LIBRO DE HIDROGEOLOGIA, Ejercicios de Hidrogeología

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Manual Básico para Medir Caudales Óscar Rojas Bustamante PRESENTACIÓN Casi las tres cuartas partes de la superficie de nuestro planeta está cubierta por agua, su ubicación y distribu- ción no permiten utilizarla en su totalidad y de manera adecuada. El recurso es usado desde una perspectiva con- ceptual equivocada, orientada hacia un pensamiento erróneo: el líquido vital está presente desde y para siem- pre en un grifo de agua. En la actualidad, existe un sinnúmero de problemas de orden social, político, productivo, ambiental y de sa- lud ocasionados por la mala administración de los recur- sos hídricos. Con este contexto, el Fondo para la Protección del Agua -FONAG- a través de la Central Ecuatoriana de Ser- vicios Agrícolas, CESA, ejecutor del proyecto “Apoyo a la Conservación del Agua y a los Sistemas de Producción en Oyacachi y Papallacta, en el ámbito de la RECAY”, finan- ciado por el FONAG y el TNC, genera el presente docu- mento con la finalidad de desarrollar en los miembros de las comunidades, capacidades locales para realizar un monitoreo de la cantidad de agua en sus principales fuentes. MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDAIFS CONCEPTOS BÁSICOS El agua es una de las cuatro necesidades básicas para la vida, interactúa con los otros elementos indispensables como el suelo, la luz y el aire; juntos hacen posible que exista vida en el planeta. Esta afirmación de Henao J. sos- tiene, además, que el agua es el eje en el manejo de una cuenca hidrográfica, por lo que el conocer el movimien- to del agua en la cuenca y las cantidades en que se en- cuentra, es muy necesario. El agua pura es un líquido incoloro, inodoro e insípido, que hierve a 100% € y que se congela a 0* €, químicamente el agua existe en forma de moléculas que se compone de dos átomos de hidrógeno unidos a uno de oxigeno por medio de enlaces covalentes. (Dickson 1999). MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES Ciclo del agua Es un proceso natural de cuatro pasos: Evapotranspiración: El vapor de agua que sube a la atmósfera por acción del aire y el viento es producto del calor del sol, el cual evapora el agua de los mares, ríos, lagunas, quebra- das, la humedad del suelo y hace transpirar a animales, vegetales y seres humanos. Condensación: Es el vapor de agua que existe en la atmósfera y que se enfría pro- vocando pequeñísimas gotas de agua que conforman las nubes, Precipitación: Es el regreso a la tierra de las gotas de agua que están en las nubes en forma de lluvia y/o granizo. Escurrimientos: Una parte del agua lluvia penetra en el suelo, y otra, mediante escorrentía, forma riachuelos, lagos, lagunas, ríos, mares y océanos, en donde nueva- mente por evaporación y transpiración comienza el ciclo del agua. MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES Red Hidrométrica Es el conjunto de puntos de medición estratégicamente ubicados en un sistema, de tal forma que permita inte- rrelacionar la información obtenida. Puntos de control o medición Son los sitios en donde se registran los caudales que pasan por una sección transversal en el curso de agua de un río, canal, ace- quia, etc, El lugar o tramo que se escoja para establecer un punto de medición de- be reunir los siguientes requisitos: + Debe ser recto. + El flujo del agua tiene que estar calmado sin turbulencias y debe ob- servarse una velocidad estable. MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES e El río debe estar limpio de malezas, matorrales, pie- dras grandes a fin de evitar imprecisiones en la medi- ción, pero, sobre todo debe ser de fácil acceso. En cada punto de medición se debe tomar datos de ubicación hidrográfica, coordenadas y altitud. Los datos son registrados en una tabla. Puntos de medición de caudales en la Microcuenca de Papallacta y Oyacachi y? con ESTACIÓN YAMUYACU ROMERILLO: BARRANGES Y GUANGUILQUI TZIRAPA, SUCUS SALVEFACCHA GUAMBICOCHA PAPALLACTA PUNGOYACU TUMINGUINA: SUCUS 1 SAN JUAN MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CALDALES Q=A* v (1) Donde: Q= Caudal o Gasto (m3/s) A = Área de la sección transversal (m2) v = Velocidad media del agua en el punto (m/s) Cálculo del Área Se calcula el área de la sección transversal del río a medir, a través del siguiente procedimiento: + La sección transversal del río en donde se va a reali- zar el aforo se divide en varias subsecciones, como se observa en la figura siguiente: ANCHE > A 14% + El número de subsecciones depende del caudal esti- mado que podría pasar por la sección. Cada subsec- ción, no debería pasar más del 10% del caudal estimado. Otro criterio es que, en cauces grandes, el número de subsecciones no debe ser menor a 20, MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES + El ancho superior de la sección transversal (superficie libre del agua) se divide en tramos iguales, cuya lon- gitud es igual al ancho superior de la sección transver- sal dividido por el número de secciones calculadas. 2m te + 0,5m 0,5m 0,5m 0,5m e > >. uo - El área en cada subsección se calculará fácilmente considerándola como un paralelogramo cuya base (ancho del tramo) se multiplica por el promedio de los tirantes que delimitan dicha subsección. TM+2/2=T A=( T14T2)/2 * ant. Luego para determinar el área de la sección transver- sal, se suman las áreas obtenidas en cada subsección. AIHA24+A34A44An = AT Para calcular la velocidad se puede utifizar dos métodos: Método del correntómetro Método del flotador Método del Correntómetro Este método mide la veloci- dad en un punto dado de la ma- sa de agua con un instrumento llamado correntómetro. Existen varios tipos de co- rrentómetros: los de hélice gran- de y de hélice pequeña que se los utiliza dependiendo del cau- dal a medirse, 10 MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES Método del Flotador El método del flotador sub- superficial, consiste en dos esferas, corchos o trozos de madera, unidos por un tor- nillo o tubo PVC, uno de los extremos debe llevar un peso para hundirse y el otro libre para que flote, de esta manera el dispositovo flotará de manera casi vertical respecto al cauce del río, lo cual nos permitirá obteneruna velocidad igual a la real. Este método se emplea en los siguientes casos: + Afalta de correntómetro. + Excesiva velocidad del agua que di- MET ficulta el uso del correntómetro. EN, aa + Presencia frecuente de cuerpos extraños en el curso del agua, que dificulta el uso de correntó- metro. + Cuando hay peligro de quien efectúa el aforo. Lar hear + Cuando peligra la integridad del correntómetro. Utilización del flotador El cálculo consiste en coger un tramo recto del curso de agua de la siguiente forma: + El sitio debe ser un espacio del cauce adecuado que presente características más o menos uniformes 12 Bordes del río MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES o paralelas en sus orillas, en una longitud alrededor de 5a10m. Colocación de referenciales: para reconocimiento del espacio de 5 m o más ubicados en las orillas del río o colocación de referenciales: para reconocimiento del espacio de 5 m o más. ubicados en las orillas del río o cauce pequeño. Se pueden utilizar con estacas de madera de la zona. OT estacas ——— PB PA espacio Para calcular el tiempo se deja caer el flotador antes del inicio del tramo que está debidamente señalado, tomar el tiempo que demoró el flotador en recorrer desde el punto A, hasta el punto B. Esta actividad se realiza por lo menos 3 veces: al mar- gen izquierdo, centro y margen derecho, para luego determinar el tiempo promedio. Una vez calculado el tiempo que demora el flotador en recorrer el espacio determinado, procedemos a calcular la velocidad aplicando la siguiente fórmula: y = eft Donde: - v: es la velocidad en m/s 13 e: espacio recorrido en m del flotador t: tiempo en segundos del recorrido por el flotador MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES El tubo se introduce o empotra en el dique para que el agua salga por ese ducto. Hay que evitar en lo posible grandes fugas de agua por el borde del tubo adherido al dique. En la boca del tubo por donde sale agua se coloca el recipiente a llenar y al mismo instante se observa el tiempo de duración de llenado del recipiente. Es importante tener la observación aguda en este mo- mento para dar la mayor exactitud en el registro del tiempo. Ahora prosigue la sección de cálculo numérico: la di- visión. Se divide la capacidad del recipiente entre el tiempo que registró el llenado. El resultado o cocien- te de la operación indica cual es el caudal del curso de agua. En términos de notación esquemática la operación es: Capacidad = € Tiempo =T1T Caudal =Q Entonces: Q= C/T (€ dividido entre T). Como ejemplo, resolvamos un problema ciñiéndonos a la fórmula para conocer el caudal aproximado: DATOS: DESARROLLO C= 12 litros; Q=C/T T= 5 segundos; Q=12Litros/5segundos Q —2 Litros por segundo, —Q=2.4 LPS Tenemos determinado que Q es igual a 2,4 litros por segundo 15 cpu MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES Es necesario reiterar que con el Método Volumétrico se logra cifras aproximadas del aforo de un caudal de agua. Para adquirir mejor representatividad del aforo, las muestras de agua pueden registrarse de varios sectores de la corriente. Estas muestras se promedian haciendo la su- matoria de todas las mediciones registradas, y dividiendo la suma total entre el número de aforos realizados. Otra recomendación para indagar el comporta- miento del caudal de la corriente de agua es efectuar los aforos en distintas épocas del año, tanto en sequía como en invierno. 16 MANUAL BÁSICO PARA MEDIR CAUDALES Reporte Es el resultado del procesamiento de los datos obteni- dos, en el cual normalmente una secuencia de caudales medidos se convierte en un volumen por periodo mayor (m3/día, m3/mes, m3/año, etc.) E E $ El a ES El | E | po $ E OB 2 nm. ¿ ¿ 3 A AS El le E HAHE 18 6l CAUDAL L/S 9009 8000 -| 7000 - 6000 5000 4900 3000 2000 CAUDALES MEDIOS MENSUALES DE LA MICROCUENCA DEL RÍO PAPALLACTA 2005 MESES SIIVONVO YIOIW VIVA ODISYB TYNNYW