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Hidrometria
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FACULTAD DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA CIVILESCUELA DE INGENIERIA CIVILESCUELA DE INGENIERIA CIVILESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
HIDROMETRIAHIDROMETRIA
ING CRISTIAN COELLO MScING CRISTIAN COELLO MScING CRISTIAN COELLO MScING CRISTIAN COELLO MSc
20142014
HidrometraHidrometraContenido del Programa
Introduccin: Conceptos generales Mtodos empleados en Hidrometrap Medicin de velocidad Estructuras de medicin de flujo Equipos mecnicos y electrnicos para la
medicin de flujo Diseo de estructuras de aforo Clculo del caudal a partir de informacin de
icampo, correccin y pos proceso
HidrometraHidrometraContenido del Programa
Manejo de Anuarios Hidrolgicos Consideraciones de diseo de una red hidromtrica. Curvas de descarga Extrapolacin de curvas para caudales extremos Curvas y anlisis de calidad correlacin ndices hidromtricos generales Ejercicios y practicas
HidrometraHidrometraContenido del Programa
Datos de precipitacin Equipos de medicin automtica Equipos de medicin automtica Control de la informacin Procesamiento y control de calidad Procesamiento y control de calidad ndices pluviomtricos generales Trabajos de campo y oficina Trabajos de campo y oficina
T b jTrabajosClc lo del ca dal a partir de informacin Clculo del caudal a partir de informacinobtenida en campo
Diseos de estructuras hidrulicas para Diseos de estructuras hidrulicas paramedicin
Aforos lquidos a partir de varias metodologas Aforos lquidos a partir de varias metodologas. Obtencin de curvas de descarga Trabajo de procesamiento de informacin de Trabajo de procesamiento de informacin de
equipos de medicin, caudal y precipitacin Trabajo en manejo de Anuarios Trabajo en manejo de Anuarios
BibliografaBibliografa Chow, V.T.; Maidment, D.; Mays L., Hidrologa , ; , ; y , g
Aplicada., McGraw-Hill Interamericana S. A., 1994. Chow, Ven Te Hidrulica de Canales Abiertos,
M G Hill 1994McGraw-Hill, 1994. King, H.W Handbook of Hydraulics. Ed McGraw-Hill. Anuarios hidrolgicos del INAMHI Anuarios hidrolgicos del INAMHI Anuarios meteorolgicos del INAMHI Paginas de internet de fabricantes de equipos: Sommer, g q p ,
Teledyne, Osceancience, Sontek. Hidrometra: Capitulo 5. Fundamentos de Hidrulica USGS : Use of flumes in measuring discharge 1983
HidrometraHidrometra
La palabra hidrometra proviene del griego hydro- La palabra hidrometra proviene del griego hydro-agua y metra medicin. Entonces, hidrometrasignifica medicin del agua, sea el agua que corre enun riachuelo o en un ro, la que pasa por una tubera, laque se produce en un pozo, la que llega a o sale deuna planta de tratamiento, la que se consume en unap , qciudad, industria o residencia, etctera.
HidrometraHidrometraLa Hidrometra se encarga de medir, registrar, calcular yanalizar los volmenes de agua que circulan en unaanalizar los volmenes de agua que circulan en unaseccin transversal de un ro, canal o tubera en la unidad detiempo.
La hidrometra tiene como propsitos medir el agua, planear,ejecutar y procesar la informacin que se registra en unj y p q gsistema de medicin; a travs del cual se puede:
a) Conocer el volumen de agua disponible en la fuentea) Conocer el volumen de agua disponible en la fuente(hidrometra a nivel de fuente natural).
b) Conocer el grado de eficiencia de la distribucin(hidrometra de operacin)
HidrometraImportancia
La hidrometra permite conocer los datos de caudales y volmenesen forma oportuna. La informacin hidromtrica tambin permitelograr una mayor eficiencia en la programacin, ejecucin yevaluacin del manejo del agua en un sistema hdrico.El uso de una informacin hidromtrica ordenada permite:
a. Dotar de informacin para los pronsticos de la disponibilidad deagua, esta informacin es importante para elaborar el balancehdrico y planificar la distribucin del agua de un sistema.y p gb. Monitorear la ejecucin de la distribucin del agua de riego.c. La informacin hidromtrica tambin permite determinar laeficiencia en el sistema de riego y de apoyo para la solucin deeficiencia en el sistema de riego y de apoyo para la solucin deconflictos.
HidrometraHidrometraSistema Hidromtrico
Es el conjunto de actividades y procedimientos que permitenconocer los caudales de agua que circulan en los cauces de losros, canales, y cualquier seccin hidrulica con el fin deregistrar, procesar y programar la distribucin del agua. Elsistema hidromtrico tiene como soporte fsico la redsistema hidromtrico tiene como soporte fsico la redhidromtrica.
R d Hid t iRed Hidromtrica.
Es el conjunto de puntos de control ubicados estratgicamente en un sistema de control de agua.
HidrometraHidrometraPuntos de control
Son los lugares donde se registran los caudales de agua que circulanpor una seccin hidrulica que pueden ser: estaciones hidromtricas,estructuras hidrulicas, compuertas, cadas, vertederos, medidoresParshall, miras, etc.
Puntos de ControlPuntos de Control
Red Hidrometeorolgica: Puntos deRed Hidrometeorolgica: Puntos de Control
693000 696000 699000 702000 705000 708000 711000 714000
Vert canal Gualay
Vert. Bermejos
Bermejos bajo
9
6
6
6
0
0
0
9
6
6
6
0
0
0
Leyenda
k Estaciones Meteorolgicas
Red de PluvigrafosVertederos
Red Hidrogrfica
Vas
k
Bermejos alto
Calluancay
Irquis
Bermejos Quinuahuaycu
CalluancayZhurucay
Vert. Quinuhuacu
Bermejos Medio
9
6
6
3
0
0
0
9
6
6
3
0
0
0
Cuencas de Aporte UTM ZONA 17S PSAD 56
0 2000 4000 60001000Metros
kk
Vert. Calluancay
Vert. canal San Gerardo
Vert. Zhurucay
CalluancayZhurucay
Vert. Jordanita
P t t
Zhurucay Bajo
Zhurucay
Jordanita
Est. Quim 3Est. Quim 2
9
6
6
0
0
0
0
9
6
6
0
0
0
0
Campamento Base
Portete
R o
Fal
so
Ro Qunuas
0 0
9
6
5
7
0
0
0
9
6
5
7
0
0
0
San Gerardo
693000 696000 699000 702000 705000 708000 711000 714000
9
6
5
4
0
0
0
9
6
5
4
0
0
0
Aplicaciones y usos
Corrientes Superficiales Pozos Control de sistemas de distribucin por canales
Perdidas Distribucin por ramales Distribucin por ramales Aforos de ingreso y salida Derivadores de caudal
Manejo eficiente del agua en general
Conceptos GeneralesConceptos Generales
Registro Hidromtricog
Es la recopilacin de todos los datos de campod t i d l i d d t i d t ddeterminados en la seccin de un determinado punto decontrol.
Dependiendo de la ubicacin del punto de control, losregistros pueden ser: Velocidad. Tiempo Profundidad de agua.g Caudales captados y entregados al sistema de riego; etc
Conceptos GeneralesConceptos GeneralesReporte Resultado del procesamiento de un conjunto de
datos obtenidos, en el cual normalmente unasecuencia de informacin medida se convierten uncaudal o volumen (m/s, m/da, etc.)
El reporte generalmente presenta los resultados uobjetivos previstos en el punto de control. Ej Caudal del roobjetivos previstos en el punto de control. Ej Caudal del roTomebamba estimado al medio da es de 5m/s.
Conceptos GeneralesConceptos GeneralesCaudal
Es la cantidad de agua por unidad de tiempo quecircula por una seccin hidrulica cualquiera, seap q ,riachuelo, quebrada, rio, canal, tubera, pozo, orificio etc.
El caudal de un ro o canal es de tantos metros cbicos de agua por segundo (m/s);
El caudal de una tubera es de tantos litros por segundo (L/seg); El caudal de un pozo o de una mina es de tantos litros por minuto (L/min);
Conceptos GeneralesConceptos GeneralesPrecipitacin
La precipitacin es cualquier forma de agua que cae dela atmsfera y llega a la superficie terrestre. Estefenmeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve,granizo
La cantidad de precipitacin sobre un punto de la superficie terrestre esllamada pluviosidad.
La precipitacin es generada por las nubes cuando alcanzan un punto La precipitacin es generada por las nubes, cuando alcanzan un puntode saturacin; en este punto las gotas de agua aumentan de tamaohasta alcanzar el punto en que se precipitan por la fuerza de gravedad.
La precipitacin se expresa en mm. La precipitacin se expresa en mm.
CaudalAforos en ros
Seccin de Medicin
El lugar donde se va ha efectuar la medicin de la velocidad delagua, se conoce como la seccin transversal del curso de agua,
t d b t bi d t d l l d d lesta debe estar ubicada en un tramo del cauce o canal donde elflujo de agua tenga las siguientes caractersticas:
1) El tramo del ro que se escoja para medir el agua debe ser en lo1) El tramo del ro que se escoja para medir el agua debe ser en loposible recto, en una distancia de 50 a 100 metros, tanto aguasarriba como agua abajo de la estacin de aforo. En este tramorecto, no debe confluir ninguna otra corriente de agua., g g
2) La seccin de control debe estar ubicada en un tramo en el cual elflujo sea calmado y con flujo constante, por lo tanto, libre deturbulencias, y donde la velocidad misma de la corriente este,, y ,dentro de un rango que pueda ser registrado por un aforador.(0.1m/s - 4m/s)
Aforos en rosAforos en ros
3) El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales,de piedras grandes, bancos de arenas, etc. para evitarimprecisiones en las mediciones de agua. Estos obstculos hacenms imprecisas las mediciones en pocas de estiaje.
4) El lugar debe ser de fcil acceso para realizar las mediciones.
Aforos en rosAforos en ros
3) El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas o matorrales,de piedras grandes, bancos de arenas, etc. para evitarimprecisiones en las mediciones de agua. Estos obstculos hacenms imprecisas las mediciones en pocas de estiaje.
4) El lugar debe ser de fcil acceso para realizar las mediciones.
Aforos en rosAforos en ros
5) Tanto aguas abajo como aguas arriba, la estacin de aforo debeestar libre de la influencia de puentes con estribos en el cauce,presas o cualquier otras construcciones que puedan afectar lasmediciones.
Medicin del caudalMedicin del caudal Es la cuantificacin del volumen de agua que pasa por
una seccin transversal de un conducto (ro, riachuelo,( , ,canal, tubera, pozo); tambin se le conoce como aforoliquido.Para c antificar la cantidad de ag a se p ede tili ar las Para cuantificar la cantidad de agua se puede utilizar las siguientes frmulas:
Q = A x V o Q = Vol / tQ = A x V o Q = Vol / tDonde:
Q = Caudal o Gasto (m/s)A = rea de la seccin transversal (m)
V = Velocidad media del agua en la seccin hidrulica (m/s)Vol = Volumen (m o lt)Vol Volumen (m o lt)
T= Tiempo (s)
Mtodos de MedicinMtodos de Medicin
Los mtodos de aforo ms utilizados son:Los mtodos de aforo ms utilizados son:
1. Mtodo del flotador (Emprico) 2. Velocidad y seccin (Mecnico y electrnico) 3. Estructuras Hidrulicas (Ecuaciones)( ) 4. Mtodo volumtrico (Emprico) 5. Mtodo qumico (trazadores)q ( ) 6. Radar, Acstico y Doppler (Alta tecnologa)
Mtodos de MedicinMtodos de Medicin
Grado de dificultad y eficacia de los mtodos:y
1. Mtodo del flotador (Simple y aproximado) 2. Velocidad y seccin (Moderado y bueno) 3. Estructuras Hidrulicas (Simple y precisa) 4. Mtodo volumtrico (Emprico y bueno) 5. Mtodo qumico (difcil y bueno) 6. Radar, Acstico y Doppler ADCP (moderado
y preciso) Suponiendo que los mtodos se realizan siguiendo los procedimientos
correctamente en cursos importantes (Ej ro Paute)
Mtodo del FlotadorMtodo del Flotador
Este mtodo se utiliza cuando no se dispone deequipos de medicin; para medir la velocidad delagua, se usa un flotador con el se mide la velocidadsuperficial del agua; pudiendo utilizarse comosuperficial del agua; pudiendo utilizarse comoflotador, un pequeo pedazo de madera, corcho,una pequea botella lastrada.p q
Los valores de caudal obtenidos por medio depeste mtodo son aproximados, por lo tantorequieren ser reajustados por medio de factoresempricos de correccin (C)
Mtodo del FlotadorMtodo del Flotador
Para el clculo del caudal se utiliza la siguiente gfrmula:
Q = C A VQ = C . A . V V = e / t
Donde:Donde:C: Factor de correccin
V : Velocidad (m / s)E i id l fl t d ( )e : Espacio recorrido por el flotador (m)
t : Tiempo de recorrido del espacio e por el flotador (s)A : rea de la seccin transversal
Q : Caudal
Mtodo del FlotadorMtodo del Flotador
Ejercicio: Determine el caudal que circula por el ro a partirj q p pde la siguiente informacin: Se empleo el mtodo deflotadores, asumiendo rio profundo y lento. Dibuje laseccin transversalseccin transversal.
Abscisa Profundidad Espacio Tiempo
( ) ( ) ( )(m) (m) (m) seg0 0 0 605 4.9 100 9210 6 36 100 5210 6.36 100 5215 6.26 100 5320 6.05 100 5025 6 6 100 5725 6.6 100 5730 6.24 100 5735 6.18 100 5340 4 25 100 7540 4.25 100 7545 0 0 60
Mtodo Velocidad SecconMtodo Velocidad - Seccon Es uno de los mtodos ms utilizados; para determinar
el caudal se requiere medir el rea de la seccinel caudal se requiere medir el rea de la seccintransversal del flujo de agua y la velocidad media, seaplica la siguiente frmula:
Q = A x V
E l t di t t d En general en nuestro medio para este mtodo seemplea el molinete manual o electrnico, aunque existenotros mtodos como el acstico.
La dificultad principal es determinar la velocidad mediaporque vara en los diferentes puntos de la seccinhidrulicahidrulica.
Mtodo Velocidad SecconMtodo Velocidad - Seccon
En cauces pequeos es necesarioEn cauces pequeos es necesarioingresar al cauce a tomar la medicin
En cauces grandes se debe buscar un gpuente o estructura estable y aforar a partir de una gra mecnica
Velocidad seccion: Molinete y micromolinete
Equipo del molinete (contador digital o auditivo)
Velocidad seccion: Molinete y micromolinete
Este medidor de corriente es suspendido en el agua por medio de un vstago (ros pequeos) o una gra usando un cable con un peso slido (ros grandes)peso slido (ros grandes).
El Molinete consiste esencialmente de una rueda hecha de seistazas cnicas, las cuales rotan libremente con la corriente alrededorde un eje vertical dentro del yugo. Adems el molinete estprovisto de un set de dos veletas de cola en ngulo recto, una en elplano horizontal y la otra en la verticalplano horizontal y la otra en la vertical
Molinete y vstago: Ros pequeosMolinete y vstago: Ros pequeosEl molinete es apoyado por una barra o un vstago planoque pasa a travs de una ranura en el yugo y esasegurado por un perno que le permite un ciertomovimiento en el plano vertical.movimiento en el plano vertical.
Molinete y vstago: Ros pequeosMolinete y vstago: Ros pequeos
Registro de la informacin en campoRegistro de la informacin en campo
Abscisa Profundidad Observacin Revoluciones TiempoAbscisa Profundidad Observacin Revoluciones Tiempo
(m) (m) (m) (%) # (s)0 0 0 0 0 0
1.6 80 45 425 2 1.2 60 50 41
0.4 20 54 42
1. Mtodo del molinete (contador digital o auditivo)
El molinete realiza la medicin de la velocidad (V) aEl molinete realiza la medicin de la velocidad (V) apartir de el numero de revoluciones (n) que la canastillagira alrededor de su propio eje, provocado por lavelocidad del agua en ese puntovelocidad del agua en ese punto.
Generalmente cada molinete presenta una ecuacin delib i l t f i d l dcalibracin para la transformacin del numero de
revoluciones a la velocidad.
EJ: para n ( rev. / s ) < 0,80 V = 0,2517 n + 0,014
n ( rev. / s.) 0,80 V = 0,2605 n + 0,007
Molinete gra y peso de sondeo: RosMolinete, gra y peso de sondeo: Ros grandes
Al extremo inferior del molinete en la varilla de soporte seAl extremo inferior del molinete en la varilla de soporte seune un peso de sondeo para ayudar a sostener elinstrumento a una profundidad deseada. Estos pesos vienendesde 15 hasta 300 libras.
Molinete gra y peso de sondeo: RosMolinete, gra y peso de sondeo: Ros grandes
Gra de montaje Esta gra se monta en tres ruedasGra de montaje.- Esta gra se monta en tres ruedas,diseadas para llevar el molinete y el peso en una posicinequilibrada mientras se mueve entre los puntos que se estnmidiendo. Para la medida de la corriente, la gra se inclinacontra el carril del puente, el molinete es levantado y bajadopor un carrete de manivela.por un carrete de manivela.
Pasos para realizar el aforo con molinetePasos para realizar el aforo con molinete
En un ro para determinar el caudal que pasa por unap q p pseccin transversal, se requiere saber el caudal quepasa por cada una de la subsecciones en que se dividela seccin transversalla seccin transversal.
Pasos para realizar el aforo con molinete Si la profundidad del agua es menor a 75 cm, se asumep g ,
que la velocidad obtenida en el 60% de la profundidades la velocidad promedio en un rea rectangular parcial.Si la profundidad es mayor a 75 cm y menor a 3m laSi la profundidad es mayor a 75 cm y menor a 3m , lavelocidad promedio del rea rectangular parcialcorresponde al promedio de las velocidades obtenidas al
% % f20%y al 80% y luego promediada con la profundidad del60% (3 puntos).
Si la profundidad es mayor de 3m se recomiendarealizar el aforo por el mtodo de 5 puntos, aadiendo lavelocidad superficial y del fondo.
Ecuaciones para determinar la velocidadEcuaciones para determinar la velocidad media
E i 1 tEcuacin con 1 punto V = V0.6
Ecuacin con 3 puntosp
V a= (V0.2 + V0.8) / 2 (2puntos)
Ecuacin con 5 puntos
V = (Va + V0.6) / 2
Perfil de velocidades segn la profundidad
La profundidad en cadaLa profundidad en cadavertical se identifica con hy las mediciones seh f i d lhacen en fracciones de laprofundidad total,tomndolas desde lasuperficie hacia el fondo.
Se recomienda tomarSe recomienda tomarvarias medidas develocidad en el mismo
tpunto.
Ejercicio: Determine el caudal que circula por el ro a partir de la siguiente informacin: Se empleo el mtodo delde la siguiente informacin: Se empleo el mtodo del molinete Gurley.
Aplique la ecuacin caracterstica del molineteAplique la ecuacin caracterstica del molinete
V = 0.4672 n + 0.0056 n(rev/s)
Grafique la seccin de aforo y determine el punto que corresponde a la curva de aforo (altura) para ese caudalcorresponde a la curva de aforo (altura) para ese caudal
Abscisa ProfundidadProfundidadde
Revoluciones TiempoOb i
pObservacin
(m) (m) (m) (%) # (s)0 0 0 60 0 40.0
0.7 0.52 0.312 6043
40.05050
2.7 0.80.16 20
8638.0
84
0.64 8056
40.055
4.7 0.970.194 20
7242.0
70
0.776 8076
40.08289
6.7 1.22
0.244 2089
40.090
0.732 6092
41.094
0 976 8088
40 00.976 80 40.086
8.7 1.20.24 20
8740.0
89
0.96 8084
39.08383
10.7 0.72 0.432 6020
40.021
12 0 0 60 0.0 40.0
TrabajoTrabajo
Determinar el caudal que circula por un ro de llanuracuyos registros de aforo presenta los siguientesresultados indicado en el documento entregado.
Calcule el caudal obtenido anteriormente a partir delmtodo de 1 y 2 puntos
Graficar la seccin de aforo y grafique al menos 5 de lascurvas profundidad velocidad.
Comente los resultados y en funcin a ellos apruebe orecomiende acciones para mejorar la toma de registros.
La velocidad media del agua en cada vertical puedeg pdeterminarse dependiendo del tiempo disponible y teniendo enconsideracin el ancho, la profundidad del agua, lascondiciones del lecho, los cambios de nivel, as como la
Curvas Isotquicas: Consiste en trazar lneas de igual
, ,precisin con que se desea operar:
Curvas Isotquicas: Consiste en trazar lneas de igualvelocidad en el perfil del cauce y obtener la velocidadmedia de la seccin por integracin directa.
Calibracin de la seccin de medicin:Calibracin de la seccin de medicin: Curva de descarga
Tanto el rea de la seccin como la velocidad del flujovaran con los cambios de altura en el nivel del agua. Lacaracterstica de la seccin seleccionada debe sercaracterstica de la seccin seleccionada debe serestable y de fcil acceso. Una vez conocida la relacinentre nivel del agua y el caudal, estas se deben ajustar auna funcin matemtica conocida ;y con esta segeneran datos de caudales conocidos para construir laregla limnimtricaregla limnimtrica.
Calibracin de la seccin de medicin:Calibracin de la seccin de medicin: Curva de descarga
C l li i dCon la realizacin devarios aforos en unaseccin para distintosniveles de agua seniveles de agua, sepuede establecer unarelacin HQdenominada curva dedenominada curva dedescarga.
Calibracin de la seccin de medicin:Calibracin de la seccin de medicin: Curva de descarga
Los aforos se debenrealizar periodicamente almenos durante un ao 1 Aforomenos durante un aohidrolgico completoabarcando invierno yverano
1 Aforo
verano.
La calibracin de la curvapermite la construccinpde los limnmetros pararegistro continuo decaudales
Informacin reportada de sensoresInformacin reportada de sensores
400
450
500Ro Bulubulu en M. J. CalleLos aforos constituyen
la medida del caudalen cualquier momento
d
200
250
300
350
C
a
u
d
a
l
[
m
/
s
]y no se puedeprogramar confacilidad esta actividad,es necesario una
0
50
100
150Ces necesario unacoordinacin adecuadapara obtenerinformacin valida para
Fecha [resolucin horaria]
informacin valida parala construccin de lacurva.
Comportamiento anual de lluvias y caudalesComportamiento anual de lluvias y caudales Las precipitaciones a lo largo del ao son diferentes, por
tanto el caudal de los ros o fuentes naturales tambin lotanto el caudal de los ros o fuentes naturales tambin lo ser
180 140
120
140
160
180
m
/
m
e
s
)
100
120
140
/
s
)
40
60
80
100
p
i
t
a
c
i
n
(
m
m
40
60
80
C
a
u
d
a
l
(
m
0
20
ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
P
r
e
c
i
p
0
20
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mes
ElLabrado MataderoMes
Bulubulu AJ Payo Caar DJ Raura Caar en Puerto Inca
Elaboracin de la curva de descarga
y = 0 377x0 3173.5
4
Ro Quevedo - QuevedoAforo Fecha V H Q# m/s m m/s
1 22/01/2013 1.37 2.10 297.68y = 0.377x0.317
R = 0.974
2
2.5
3
d
e
A
g
u
a
(
m
)
2 19/02/2013 1.82 2.70 468.63
3 19/03/2013 2.37 3.60 910.66
4 17/04/2013 1.65 3.23 855.67
5 15/05/2013 0 97 1 93 152 76
0.5
1
1.5N
i
v
e
l
d
5 15/05/2013 0.97 1.93 152.76
6 12/06/2013 1.01 1.60 135.47
7 10/07/2013 0.72 1.40 69.478 07/08/2013 0.57 1.25 49.37
00 200 400 600 800 1000
Caudal (m/s)
9 04/09/2013 0.61 1.25 43.91
10 01/10/2013 0.50 1.30 39.6411 13/11/2013 0.38 1.10 23.62
Implementacin de limnmetros en elImplementacin de limnmetros en el punto de control
EjercicioBulubulu en Manuel J Calle
Aforo H Qj
Dibuje la nube de
# m m/s1 1.3 252 1 143 1 2 26puntos y determine la
curva de descarga y su funcin a partir de la
3 1.2 264 1.45 345 1.55 396 1.85 58funcin a partir de la
siguiente informacin de 20 aforos lquidos realizados en el ro
7 1.9 608 1.6 349 1.7 4110 1 65 37realizados en el ro
Bulubulu.10 1.65 3711 2 8212 1.95 6613 1.8 52
Calcule en clase una expresin lineal
aproximada para el
14 1.65 4915 2.1 8816 2.35 11517 0 8 6 5p p
clculo de caudales en el rango de registros
17 0.8 6.518 0.85 6.219 0.7 3.220 0.6 2.8
Extrapolacin de la curva de descargaExtrapolacin de la curva de descarga
Entre los mtodos mas conocidos para la extrapolacin de laEntre los mtodos mas conocidos para la extrapolacin de lacurva de descarga tenemos
1 E t l i M l1. Extrapolacin Manual2. rea y Velocidad Media3. Mtodo de Manning4. Mtodo de Stevens5. Mtodo Ruso 6 Mtodos Analticos6. Mtodos Analticos
Extrapolacin de la curva de descargap g
1. Extrapolacin Manual .- Siguiendo la tendencia de los aforosli d fi l l l b d trealizados, se grafica la lnea por la nube de puntos y se
prolonga hasta mas all del ultimo punto medido, manteniendola tendencia.
2. rea y Velocidad Media.- A partir de la seccin transversal completa, se pueden generar mas puntos de la curva a partirde la curva altura - velocidad media y generar caudales paravalores extremos para alturas mayores a las aforadas.
3. Mtodo de Manning.- Aplicando la formula tradicional de Manning y del levantamiento de la seccin completa de aforo su usan:el trmino AR2/3, se llama factor geomtrico (FG) y depende deg ( ) yla seccin de control, se grafica la relacin H vs AR2/3.
Extrapolacin de la curva de descargap g
3. Mtodo de Manning Factor Hidrulico FH = S1/2/n
Factor FG Depende de la rugosidad y lapendiente, tiende a ser constante paraniveles altosniveles altos.
Factor FH
H
AR2/3H
Q = FG x FHS1/2/n
Extrapolacin de la curva de descargap g4. Mtodo de Stevens
f C fBasado en la formula de Chezy para ros anchos y poco profundos
Q = A * C * R * S 611 RC
Donde:A: rea de la seccin de aforo (m)
Rn
C
C: Coeficiente de rugosidad de Chezy.R: Radio Hidrulico
S: Pendiente de la lnea de EnergaQ Ca dal de la descarga (m/s)Q: Caudal de la descarga (m/s)
Stevens asimila el radio hidrulico al tirante medio (D) y considera queStevens asimila el radio hidrulico al tirante medio (D), y considera quela pendiente tambin es constante. Estas son las dos suposiciones enque se basa el mtodo
Extrapolacin de la curva de descargap g3. Mtodo de Stevens
De esta forma el primer factor corresponde al factor hidrulico (FH) yDe esta forma el primer factor corresponde al factor hidrulico (FH), yel segundo al factor geomtrico (FG) que viene en unidades de(A.D^1/2). El factor hidrulico se vuelve constante para valores altos demiramira.
El objetivo es graficar la curva Q vs FG y H vs FG para obtener larelacin nivel caudal para valores altos de nivel del agua.p g
Ejemplos de curvas de descarga extrapoladaEjemplos de curvas de descarga extrapolada
Extrapolacin de la Curva de Descarga Mtodo de Stevensp gH (m) 2.5 2.75 3 3.25 3.5
Q(m/s) 125.2 155.1 188.3 225.0 265.1
Ejemplos de curvas de descarga gextrapolada
TrabajoTrabajo
Obtenga y extrapole conObtenga y extrapole conlos datos anteriores unacurva de descarga detipo potencial quepermita predecircaudales hasta de
n = 0.025 S=0.02
caudales hasta de300m/s con el mtodode Stevens a partir de la
Abscisa (m)
Profundidad (m)
0 0
siguiente informacin ygrafique las curvasresultantes
10 -220 -430 -540 -4resultantes50 0
Mtodo VolumtricoMtodo VolumtricoSe emplea por lo general para caudales muypequeos y se requiere de un recipiente parapequeos y se requiere de un recipiente paracolectar el agua. El caudal resulta de dividir elvolumen de agua que se recoge en el recipienteg q g pentre el tiempo que transcurre en colectar dichovolumen.
Q = Vol / TD d
Aplicado en acequias, canalespequeos adjudicaciones deDonde:
Q = Caudal (lt/s)Vol= Volumen (lt)
T = Tiempo (s)
pequeos, adjudicaciones deriego, planta pequeas deagua
T = Tiempo (s)
Mtodo VolumtricoMtodo VolumtricoSe emplea por lo general para caudales muypequeos y se requiere de un recipiente parapequeos y se requiere de un recipiente paracolectar el agua. El caudal resulta de dividir elvolumen de agua que se recoge en el recipienteg q g pentre el tiempo que transcurre en colectar dichovolumen.
Q = Vol / TD d
Aplicado en acequias, canalespequeos adjudicaciones deDonde:
Q = Caudal (lt/s)Vol= Volumen (lt)
T = Tiempo (s)
pequeos, adjudicaciones deriego, planta pequeas deagua
T = Tiempo (s)
Mtodo Qumico y radioactivosMtodo Qumico y radioactivosConsiste en incorporacin a la corriente de ciertasustancia qumica durante un tiempo dado; usado dondeq p ;las corrientes son muy difciles de aforar muy convenienteen ros turbulentos, se llaman tambin trazadores ypueden ser:pueden ser:
1) Qumicos: de esta clase son la sal comn y el dicromato de sodiodicromato de sodio
2) Fluorescentes: como la rodamina B, permanganato de potasio, fluorescena, rojo congo.
3) Materiales radioactivos: los mas usados son el yodo 132, bromo 82, sodio, istopo de hidrgeno
Poco aplicados en nuestro medio por los altos costos querepresenta as como su disponibilidad.
Mtodo Qumico y radioactivosMtodo Qumico y radioactivos
Colorantes - Cuando se emplean colorantes laColorantes.- Cuando se emplean colorantes, lametodologa es similar al mtodo del flotador, midiendouna distancia, el tiempo en que se demora lo solucin enll d t tllegar de un extremo a otro.
Qumicos y/o radiactivos - Para corrientes turbulentasQumicos y/o radiactivos.- Para corrientes turbulentascomo los ros de montaas. Estos trazadores se utilizande dos maneras: como aforadores qumicos, esto es,
d t i l d l t t l d i tpara determinar el caudal total de una corriente y comomedidores de velocidad de flujo
Mtodo Qumico y radioactivosMtodo Qumico y radioactivos
La metodologa consiste en inyectar una tasa constante desolucin qt (qumica o radioactiva) de concentracinconocida Cti a la corriente cuya concentracin de lasustancia, Ca , en la corriente, tambin se conoce.sustancia, Ca , en la corriente, tambin se conoce.
A una distancia corriente abajo, suficientemente grande paraasegurar que se han mezclado totalmente el trazador y elasegurar que se han mezclado totalmente el trazador y elagua, se toman muestras de sta, y se determina laconcentracin de la sustancia qumica o radioactiva, Ct
Calculndose el caudal como Q = qt * (Cti Ct) / (Ct Ca)Calculndose el caudal como Q qt (Cti Ct) / (Ct Ca)
Mtodo Qumico y radioactivosMtodo Qumico y radioactivosCondiciones del reactivo
D b l f il h t l Debe mezclarse fcil y homogneamente con el agua, paralo cual se requiere de una fuerte turbulencia en el trayectocomprendido desde donde se inyecta la sustancia al cauce,hasta donde se recogen las muestras.
Debe ser barato, soluble en agua, inocuo, no corrosivo, nitxico de densidad cercana a la del aguatxico, de densidad cercana a la del agua.
Debe ser fcilmente detectable en el agua, an enconcentraciones pequeas.p q
Debe ser conservativo, es decir, no degradable ni reactivo,entre el momento de la inyeccin y el momento del anlisisfinal de las muestrasfinal de las muestras.
Aforo con equipo acsticos DopplerAforo con equipo acsticos Doppler
Efecto Doppler
El efecto Doppler es la alteracin de la frecuencia de lasondas en funcin del movimiento; ya sea del receptor oondas, en funcin del movimiento; ya sea del receptor odel emisor de las ondas de sonido. Christian AndreasDoppler -en 1842- mencion que haba una variacin del l i d d d d l i i d d i idla longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida orecibida por un objeto en movimiento
Cuando la fuente se desplace hacia el observador losCuando la fuente se desplace hacia el observador, losfrentes de onda estarn ms cerca uno del otro. Enconsecuencia, el observador percibe sonidos ms agudosdebido a una menor longitud de onda; en contraparte,cuando la fuente se aleja del observador la frecuencia ylongitud de la onda son ms grandes, y el observadorg g , ypercibe un sonido ms grave
Aforo con equipo acsticos Doppler (ADV)Aforo con equipo acsticos Doppler (ADV)
Un medidor acstico Doppler de velocidad conocido Un medidor acstico Doppler de velocidad, conocidocomo el ADV, ha sido desarrollado para medir lasvelocidades del agua en cauces abiertos, a unos pocos
t t d l C l di t i d l di icentmetros del sensor. Como la distancia de la medicinde la velocidad es pequea, proporciona datos develocidad que podemos considerar como velocidadespuntuales, para efectos prcticos, el uso de esteinstrumento est limitado a medir el caudal en ros pocoprofundosprofundos.
En nuestro medio un equipo ADV es el Flow Tracker En nuestro medio un equipo ADV es el Flow Tracker
Aforo con equipo acsticos Doppler (ADV)Aforo con equipo acsticos Doppler (ADV)
Flow Tracker (Sontek)
Aforo con equipo acsticos Doppler (ADV)Aforo con equipo acsticos Doppler (ADV)
Forma de clculo
Se deben tomar medidas a diferentesprofundidades, recomendndose al 20, 60 y 80%de profundidad desde la superficie y aplicando la
i t d l l li t t di i l lmisma metodologa que el molinete tradicional, loque difiere es el mtodo de determinacin de lasvelocidades en el perfil de flujovelocidades en el perfil de flujo
V = V0 6V a= (V0.2 + V0.8) / 2 (2puntos)V = V0.6
V = (Va + V0.6) / 2
Aforo con equipo Doppler (ADCP)Aforo con equipo Doppler (ADCP)
Los ADCP (perfiladores de corriente) necesitan que elt t t l dsensor est en contacto con el agua, para as poder
transmitir y medir los pulsos sonoros (pings) dirigidos atravs de la columna de agua; los reflejos de estos pulsosg j psonoros, o bien el eco procedente de partculas oburbujas pequeas y suspendidas que se mueven en elmedio acstico producen un desplazamiento en el sonidomedio acstico, producen un desplazamiento en el sonidotransmitido, a partir del cual se determina la velocidad.
En nuestro medio un equipo ADCP es el de la fabricaTeledine acompaada del bote Q 1800P deOceanscience
Aforo con equipo Doppler (ADCP)Aforo con equipo Doppler (ADCP)
Q 1800P y ADCP Teledyne
Resultados ADCP
Aforo con equipo Doppler (Radar)Aforo con equipo Doppler (Radar) La caracterstica nica del sistema de radar es la captura
continua de la velocidad de flujo que permite una medicinexacta de descarga en el tiempo, as como del nivel del agua ala que se encuentra el ro o cauce a aforar
L d l t l i i tLos radares en general presentan las siguientescaractersticas:- Necesitan de la seccin de aforo ingresada al programag p gcentral del radar.- Mide la velocidad superficial del flujo
Posee un sensor de nivel radar- Posee un sensor de nivel radar- La integracin del sensor de nivel por radar y la velocidadcorregida calcula la descarga
En nuestro medio un equipo radar es el RQ-24 de la fabricaSOMMER
Aforo con equipo Doppler (Radar)Aforo con equipo Doppler (Radar) El sistema basa su funcionamiento el uso del Efecto
Doppler la cual aprovecha el principio de la variacin deDoppler la cual aprovecha el principio de la variacin defrecuencia reflejada de un objeto en movimiento.
Aforo con equipo Doppler (Radar)Aforo con equipo Doppler (Radar)
El sistema RQ-24 combina 2 tcnicasde medicin de tipo radar sin contactode medicin de tipo radar sin contactocon el agua, medicin de nivel y develocidad de agua.
Posee salidas tanto de tipo digital comoanalogicas
Aforo con equipo Doppler (Radar)Aforo con equipo Doppler (Radar)
Aplicaciones (Radar)Aplicaciones (Radar)
El radar RQ 24 es aplicado para la medidade caudales continuo en un ro, canal ocauce natural, permite determinarhidrogramas completos desde el inicio hastal fi l d t t l iel final de un evento meteorolgico
Permite a corto plazo calcular curvas dedescarga y captar informacin de caudalesdescarga y captar informacin de caudalesen fuertes crecientes.
Muy til para determinar caudales en sitiosMuy til para determinar caudales en sitiosde difcil acceso, ya que puede colocarse enlas orillas y tomar datos correctos.
Clculo del Caudal: RadarClculo del Caudal: Radar
CONSIDERACIONES PARA LA INSTALACIONCONSIDERACIONES PARA LA INSTALACION
DISTANCIA A LA SUPERFICIE DEL AGUAMnimo 1mMximo 30m
ANGULO DE INSTALACIN DE MEDICINDe 40 a 60Angulo recomendado 55Angulo recomendado 55
DISTANCIA LATERAL A LOS LADOSMnimo 50 cm
InstalacinInstalacin
Es posible conectar hasta 5 RQ-24 a un mismo sistema de descargaEs posible conectar hasta 5 RQ 24 a un mismo sistema de descarga todos reportando a un RQ-24 que actua como master
Es necesario configurar las direcciones de cada radarg
02
1
0
o
f
u
n
d
i
d
a
d
(
m
)
UNIVERSIDAD DE CUENCA - PROGRAMA PARA EL MANEJO DEL AGUA Y DEL SUELO ( PROMAS )
Ro : QuevedoEquipo: Radar
RQ 24
3
2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
P
r
o
Abscisa (m)
Quevedo RQ-24
Fecha: 19/02/2013Abscisa inicial:
0 m
Hora: 14H30-15H00Abscisa Final:
130 mRealizado por: PA, RC, CC, PF, JN.
Af i Q d Q d 19 02 13SeccinroQuevedoenMocache
La velocidad medida de flujo local
Aforo rio Quevedo en Quevedo 19-02-13
Tiempo Velocidad* reaDescarg
a(min) (m/s) (m) (m/s)
0 1,468 247,35 458,981,5 1,449 247,35 453,04 La velocidad medida de flujo local
difiere de la velocidad media y estavariacin se representa por unfactor K. El factor K es
, , , ,3 1,476 247,35 461,48
4,5 1,496 247,35 467,736 1,475 247,35 461,17
7,5 1,445 247,35 451,799 1,457 247,35 455,54
10 5 1 426 247 35 445 85adimensional y depende del nivelde agua y la rugosidad. Este factores calculado por modeloshidrulicos
10,5 1,426 247,35 445,8512 1,476 247,35 461,48
13,5 1,476 247,35 461,4815 1,426 247,35 445,85
16,5 1,476 247,35 461,4818 1,504 247,35 470,23 hidrulicos.19,5 1,463 247,35 457,41
Caudal medio: 460.07
Comparacin de mtodosComparacin de mtodos
ComparacinCualitativa
Volumtrico FlotadorMolinetenormal
ADV(FlowTracker)
ADCP +(Q1800p)
Radar(RQ24)
Qumico
Caudal x xxx xx xx xxxxx xxxxx xxxxx
Dificultad del aforoDificultaddelaforo(insitu)
x x xx xx xx x xxx
Seguridadequipos x x xx xxx xxxxx xxxxx xx
Trasladodeequipos x x xx xx xxxxx xx xx
Resultados(Precisin) x x xxx xxxx xxxxx xxxx xxxx
CostodelEquipo x x xxx xxx xxxxx xxx xxx
#Personas xx xx xx x >xxxxx xx xxxx
Tiempo de trabajo (h) x xx xxx xxx x xx xxTiempodetrabajo(h) x xx xxx xxx x xx xx
Informacinbaserequerida
xx x xxx
Discusin y trabajo en clases: Comparacin de mtodosComparacinCuantitativa
Volumtrico
Flotador MolineteMolinetey
GruaADV
(FlowTracker)ADCP
(Q1800p)Radar(RQ24)
Qumico
Caudalmaximo(m/s)
CostoEquipoUSD 10 10 5000 7500 20000 75000 20000 1000
#Personas
Tiempo(h)deejecucin del
aforo
Ti dTiempodepreparacin
previoalaforo(h)
Velocidaddelaguam/s(Rango)
Alturadelagua(m)(Rango)
P i i / (%)Precisin+/ (%)
Tipodeflujo
Discusin y trabajo en clases: Comparacin de mtodosDiscusin y trabajo en clases: Comparacin de mtodos
Realice la comparacin de los mtodos analizados enl d t i t j d t jclase y determine sus ventajas, desventajas,
aplicaciones y usos a partir de las matrices elaboradasen el taller de curso
De un ejemplo de aplicacin para cada mtodo y en que lugar se puede aplicar en nuestro medioque lugar se puede aplicar en nuestro medio
Estructuras HidrulicasEstructuras Hidrulicas
Para la medicin de caudales tambin seutilizan algunas estructuras especialmenteconstruidas, llamadas medidores o aforadores,cuyos diseos se basan en los principioshidrulicos de orificios, vertederos y seccionescrticas (Venturi Parshall etc)crticas (Venturi, Parshall, etc)
Estructuras HidrulicasEstructuras Hidrulicas Orificios.L i l d l ifi iLa ecuacin general del orificio es
Q = CA (2gh)1/2
Donde:Donde:Q = Caudal (m/s)C = Coeficiente.C Coe c e e
A = rea (m)G = Gravedad (m/s)
h = Tirante de agua (m)
Estructuras HidrulicasEstructuras Hidrulicas Vertederos.
P d d t h d l d dPueden ser de cresta ancha o delgada y pueden trabajar en flujo de descarga libre, sumergida o ahogada La ecuacin general es:ahogada. La ecuacin general es:
Q = CbHnQ = CbHn
Donde:Q = Caudal (m/s)Q = Caudal (m/s)C, n = Coeficientes.
b = Ancho de la cresta (m)b Ancho de la cresta (m )H = Tirante de Agua (m/s)
Vertederos Los vertederos son simples aberturas sobre las que se
desliza un lquido. Pueden ser entendidos como orificiosqcuya arista superior est sobre el nivel de la superficielibre del lquido. Se suelen usar para medir caudales enconductores libres (canales ros etc)conductores libres (canales, ros, etc).
Pueden ser triangulares o rectangulares trapezoidales o combinados.
Cuando la inclinacin de los taludes laterales es de 4V:1H, el vertedero recibe el nombre de Cipolleti p
Vertedero Rectangular de pared delgadaVertedero Rectangular de pared delgada
Es el vertedero cuya seccin de caudal es un rectngulo d d d l d d t l d d l tde paredes delgadas, de metal o de madera, y la cresta es achaflanada, es decir, cortada en declive a fin de obtener una arista delgada.g
Los vertederos pueden utilizarse en combinacin con unaparato denominado limngrafo En este caso el aparatoaparato denominado limngrafo. En este caso, el aparatoregistra la variacin del nivel aguas arriba del vertedero
Vertedero tipo Azud o CreagerVertedero tipo Azud o Creager Se usa para evacuar caudales de creciente, pues la
forma especial de su cresta permite la mxima descargaforma especial de su cresta permite la mxima descargaal compararlo con otra forma de vertedores para igualaltura de carga de agua
Vertedero triangular de pared delgadaVertedero triangular de pared delgada
Los vertederos triangulares permiten tener medidas msi d l lt di t d lprecisas de las alturas correspondientes a caudales
reducidos. Por lo general, se trabajan en metal. En la prctica comn, nicamente se emplean los que En la prctica comn, nicamente se emplean los que
tienen forma de issceles y los ms usuales son los de90o.
Localizacin del vertederoLocalizacin del vertedero En un trecho rectilneo del curso de agua, libre de
turbulencias preferiblemente sobre una saliente naturalturbulencias, preferiblemente sobre una saliente natural,se coloca el vertedero de tal manera:
1) Que la cresta quede perfectamente colocada en nivel;1) Que la cresta quede perfectamente colocada en nivel;2) Que est en posicin normal respecto a la corriente de
agua;3) Que est firmemente colocada, y que tenga una buena
cimentacin;4) Que el agua no corra por el fondo o por los lados; que4) Que el agua no corra por el fondo o por los lados; que
toda el agua discurra dentro de la abertura rectangular o triangular.
5) Que el agua caiga libremente sin represamiento en el vertedero.
Calculo de un vertedero triangular de pared delgada
Si el ancho de la cresta del vertedor (e), en la direccin del flujo es
258 hd
tal que e/h < 0.67, el vertedor se clasifica como de pared delgada
222
tan158 hgCdQ
Donde: Q= caudal (m/s) = Angulo interno del vertederoh = Carga hidrulica medida aguas arriba del vertedero (m)
Los vertedores triangulares se recomiendan para aforar caudalespequeos medidos en l/s y cargas en el rango de 0.06m < h 0 60m0.60m.
Coeficiente de GastoCoeficiente de GastoEl coeficiente de gasto compensa fenmenos tales como las prdidasde carga entre las secciones de aforo y de control, la falta de
if id d d l di t ib i d l l id d d l t d luniformidad de la distribucin de la velocidad y de la curvatura de laslneas de corriente entre estas dos secciones
5.00087.0565.0h
Cd 5.0h
Formula de Barr
Vale para 90 con cargas 0 05 m h 0 25 m 3h B 8hVale para = 90 con cargas 0.05 m h 0.25 m w 3h, B 8h
Ejercicioj Disee un vertedero triangular de pared delgada si el
caudal de diseo es de 85 l/s que calado tendr el aguacaudal de diseo es de 85 l/s, que calado tendr el aguaen el tringulo si en campo registro con molinete que lavelocidad del agua es de 1.5m/s para ese caudal.Dib j l i di d t d t d lDibuje la seccin diseada otorgando todas lasdimensiones necesarias.
TrabajoDisee y dibuje dos vertederos triangulares si se deseaDisee y dibuje dos vertederos triangulares si se deseamonitorear una quebrada cuyo caudal estimado de diseoes de 200 l/s (TR=10aos), considere un ngulo y investigue una nueva expresin para el calculo delcoeficiente de gasto.
Canal Parshall: FLUME
El aforador Parshall o canaleta es una estructurahid li it di l tid d dhidrulica que permite medirla cantidad de agua quepasa por una seccin de un canal. Consta de cuatropartes principales:p p p
i) Transicin de entrada. ii) Seccin convergente iii) Garganta. iv) Seccion divergente.
Canal Parshall: FLUME
La cada en el piso de la canaleta produce flujoti t d l t L l t d bsupercrtico a travs de la garganta. La canaleta debe
construirse de acuerdo con dimensiones especficaspara satisfacer correctamente la ecuacin de clculo.p
La canaleta Parshall es auto limpiante, tiene una prdidade energa baja y opera con mucha exactitud encaudales bastante variables requiriendo slo unacaudales bastante variables, requiriendo slo unalectura de lmina de agua (Ha), en flujo libre.
Canal Parshall: FLUME
Los vertederos triangulares permiten tener medidas msi d l lt di t d lprecisas de las alturas correspondientes a caudales
reducidos. Por lo general, se trabajan en metal. En la prctica, nicamente se emplean los que tienen En la prctica, nicamente se emplean los que tienen
forma de issceles y los ms usuales son los de 90o.
Canal Parshall: FLUME
Diseo
Todos los canales de este tipo se pueden expresar como:
Q K (H )Q = K (Ha)n
Donde Q es el gasto, para condiciones de descarga libre; Ha es laprofundidad del agua en una ubicacin determinada del aforador en lazona convergente, K y n son valores diferentes para cada tipo deestructura y tamao.
n= coeficiente que vara entre 1,522 y 1,60.K = coeficiente que depende del ancho de la garganta
AnchoW(m)
Lmitesdecaudal(l/s)
QMnimo QMximo
0 025 0.28 5.67
UnidadesMtricas
W(m) K n
0.076 0.176 1.5470.025 0.28 5.67
0.051 0.57 14.15
0.076 0.85 28.31
1 42 110 44
0.152 0.381 1.58
0.229 0.535 1.53
0 305 0 69 1 522 0.152 1.42 110.44
0.229 2.58 252.00
0.305 3.11 455.90
0.305 0.69 1.522
0.458 1.054 1.538
0.610 1.426 1.55
0.457 4.24 696.50
0.610 11.90 937.30
0 914 17.27 1427.20
0.915 2.182 1.566
1.220 2.935 1.578
1 525 3 728 1 587 0.914 17.27 1427.20
1.219 36.81 1922.70
1.524 45.31 2424.00
1.525 3.728 1.587
1.830 4.515 1.595
2.135 5.306 1.601
1.829 73.62 2931.002.440 6.101 1.606
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Monitoreo ContinuoMonitoreo Continuo
1.0
1.2
1.4
m
)
0.2
0.4
0.6
0.8
L
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v
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l
w
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t
e
r
(
m
0.021/04/2009 00:00 23/04/2009 00:00 25/04/2009 00:00
Bibliografa Principal: USGSBibliografa Principal: USGS
Ejercicio: Disee un FlumeDisear y grafique en perfil y corte dos FLUME que sirva comoDisear y grafique en perfil y corte dos FLUME que sirva comoaforador en dos puntos, si el caudal previamente calculado es de1.40 m3/s y 2.20m/s, adems determine la velocidad en los sitiosde medida Hade medida Ha
Aforo con limnmetro y limngrafoAforo con limnmetro y limngrafo
El mtodo que se usa corrientemente para aforar unro, es usando limnmetro o limngrafo, puesto queusar frecuentemente el molinete en impracticable porlo difcil y tedioso de realizar las mediciones con estelo difcil y tedioso de realizar las mediciones con esteinstrumento.
Un limnmetro es simplemente una escala tal comouna mira de topgrafo, graduada en centmetro.Basta con leer en la escala o mira, el nivel quealcanza el agua para saber el caudal de agua quepasa en este momento pero previamente se tienepasa en este momento, pero previamente se tieneque saber la curva de descarga
Estacin hidromtricaEstacin hidromtrica
Estacin hidromtricaEstacin hidromtricaEs un lugar fijo en una seccin del ro donde se realizan un conjunto deoperaciones que permitan determinar el caudal circulante en momento yoperaciones que permitan determinar el caudal circulante en momento ytiempo determinado
Estas estaciones deben ser ubicadas en zonas de fcil acceso donde elEstas estaciones deben ser ubicadas en zonas de fcil acceso donde ellecho del rio sea estable y donde el tramo sea lo mar recto posible paraevitar la distorsin en los resultados
Anuarios hidrometeorolgicosAnuarios hidrometeorolgicosLibro o publicacin que se edita anualmente con todos los datos de loocurrido durante el ao anterior, dedicado a la informacin general o auna materia o actividad especfica.
El INAMHI (Instituto Nacional de Meteorologa e Hidrologa del Ecuador)bli l t l i t hid t i l i t i d t dpublica anualmente los registros hidromtricos y pluviomtricos de todas
las estaciones de su red instaladas en el pas
http://www.serviciometeorologico.gob.ec/
Hidrolgico: Portada Amarilla
Meteorolgico: Portada Azul
Anuarios hidrometeorolgicosAnuarios hidrometeorolgicosPrincipal Informacin que Publican los Anuarios
Hid l iHidrolgico
Ubicacin y caractersticas de las estacionesGlosario y Simbologa
Cada estacin con cdigo H-345Niveles medios diariosNiveles medios diariosCaudales medios diariosAforos lquidosAforos slidosCaudales caractersticos: Medio, mximo mnimoAnlisis Fsico qumicos del aguaAnlisis Fsico qumicos del aguaMapas de ubicacin de estaciones
Estaciones en la provinciadel Azuay
Tomebamba en MonayYanuncay AJ TarquiPaute en PautePaute en PauteGualaceo AJ PauteSan Francisco AJ Santa BrbaraRircay AJ JubonesRircay AJ JubonesTarqui AJ YanuncaySurrocucho AJ LluclluchasJubones DJ San Franciscoentre otras .
Anuarios hidrometeorolgicosPrincipal Informacin que Publican los Anuarios
MeteorolgicogUbicacin y caractersticas de las estacionesGlosario y Simbologa
Cada estacin con cdigo M-145Informacin climatolgica de estaciones principales Informacin mensual de estaciones climticas Informacin mensual de estaciones climticas
Heliofana, Temperatura Max-med-min, viento Humedad relativa, punto de roco, nubosidad Evaporacin, direccin viento, precipitacin(max 24h, mensual, # das de lluvia, hora)
Precipitaciones mensuales y mxima restoPrecipitaciones mensuales y mxima restoestaciones.Anexos y Mapas
Estacin ClimatolgicaEstacin Climatolgica
Estacin PluviomtricaEstacin Pluviomtrica
Estaciones en la provinciadel Azuaydel Azuay
Cuenca (AR)Gualaceo (CO)Gualaceo (CO)Paute (CO)Sigsig (PV)Santa Isabel (CP)( )Girn (PV)San Fernando (PG)Cumbe (PV)Ricaurte (PV)entre otras .
Trabajoj Descargar de la pagina del INAMHI el anuario
hidrolgico y meteorolgico para el ao 2005hidrolgico y meteorolgico para el ao 2005. Examinar la informacin existente de una estacin
hidrolgica y meteorolgica con informacin completa yrecopile.
Hidrolgica : Hidrolgica : Cdigo y caractersticas generales Niveles y Caudales medios mensualesy Nivel y caudal mximo anual Nivel y caudal mnimo anual
R t i i t l i f i d f i t t Rescate si existe la informacin de aforos existentespara esa estacin
TrabajoTrabajo Grafique la curva de descarga de ese ao Grafique la distribucin mensual de caudales
Meteorolgica
Cdigo y caractersticas generales Cdigo y caractersticas generales Precipitaciones medias mensuales Da y Precipitacion mxima en 24hy p Numero de das con precipitacion anual Grafique la distribucin mensual de precipitaciones
Equipos de medicin continua y q p yautomtica: Caudales
Entre los equipos de medicin automtica tenemos: Sensores de presin,Divers , son complementos para el monitoreo de caudales, etc
Sensores de presin: Caractersticasp Posee un transductor de presin sumergible
Un instrumento que registra automticamente el nivel delagua o datalogger
Posibilidad de registro de informacin desde 1 min
Actualmente los registros se hacen cada 15 min Actualmente los registros se hacen cada 15 min
Lectura de informacin a travs de PC, Palm o Logger
Batera interna (2 unidades de 9v)
Mantenimiento mnimo
Baro y Diver: Caractersticasy Mide el nivel y la temperatura de aguas subterrneas y
superficiales Datalogger pequeo y ligero: tiene slo 9mm de largo y
22mm de dimetro.H t 24 000 di i ( di i d 10 Hasta 24.000 mediciones (una medicin cada 10 minutos durante un periodo de 6 meses).
Batera integrada y con 10 aos de vida til.g y Programacin fcil y rpida en campo o en la oficina. Dispositivo para lectura de Baro-Diver y software para
medicin de presin baromtrica. Conexin USB.
Problemas y dificultades encontradasProblemas y dificultades encontradas
Los equipos automticos requieren de informacinpreliminar como curva de descarga o estructurahidrulica de medicin
Vandalismo Vandalismo Acumulacin de sedimentos en zona de medicin Destruccin de vertederos y estructuras hidrulicases ucc de e ede os y es uc u as d u cas Mantenimiento peridico Calibracin frecuente Puntos de acceso complejos Financiamiento necesario
Marcas comercialesMarcas comerciales
Onset: HOBO data loggers USA Global Water USA Schlumberger Water Services Alemania Eijkelkamp diver water level data loggers UK, Holanda Eco Environmental. Australia
Precipitaciones: Estacin pluviomtricaPrecipitaciones: Estacin pluviomtrica
La medicin de la precipitacin se realiza para obtener informacin sobre sus caractersticas espaciales y temporales como intensidad frecuenciasus caractersticas espaciales y temporales, como intensidad, frecuencia, fase, duracin cantidad etc
Existen principalmente dos categoras de instrumentos para medir laExisten principalmente dos categoras de instrumentos para medir laprecipitacin; los mecnicos (pluvimetros, pluvigrafos, etc) y elsensoramiento remoto (lser, satlites, radares y radimetros) quepueden estar en tierra o en satlites.p
Equipos de medicin continua y automtica: q p yPrecipitaciones
Pluvimetro.- Esta compuesto por un balancn con 2 recipientesPluvimetro. Esta compuesto por un balancn con 2 recipientesidnticos de plstico o metal montado por debajo del embudo. El aguaque entra por el embudo cae dentro de uno de los cubos, cuando estese llena, su centro de gravedad se encuentra por fuera del punto desoporte y vuelca haciendo el agua recogida y trayendo el otro cubo a laposicin de cargar agua.
La unidad de medida del balancn puede ser de 0.2mm o 0.1pulg
PluvigrafoPluvigrafo
PluviometraPluviometra Tipo automticos Mecanismo de funcionamiento balancn,, Precisin de medida de 0.2mm o 0.254 mm Registro continuo de informacin Lectura de informacin a travs de PC, Palm
o Logger Batera interna (3v) Mantenimiento mnimo
I d d i d h 1 Independencia de hasta 1 ao
Fuentes de Error en pluvimetrosFuentes de Error en pluvimetros
Representatividad
Viento.- Circula alrededor del pluvimetro, es perturbado por el mismo y desva las gotas mas pequeas hacia fuera del pluvimetro, generando una subestimacin
Evaporacin y Humedecimiento.- Error pequeo
Salpicadura.- Las gotas grandes pueden llegar a salpicar hacia afuera del pluvimetro durante su cada.hacia afuera del pluvimetro durante su cada.
Acumulacin de Roco
Error especfico en pluvimetrosError especfico en pluvimetros
1) Perdidas con lluvias intensas. Con precipitacionesintensas, el tiempo finito requerido para volcar elbalancn podra generar que cierta cantidad de aguaentre al mismo despus de llenarse pero antes de laentre al mismo despus de llenarse pero antes de laprxima medicin, generando una subestimacin de lataza de precipitacin.
2) Atasco del balancn. Se puede producir un atasco delsistema mecnico lo cual dara como resultadosistema mecnico, lo cual dara como resultadomediciones de 0 precipitacin. Esto puede ser debido atelas de araa o pequeas fallas de tipo mecnico en la
d l b l zona del balancn.
Problemas Encontrados
Vandalismo
Robo de Equipos
Dao por animales
Fallas de Batera
Taponamiento de sensores (sedimentos)p ( )
Taponamiento de pluvigrafos (pjaros)
Problemas de funcionamiento de equipos (garantas) Problemas de funcionamiento de equipos (garantas)
Falta de recursos, para reposicin y mantenimiento
Posibles soluciones temporales
Para evitar los taponamientos de los pluvimetros se ha procedido acolocar una malla para retencin de cualquier basura que puedaexistir en el ambiente as como tambin para evitar que el excrementoexistir en el ambiente, as como tambin para evitar que el excrementode las aves taponen el ingreso del agua a la bscula del pluvimetro
Marcas comerciales de Pluvigrafos
HOBO Data Logging Rain Gauge RG3 USAHOBO Data Logging Rain Gauge RG3 USA
Davis Instruments USA y Canada
Campbell Scientific Instruments USA
Criterios para la ubicacin de una redCriterios para la ubicacin de una red hidromtrica o pluviomtrica
Estudios cartogrficos e hidromeorolgicos
Vert. Bermejos
Bermejos bajo
Ubicacin espacial: Isoyetas Infraestructura actual L li i A t i t
k
Vert canal Gualay
Bermejos QuinuahuaycuBermejos Medio
Localizacin. Asentamientos Existencia de Accesos Red fluvial principal: Ros
k
Vert. CalluancayVert. Zhurucay
Bermejos alto
CalluancayZhurucay
IrCalluancayZhurucay
Vert. Quinuhuacu
Red fluvial principal: Ros Tipo de Equipo
kkVert. canal San Gerardo
y
Vert. Jordanita
Zhurucay Bajo
Jordanita
o
Ro Q
Est. Quim 3Est. Quim 2
Campamento Base
R o
Fal
so
o Qunuas
Criterios para la ubicacin de una red hidromtrica o pluviomtrica
Ubicacin espacial: En un anlisis espacial delp pcomportamiento de las precipitaciones y el clima engeneral, se identifica que existe una variabilidad grandeen la medida de los parmetros meteorolgicos esto esen la medida de los parmetros meteorolgicos, esto esporque algunos de ellos como la temperatura,evapotranspiracin y en algunos casos de laprecipitacin dependen de la altitud o altura sobre elnivel del mar.
Infraestructura actual: existencia de infraestructura parahabilitar nuevamente a las estaciones, un criterioelemental es reemplazar los equipos actuales o instalarnuevos equipos para continuar con el registro histrico
Criterios para la ubicacin de una red hidromtrica o pluviomtrica
Localizacin. Asentamientos humanos, con fines det i i t id dmantenimiento y seguridad
Existencia de Accesos - identificar la red vial de la regin Existencia de Accesos.- identificar la red vial de la reginen todos sus niveles de manera que existan vas deacceso hacia el sitio de instalacin de los equipos, as sea
i l d da nivel de sendero
Criterios para la ubicacin de una redCriterios para la ubicacin de una red hidromtrica o pluviomtrica
Red fluvial principal: Ros y quebradasEn caso del monitoreo hidrolgico es fundamental ubicarlas estaciones de medicin en los ros importantes nosolo del curso principal sino de los tributantes quepresenten inters hidrolgico.presenten inters hidrolgico.
Tipo de EquipoRealizar el anlisis de los tipos de equipo existentes en el mercado y las ventajas o desventajas de ser instalado en un determinado lugaren un determinado lugar.
Red Hidrometeorolgico proyecto de Inundaciones B l b l C Bulubulu - Caar
Red Hidrometeorolgico proyecto de Inundaciones B l b l C Bulubulu - Caar
Red Hidrometeorolgica: PROMAS Universidad de CuencaCuenca
Objetivo:
f Manejo adecuado de la informacin hidrometeorolgica generada por el Programa para el Manejo del Agua y del Suelo PROMAS de la Universidad de Cuenca.
ea de T abajorea de Trabajo:
La red hidrometeorolgica de PROMAS U. Cuenca, maneja actualmente una serie de estaciones a nivel de tres provincias:
Azuay Caar Chimborazo
Tipo de Informacin:
Climatolgicag Pluviogrfica Hidrolgica Sedimentos
Tamao de la Red: PROMAS UNIVERSIDAD DE CUENCA 1999
$TGUAYAS CHIMBORAZO
BOLIVARLOS RIOS
ResumenResumen::1212 MeteorolgicasMeteorolgicas6262 PluviomtricasPluviomtricas
$T$T
$T
$T
$T
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$T$T
$T
$T
$T$T
$T
$T
$T
%U%U
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%U
$Z
$Z
RIO JUVAL
6262 PluviomtricasPluviomtricas2323 HidrolgicasHidrolgicas66 HidrolgicasHidrolgicas -- SedimentosSedimentos44 NeblinaNeblina55 HumedadHumedad dede SueloSuelo
$T$T$T
$T$T$T
$T
$T%U$Z $Z
$Z
CANAR
RIO BUR
RIO MAZAR
RIO
PUL
PITO
(PA L
MIR
A )
55 HumedadHumedad dede SueloSuelo33 PozosPozos concon piezmetrospiezmetros
TOTAL TOTAL 115115
$T
$T
$T
$T$T$T$T
$T
$T$T$T
$T$T
%U
%U%U%U%U%U%U$Z
$Z
NUNC
AY RIO
URGAY
RIO TOMEBAMBA
RIO DELEG
AZUAY
Otros departamentos de la Universidad tambin manejan
$T$T
$T
$Z
$ZAZUAY
MORONA SANTIAGORIO
YANU
N
RIO
TARQ
UI
O C
OLLAY
RIO SHU
CAY
tambin manejan otras redes de
estaciones
Centros de experimentacin:
Centro Experimental Chanchan Centro Experimental Cajas
Centros de experimentacin:
Centro Experimental Tarqui
Utilizacin de informacin:
Proyectos de investigacin:
Hidrologa de Pramo Hidrologa de Pramo Anlisis de eventos extremos Modelacin hidrolgica con Modelos distribuidos Anlisis del a distribucin espacial de lluvias Cambios climticos Manejo de cuencas hidrogrficas Calidad de agua Etc etc Etc, etc
Docencia y capacitacin: (Proporciona informacin a estudiantes de varias universidades e instituciones pblicas)
Trabajos de Pre-grado Tesis de Pre-grado Tesis de Maestra Tesis de Doctorado Post doctorados
Procesamiento de la Informacin generada en i t tiequipos automticos
En Primer lugar tomamos el archivo crudo y lo pasamos a Excel para manipular fcilmente los datos
Procesamiento de datosA continuacin se debe programar en hoja de calculo un macro paraque reporte los datos a la escala horaria o diaria segn sea lo
id ti l i trequerido, y continuar as con el procesamiento
Valores ndice o CaractersticosCon los datos ya obtenidos a la escala deseada se calculan losndices o valores hidrometeorolgicos caractersticos
Intensidad mxima instantneaIntensidad mxima horariaPrecipitacin mxima diariaPrecipitacin mxima diariaPrecipitacin mxima en 24hCaudal mximo instantneoCaudal mximo diarioCaudal mximo diarioCaudal promedio de la serie
Grficos resultantes de datos procesadosGrficos resultantes de datos procesadosYa con los datos procesados se procede a elaborar unos grficos que permitirn observar el comportamiento de las precipitaciones o
d l l d t dicaudales en la zona de estudio.
Precipitaciones
Caudales
Precipitacin Caudal. ModelacinPrecipitacin Caudal. Modelacin
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
La red hidrometeorolgica esta empezando a realizar un anlisis de calidad y rellenode datos que estn a escala diaria, para lo cual se esta utilizando el mtodo de lacurva de doble masa, esta permite observar si existe correlacin entre los datospmedidos por las diferentes estaciones a comparar, el mtodo en resumen consta de losiguiente:
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
Una vez detectados los datos faltantes, procedemos a comparar los datos existentespara obtener los coeficientes de correlacin entre las distintas estaciones, para elejemplo de Marianza se obtuvieron los siguientes:
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
A continuacin se procede a acumular los datos existentes reales para graficar la curvade doble masa y observar as la calidad de la informacin existente.
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
Ahora podemos observar las grficas de las curvas de doble masa entre las estacionescomparadas para el relleno y anlisis de calidad de los datos.
y=0.9267x 36.362R=0.9998
7000
8000
Testigo1vsPinosAcum
4500
Testigo1vsEst.MarianzaAcum
2000
3000
4000
5000
6000
Testigo1vsPinosAcum
Lineal(Testigo1vsPinosAcum)2500
3000
3500
4000
4500
1000
0
1000
2000
0 2000 4000 6000 8000
500
1000
1500
2000
2500Testigo1vsEst.MarianzaAcum
00 2000 4000 6000
CURVADEDOBLEMASA
x/yCoeficienteR2
Testigo1 Testigo2 Pinos Est.Marianza
Testigo1 1 0.9994 0.9998 0.9853Testigo2 0.9994 1 0.9996 0.9807Pinos 0.9998 0.9996 1 0.9828Est.
Marianza 0.9853 0.9807 0.9828 1
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOS
Una vez detectado el error en la curva de doble masa, entonces se procede a eliminarlos datos errneos y proceder al relleno de la informacin tanto de los datosfaltantes, as como tambin de los datos errneos a travs de una ecuacin de unarecta ajustada segn los datos vlidos existentes.
Testigo1vsPinos
y=0.8795x+0.1423R=0.8434
20
25
30
35
40
s
(
m
m
)
Testigo1vsEst.Marianza
0
5
10
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40
P
i
n
o
s
y=0.9104x+0.1869R=0.8831
20
25
30
35
a
n
z
a
(
m
m
)
Testigo1(mm)
0
5
10
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40
E
s
t
.
M
a
r
i
a
Testigo1(mm)
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
Ahora comparamos los coeficientes de correlacin de los datos sin correccin y losdatos ya corregidos.
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
Ahora se procede a realizar el relleno de la informacin errnea y faltante de acuerdo alas ecuaciones obtenidas anteriormente y debidamente bien ajustadas segn indica elcoeficiente de correlacin.
ANALISIS DE CALIDAD Y RELLENO DE DATOSDATOS
Como ltimo paso volvemos a realizar la curva de doble masa con los datos corregidosy rellenados para cerciorarnos de que los nuevos datos sean concordantes y correctos
4000
4500
Testigo1vsEst.MarianzaAcum
1500
2000
2500
3000
3500
Testigo1vsEst.MarianzaAcum
R = 0 99967000.00
8000.00
Test1vsEst.MarianzaAcum
0
500
1000
0 2000 4000 6000
R=0.9996
2000 00
3000.00
4000.00
5000.00
6000.00
Test1vsEst.MarianzaAcum
Lineal(Test1vsEst.MarianzaAcum)
1000.00
0.00
1000.00
2000.00
0.00 2000.00 4000.00 6000.00 8000.00
)
Software elaborados para facilidad del procesamiento
Transf: Creador: PROMAS Funcionalidad: Conversin de formato de archivos de datos de estaciones Funcionalidad: Conversin de formato de archivos de datos de estaciones
meteorolgicas a formatos excel (xls)
Boxcard: Creador: HOBO Funcionalidad: Lectura y procesamiento de registros pluviogrficos, conversin
de formatos.
Water Link: Creador: ISCO Funcionalidad: Lectura y procesamiento de registros de sedimentos, conversin
de formatos
Bouter (R): Creador: PROMAS Funcionalidad: Procesamiento de informacin climatolgica-hidrolgica en
intervalos de tiempo variableintervalos de tiempo variable.