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trabajando sobre la hidrometria aplicada
Tipo: Monografías, Ensayos
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para beneficio de la humanidad. Pero cuando sale de control causa problemas y tragedias muy difíciles de subsanar. Debido a esta dualidad del agua, es conveniente saber coexistir con ella y para eso es conveniente conocer su comportamiento en diferentes cantidades, así como el comportamiento de la calidad. El siguiente trabajo investigativo se propone aclarar y refutar algunas incógnitas y datos básicos que corresponden al área de estudio de la hidrometría.
1. Hidrometría La hidrometría es una parte de la hidrología que mide el volumen de agua que circula por una sección de un conducto en un tiempo dado. El nombre deriva del griego hydro y metron. Además de medir la cantidad de agua que circula por la sección de un río, tubería o canal, también se ocupa de procesar la información sobre los sistemas de riego o la distribución de agua en una ciudad, con el fin de conocer la cantidad de agua disponible y la eficiencia de su distribución. Los procedimientos de empleo más generalizados para el aforo de corrientes de agua en sistemas de riego se basan en estimar la velocidad media en una sección correspondiente: caudal (medido en m3 por segundo), área de la sección transversal (medida en m2), Velocidad media del agua (medida en metros por segundo) 2. Importancia Para La Ingeniería Civil En el aspecto más general, un Proyecto Hidráulico está íntimamente ligado a los usos que el hombre hace del agua, pudiendo ser éstos los que la utilizan con fines de aprovechamiento y los que suministran protección contra los posibles efectos dañinos de ésta. Se acepta que la Ingeniería Hidráulica es la rama de la Ingeniería Civil que se ocupa de planificar, proyectar y construir las obras hidráulicas, entendiéndose que son éstas las que cumplirán la función de captar, conducir, regular y protegernos de las aguas. Cualquier obra civil, cuyas dimensiones y características hayan sido establecidas atendiendo principalmente a criterios y normas hidráulicas e hidrológicas, es una obra o proyecto hidráulico. De esta forma, el uso de la Hidrología en la Ingeniería Civil, es fundamental para el planeamiento, diseño y operación de los proyectos hidráulicos, pues es el que se orienta hacia los parámetros hidrológicos de diseño. Sin embargo, dada la dependencia de esta ciencia de los aspectos meteorológicos y ambientales, los resultados deberán ser considerados como estimados en muchos casos y por lo tanto será necesario complementar las incertidumbres con métodos probabilísticos. Si el diseño en Ingeniería Civil se orienta al uso del agua con fines de Aprovechamiento, la Hidrología es empleada, por ejemplo, para estimar la posibilidad o no de realizar
actividades de campo en topografía, batimetrías, aforos líquidos y sólidos, toma y análisis de muestras de sedimentos, entre otros. Los resultados de éstos producen información sobre los siguientes aspectos: Características climatológicas y morfométricas de las zonas que tienen influencia sobre el área del proyecto Civil. Selección y capacidad de la fuente que suministrará el caudal que se entregará a los beneficiarios del proyecto. Magnitud de los eventos extremos (Crecientes y Sequías), que pueden poner en peligro la estabilidad de las obras civiles, o a los procesos de navegación o el suministro confiable de agua a los usuarios. Transporte de sedimentos hacia las obras de captación y almacenamiento, o erosión de cauces naturales.
3. Mediciones De La Hidrometría Los métodos de aforo más utilizados son: Velocidad y sección. Los métodos de aforo basados con este método son los más empleados; se requiere medir el área de la sección transversal del flujo de agua y la velocidad media de este flujo. Q = A x v Donde: Q es el caudal del agua. A es área de la sección transversal del flujo de agua. v es la velocidad media del agua. Generalmente el caudal Q se expresa en litros por segundo (L / s) o en metros cúbicos por segundo m3/s. En la ecuación si Q el caudal se expresa en m3/s, A se expresa en m2 y v en m / s, V se expresa en m3 y T que es el tiempo en seg. Es fácil convertir m3/s a L / s, sabiendo que un m3 equivale a 1,000 litros. L / s, se puede expresar también como LPS (litros por segundo).
El problema principal es medir la velocidad media en los canales o causes ya que la velocidad varía en los diferentes puntos al interior de una masa de agua. Los métodos mas conocidos de aforos de agua son los siguientes: Método del correntómetro. Método del Flotador. Método usando dispositivos especiales tales como: vertederos y canaletas (parshall, trapezoidal, sin cuello, orificio, etc.). Para la medición del agua existen varios métodos, siendo los mas utilizados el método del correntómetro y el método del flotador. Método del Correntómetro. En este método la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado correntómetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua. Existen varios tipos de correntómetros, siendo los mas empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato. Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la formula para calcular la velocidad sabiendo él numero de vueltas o revoluciones de la hélice por segundo. Estos correntómetros se calibran en laboratorios de hidráulica: una formula de calibración es la siguiente v = a n + b Donde: V es la velocidad del agua, en m / s n es él numero de vueltas de la hélice por segundo. a es el paso real de la hélice en metros. b es la llamada velocidad de frotamiento en m / s Como el Correntómetro mide la velocidad en un punto, para obtener la velocidad media de un curso de agua se deben en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del agua. Las profundidades en las cuales se mide las velocidades con el correntómetro en función de la altura del tirante de agua d.
v = e / t v es la velocidad en m / s e espacio recorrido en m del flotador t tiempo en segundos del recorrido e por el flotador A Área de la sección transversal Q Caudal Estructuras hidrométricas. Para la medición de caudales también se utilizan algunas estructuras intencionalmente construidas, llamadas medidores. Las estructuras que actualmente se usan se basan en los dispositivos hidráulicos son: Orificio, vertedero y sección crítica. Orificio. La ecuación general del orificio es Q=CA (2gh)1/ Q = Caudal C = Coeficiente. A = Área G = gravedad h = tirante de agua Vertedero: Pueden ser de descarga libre o ahogada, de cresta delgada o ancha La ecuación general de los vertederos es: Q = K L HN Donde: Q = Caudal, K, N = coeficiente; L = Longitud de cresta H = tirante de agua Sección Crítica: Es el paso de una sección estrecha hacia una más amplia provocando un cambio del régimen, donde es posible establecer la relación tirante-gasto.
La ecuación general utilizada es: Q = K b HN Donde Q = caudal K, N = coeficientes; B = ancho de garganta; H = tirante. 3.1.3. Método Volumétrico. Se emplea por lo general para caudales muy pequeños y se requiere de un recipiente para colectar el agua. El caudal resulta de dividir el volumen de agua que se recoge en el recipiente entre el tiempo que transcurre en colectar dicho volumen. Q = V / T Q Caudal m3 /s V Volumen en m T Tiempo en segundos Método Químico Consiste en incorporación a la corriente de cierta sustancia química durante un tiempo dado; tomando muestras aguas abajo donde se estime que la sustancia se haya disuelto uniformemente, para determinar la cantidad de sustancia contenida por unidad de volumen. Calibración de Compuertas. La compuerta es un orificio en donde se establecen para determinadas condiciones hidráulicas los valores de caudal, con respecto a una abertura medida en el vástago de la compuerta. Este principio es utilizado dentro de la operación normal de una compuerta; para la construcción de una curva característica, que nos permita determinar tomando como referencia la carga hidráulica sobre la plantilla de la estructura, cual es el gasto en litros por segundo que discurre por el orificio.
Fig. 1 Secuencia de actividades para la determinación de la pérdida de suelo. La generación de mapas de pérdidas de suelo por erosión se logra a partir de la obtención de mapas de cada uno de los factores de la USLE. Posteriormente, mediante el procesamiento de capas temáticas se genera información cuantitativa para realizar diagnósticos en cuencas hidrográficas, que permitan determinar dónde y por qué se está produciendo el fenómeno erosivo. Ejemplo de aplicación. Como caso de estudio se aplicarán las ecuaciones USLE y MUSLE para la determinación de la pérdida de suelo superficial por erosión hídrica en la Cuenca alta del Arroyo Pillahuinco Grande con uso de SIG Aplicación de la USLE La zonificación espacial de la erosividad de las precipitaciones se expresa por un mapa de isoerodentas, las cuales representan líneas que unen puntos de igual R. En este caso el R en la localidad más cercana, presenta un valor de 289,65 J.ha-1.año-1. El mapa de R tomará un valor uniforme para toda la cuenca debido a que hay una sola estación pluviográfica, a nivel regional (Rojas y Conde, 1985). Este valor se establece por medio del SIG Idrisi 32 con una edición del mapa de la cuenca, asignándole el valor mencionado de R, como número real.
El mapa se confecciona a partir del mapa de suelos asignándole a cada serie de suelo el valor de K, calculado con la ecuación, con los datos de Tabla 1 Tabla 2 Datos de análisis de las diferentes series de suelos en la cuenca alta del Donde BS = Bloques subangulares En la Tabla 2 se expresan los valores calculados de K (Mg.m2 .h.ha-1.J-1.cm-1) para cada complejo de suelo presente en la cuenca en estudio. Tabla 3 Factor K (Mg.m2 .h.ha-1.J-1 .cm -1) para los diferentes complejos de suelos de la cuenca alta del Arroyo Pillahuinco Grande.
En la Figura 3 se visualiza el mapa de LS obtenido para la cuenca aplicando la Tabla 3 Fig. 3 Mapa de LS en la cuenca alta del Arroyo Pillahuinco Grande. Para determinar el valor de Factor C en un sitio, es conveniente el uso de cartografía en detalle, manteniendo la escala de trabajo que se está utilizando en el modelo cartográfico. La zonificación de la vegetación y uso del suelo se puede realizar por medio de la interpretación de imágenes satelitales y fotografías aéreas, siendo siempre fundamental el apoyo del trabajo de campo. El mapa obtenido se observa en la Figura 4 Fig. 4 Mapa de Factor C en la cuenca alta del Arroyo Pillahuinco Grande
Para suelos en pendientes específicas. Esta cartografía se confecciona al integrar áreas de C con medidas conservacionistas y los rangos de pendiente.
6. Formatos Para La Presentación De La Información Hidrográfica Registro de aforo con correntómetro en estación de aforo Se indican los diferentes elementos para determinar: La profundidad del Cause (columna 1 y
Registro mensual de aforos en medidores Al igual que el formato 3 este representa el aforo en una estación que tiene una curva de calibración o un medidor que puede ser un Pashall, un aforador «Sin Cuello», RBC, Orificio, Compuerta calibrada, etc. Tabla 8 Registro mensual de aforos en medidores
Al realizar estas actividades se logrará reforzar la teoría con la práctica mediante experimentos, para los cuales es posible verificar su aplicabilidad, al ser elementos ineludibles en el quehacer profesional de los ingenieros. La medición de los fenómenos es herramienta fundamental de los ingenieros. No debemos permitir que las herramientas actuales sustituyan a los que permiten obtener información de primera mano y que implique estar directamente en contacto con la naturaleza y no necesariamente en la comodidad de un gabinete.
