Hid Rome Tria

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


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


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

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)


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

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.


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.


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 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


Flow Tracker (Sontek)


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.


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.


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.


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

Monitoreo ContinuoMonitoreo Continuo

1.0

1.2

1.4

m

)

0.2

0.4

0.6

0.8

L

e

v

e

l

w

a

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 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

$T$T

$T$T

$T

$T

$T$T

$T

$T

$T

%U%U

%U

%U

%U%U

%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:


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:


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.


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)


Ahora comparamos los coeficientes de correlacin de los datos sin correccin y losdatos ya corregidos.


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.


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


1500

2000

2500

3000

3500


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.

Hid Rome Tria

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Transcript of Hid Rome Tria