 Sediment carbon concentration and transport from small watersheds under various conservation tillage practices Soil amp Tillage Research 67 65-73

Pastor M Castro J Vega V Humanes MD 1997 Sistemas de manejo del suelo En Barranco D Fernaacutendez-Escobar D Rallo L (Eds) El cultivo del olivo Mundi Prensa Madrid

Pathak P Wani SP Singh P Sudi R 2004 Sediment flow behaviour from small agricultural watersheds Agricultural Water Management 67 105-117

Pentildea A 2003 ldquoAnaacutelisis de los riesgos erosivos de los sistemas de manejo del suelo en diferentes zones olivareras de Andaluciacuteardquo Mercacei Magazine 35 292-296

Singh VP (Ed)1995 Computer Models of Watershed Hydrology Water Resources Publication Colorado

Van den Elsen E Hessel R Baoyuan L Trouwborst K O Stolte J Ritsema CJ Blijenberg H 2003 Discharge and sediment measurements at the outlet of a watershed on the Loess plateau of China Catena 54 147-160

Wahl TL AJ Clemmens M G Bos y JA Replogle 2001 Winflume32 US Bureau of Reclamations USDA-ARS e ILRI wwwusbrgovpmtshydraulics_labwinflume5 5 AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido desarrollado en el marco del Proyecto CICYT con tiacutetulo ldquoIntegracioacuten de Procesos Erosivos e Hidroloacutegicos en Cuencas de la Sierra de Caacutedizrdquo (AGL2002-03400) del Ministerio de Ciencia y Tecnologiacutea (Espantildea) y del Proyecto de Investigacioacuten CAO ldquoAnaacutelisis de los Riesgos Erosivos de los Sistemas de Manejo del Suelo en diferentes zonas olivareras de Andaluciacuteardquo (ldquoCAO01-001-C4-3) de la Consejeriacutea de Agricultura y Pesca de la Junta de Andaluciacutea (Espantildea)

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