- Importancia
- Medición de
agua - La red
hidrométrica - Sistema estadístico de
la información hidrométrica - Formatos
- Anexo
- INTRODUCCIÓN
Gran parte de los problemas de la
administración del agua
radica en la deficiencia de controles del caudal en los
sistemas de riego.La Hidrometría se encarga de medir,
registrar, calcular y analizar los volúmenes de
agua que circulan en una sección transversal de un
río, canal o tubería; pertenecientes a un
pequeño o gran sistema de riego en
funcionamiento.- Generalidades
- Concepto y Definiciones.
En forma clásica, se define la
hidrometría como la parte de la hidrología que
tiene por objeto medir el volumen de agua
que pasa por unidad de tiempo
dentro de una sección transversal de flujo.
La hidrometría aparte de medir el agua,
comprende también el planear, ejecutar y procesar la
información que se registra de un sistema
de riego, sistema de una cuenca hidrográfica, sistema
urbano de distribución de agua. En el contexto del
ingeniero agrícola, la hidrometría tiene dos
propósitos generales (ver esquema anexo 01):
- Conocer el volumen de agua disponible en la fuente
(hidrometría a nivel de fuente natural). - Conocer el grado de eficiencia de
la distribución (hidrometría de
operación.
Es el conjunto de pasos, actividades y procedimientos
tendientes a conocer (medir, registrar, calcular y analizar)
los volúmenes de agua que circulan en cauces y canales
de un sistema de riego, con el fin de programar, corregir,
mejorar la distribución del agua. El sistema
hidrométrico tiene como soporte físico una red
hidrométrica.
Es el conjunto de puntos de medición del agua estratégicamente
ubicados en un sistema de riego, de tal forma que constituya
una red que permita
interrelacionar la información obtenida.
Son los puntos donde se registran los caudales que
pasan por la sección.
Los puntos de control son de gran variedad de tipos,
como: estaciones hidrométricas en el río, la
presa de almacenamiento, las compuertas de la estructura
de captación o de toma, las obras de toma del canal
principal, las caídas, vertedero, medidor Parshall,
etc.
Es la colección de todos los datos que nos
permiten cuantificar el caudal que pasa por la sección
de un determinado punto de control.
El registro de
caudales y volúmenes de riego se ejecuta de acuerdo a
las necesidades de información requeridas para la
gestión del sistema. Los registros se
efectúan en el momento de realizar el aforo o mediciones
en miras o reglas, dependiendo del método
de aforo.
Dependiendo de la ubicación del punto de
control, los registros obtenidos son:
- Registro de los caudales en ríos de la
cuenca hidrográfica. - Registro de salidas de agua de los
reservorios. - Registro de caudales captados y que entran al
sistema de riego. - Registro de distribución de caudales de agua
en canales del sistema de riego. - Registro de caudales entregados para el riego en
parcela.
Es el resultado del procesamiento de un conjunto de
datos obtenidos, en el cual normalmente una secuencia de
caudales medidos se convierte en un volumen por período
mayor ( m3/día, m3/mes, etc..
La medición del caudal o gasto de agua que pasa
por la sección transversal de un conducto (río,
riachuelo, canal, tubería) de agua, se conoce como aforo
o medición de caudales. Este caudal depende directamente
del área de la sección transversal a la corriente
y de la velocidad
media del agua.
La fórmula que representa este concepto es la
siguiente:
Q = A x
V (1)
Q = Caudal o Gasto.
A = Área de la sección
transversal.
V = Velocidad media del agua en el
punto.
La función
principal de la hidrometría es proveer de datos
oportunos y veraces que una vez procesados proporcionen
información adecuada para lograr una mayor eficiencia en
la programación, ejecución y evaluación del manejo del agua en un
sistema de riego.
El uso de una información ordenada nos
permite:
- Dotar de información para el ajuste del
pronóstico de la disponibilidad de agua. Mediante el
análisis estadístico de los
registros históricos de caudales de la fuente
(río, aguas subterráneas, etc.), no es posible
conocer los volúmenes probables de agua que podemos
disponer durante los meses de duración de la
campaña agrícola. Esta información es de
suma importancia para la elaboración del balance
hídrico, planificación de siembras y el plan de
distribución del agua de riego. - Monitorear la ejecución de la
distribución. La hidrometría proporciona los
resultados que nos permiten conocer la cantidad, calidad y la
oportunidad de los riegos; estableciendo si los caudales
establecidos en el plan de distribución son los
realmente entregados y sobre esta base decidir la
modificación del plan de distribución, en caso
sea necesario. - Además de los anteriormente la
hidrometría nos sirve para determinar la eficiencia en
el sistema de riego y eventualmente como información de
apoyo para la solución de conflictos.
El siguiente gráfico muestra la
ubicación y la relación de la hidrometría
con la rutina de operación del sistema.
Gráfico No 01
LA HIDROMETRÍA EN LA OPERACIÓN DEL
SISTEMA DE RIEGO
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
3.1 Métodos
de Medición
Los métodos de aforo más utilizados
son:
- Velocidad y sección
- Estructuras Hidráulicas
- Método volumétrico
- Método químico
- Método combinado. Calibración de
compuertas
Los métodos de aforo basados con este
método son los mas 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 varia 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.
3.1.1.1. 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.
Tirante de agua ( d | Profundidad de lectura del |
Cm | cm |
< 15 | d / 2 |
15 < d < 45 | 0,6 d |
> 45 | 0,2 d y 0.8 d o 0.2 d, 0.6 d y 0.8 d |
Conocidas las profundidades se calcula el área
de la sección transversal, la que se utilizara para
él calculo del caudal
Donde:
V velocidad determinada con el
correntómetro
A Área de la sección
transversal
Q = v x A
En el formato 1 se registran los datos de campo, y en
el Anexo se muestra un ejemplo del procedimiento
de cálculo.
3.1.1.2. Método Del Flotador
El método del flotador se utiliza cuando no se
tiene equipos de medición y para este fin se tiene que
conocer el área de la sección y la velocidad del
agua, para medir la velocidad se utiliza un flotador con el se
mide la velocidad del agua de la superficie, pudiendo
utilizarse como flotador cualquier cuerpo pequeño que
flote: como un corcho, un pedacito de madera, una
botellita lastrada, Este método se emplea en los
siguientes casos:
- A falta de correntómetro.
- Excesiva velocidad del agua que dificulta el uso
del correnmetro. - Presencia frecuente de cuerpos extraños en
el curso del agua, que dificulta el uso del
correntómetro. - Cuando peligra la vida del que efectúa el
aforo. - Cuando peligra la integridad del
correntómetro.
Él calculo consiste en
Q = A x v
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
3.1.2. 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)1/2
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.
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 m3
T Tiempo en segundos
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.
3.1.5.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.
Sin embargo, al cambiar las condiciones
hidráulicas del canal del cual están derivando,
dan lugar a la variación de las curvas establecidas,
razón por la cual es necesario establecer una secuencia
de aforos para conocer cual es el grado de modificación
de la curva utilizada.
- Sección de
Medición
El lugar donde se va ha efectuar la medición se
conoce como la sección transversal del curso de agua y
donde se va medir la velocidad del agua, esta debe estar
emplazada en un tramo del cauce o canal donde el flujo de agua
tenga las siguientes características:
- Los filetes líquidos son paralelos entre
sí - Las velocidades son suficientes para una buena
utilización del correntómetro, en caso de
utilice este instrumento.La primera característica exige a su
vez:- Un tramo recto de cauce, que sus
márgenes sean rectas y paralelas. - Un lecho estable, y
- Una sección transversal de flujo
relativamente constante a lo largo del tramo
recto.
- Un tramo recto de cauce, que sus
- Las velocidades son constantes, para una misma
altura del tirante de agua.
- Calibración de la
Sección
Tanto el área de la sección como la
velocidad del agua pueden variar con los cambios de altura en
el nivel del agua, si hacemos esto en una sección
adecuada, esta relación es generalmente fija,
circunstancia que podemos aprovechar para que, una vez conocida
esta relación entre nivel del agua, sección
transversal y velocidad, puedan obtenerse y registrarse los
caudales mediante una escala de
alturas, que indica la variación del caudal.
Cuando una sección esta calibrada significa que
se conoce la variación de la altura del nivel del agua y
el caudal, para el caso de medidores y vertederos existen las
formulas en función a la altura y en los casos de los
ríos y canales se tienen las curvas de
calibración llamadas ( h – Q.), en el grafico No 2
tenemos la relación de altura y caudal
Gráfico No 2
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
3.4. Registros de Medición.
Definidos los puntos de medición, los
métodos de aforo y establecidas las responsabilidades
del personal; se
procede a la ejecución de las observaciones y mediciones
las que luego deberán registrarse en los
formatos
- Registro de aforos con
correntómetro - Resumen mensual de Lectura de Escalas
- Resumen mensual de aforos en Estaciones
- Registro mensual de aforos en medidores
- Análisis de perdidas por distribución
de agua por estación de aforo - Perdidas entre volúmenes asignados y
recibidos - Informe mensual de entrega de agua
- Resumen anual de caudales medios
diarios
En el Formato 1 para el aforo para
correntómetro, se indican los diferentes elementos para
determinar: La profundidad del Cause (columna 1 y 2) a lo ancho
de la sección y determinar la profundidad de
medición, a partir de este valor,
determinamos la profundidad de observación del Correntómetro
(columnas 3 y 4). Luego con él numero de revoluciones se
determina la velocidad en el punto (Columna 7) y finalmente la
velocidad media (columna 9). El área de la
sección se calcula con el ancho y la profundidad (
columnas 10 y 11) y el Caudal se calcula a través del
producto del
área (columna 12) con la velocidad ( columna 9). El
Caudal total es la suma de los caudales parciales.
El Formato 2 Es el resumen de las Lecturas horarias y
diarias que se hacen durante un mes, para este caso es
necesario tener de la estación de aforo la curva de
calibración que relaciona la altura del agua en la
escala o Limnimetro con el caudal.
El Formato 3, es el registro de los datos de aforo con
correntómetro realizado en la estación de aforo,
esta información es aquella que se realiza diariamente o
periódicamente a lo que se ha determinado.
Formato 4, 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, "Sin
Cuello", Orificio, Compuerta calibrada, etc.
La red Hidrométrica es el conjunto de
estaciones de medición que se tiene dentro de un
sistema que puede ser: de riego, hidrográfico o de
agua
potable, este conjunto de estaciones debe ser planeado
con la finalidad de determinar el caudal que circula en toda
la red y determinar en el caso de un sistema de riego cuales
son los caudales o volúmenes recibidos por el sistema,
cuales los entregados y cuales los perdidos.La secuencia a seguir para la aplicación de
la rutina de hidrometría se distingue las
siguientes etapas:4.1. Analizar la existencia y pertinencia de la
red hidrométrica y de ser necesario mejorarla o
implementarla.Una de las funciones de
quien tiene a cargo la operación del sistema, debe ser
analizar la pertinencia de que el sistema de riego que
administra(en función del servicio
que debe brindar a los regantes), cuente con una red
hidrométrica y un sistema para registrar y procesar la
información. Este análisis comprende establecer
la comparación entre el beneficio que otorga la
existencia de una red hidrométrica y los costos que
representan su implementación o mejoramiento y su
operación.La operación y control de la red
hidrométrica es de gran importancia por que permite
conocer, graduar y controlar la información
hidrológica en el ámbito de tomas directas, de
tomas principales y secundarias de las comisiones de
regantes; además permite hacer el seguimiento o
monitoreo de la Campaña Agrícola; actividades
de cobranza (Volúmenes entregados, volúmenes
facturados); análisis de eficiencia y/o
pérdidas ( sistema, conducción,
distribución); así como también tener
actualizada la base de
datos hidrológicos.4.2. Verificación del estado de
funcionamiento de la red hidrométrica y
calibración de las estructuras de
medición.Es necesario determinar cada año el comportamiento hidráulico de las
estructuras instaladas en un sistema de riego. Por esta
razón es conveniente por que dentro de un grupo de
estaciones escoger y efectuar aforos para los gastos
mínimos, medios y máximos que pueda medir la
estructura y calcular la discrepancia con los aforos; las
curvas así obtenidas no deben ser mayores a un 5%.
Esta acción debe realizarse
periódicamente cada año.Así por ejemplo, en la JU de Juliaca y Ramis
en Puno, anualmente programa
supervisiones y operaciones
en coordinación con el ATDR,
realizándose la calibración de las estaciones
de medición, estableciendo luego una serie de aforos
con diferentes caudales y a partir de estos las
correspondientes curvas de calibración y tablas de
descargas.- La Red
Hidrométrica - Sistema
Estadístico de la Información
Hidrométrica
- Establecimiento de métodos y formatos de
registro
La información obtenida en la red a
través de las estaciones de medición requiere el
establecimiento de los métodos y formatos de registro,
en este sentido a fin de que las labores a ejecutar tengan el
éxito
deseado, es necesario que la acción vaya anticipada de
la planificación de las tareas a realizar. Esto
significa entre otros aspectos, definir el objetivo de
las acciones que
se plantea ejecutar. Asimismo fijar las actividades y metas a
alcanzar.
Para establecer las metas es conveniente la
división del sistema en áreas de control
hidrométrico, las cuales deberán ser marcadas en
un plano y establecidas la responsabilidad del personal
participante.
Determinados los sitios donde se efectuarán los
aforos se definirán los métodos y tipo de
formatos que nos permitan obtener con mayor exactitud los
volúmenes que discurren por el sistema de riego en un
momento determinado.
Ejemplo:
En el caso de la JU Vilcanota en Cusco tiene
establecida una red hidrométrica en todo el
ámbito del sistema mayor, la misma que esta dividida en
derivación, captación y almacenamiento,
distribución, entrega y control del recurso
hídrico; existiendo para todos los casos los formatos de
registros correspondientes como son:
- Derivación; Túnel medido con
correntómetro.
Túnel medido con limnigrafo.
- Captación; Canal alimentador medido con
limnigrafo.
Compuerta de riego medido con tabla de
descarga
- Almacenamiento: Embalse medido con tablas de
embalse.
Canal de descarga medido con limnigrafo.
- Distribución: Canal medido con
limnigrafo.
Canal medido con aforo.
Río Reque medido con tabla de descarga y
aforo.
- Entrega y Control: Toma de cabecera en todas las
comisiones de
regantes medidos con aforo y tabla de
descarga.
Definida la localización de los puntos de
control y el método de aforo a emplear se procede a
la ejecución de las mediciones a través de
los técnicos de la Junta y Comisiones de regantes.
Durante la aplicación de los métodos se
tomarán en cuenta los errores que ya han sido
detectados anteriormente a fin de evitar la
repetición de los mismos y por ende el deshecho de
la información por falta de consistencia.Las mediciones deberán registrarse
inmediatamente de efectuada la
lectura correspondiente. Estas deberán hacerse
siguiendo un orden prefijado. Debe existir absoluta
claridad sobre quien y cuando registra, sobre quien y
cuando procesa.Los formatos ( No 1, No 2, No 3, No 4) que se
adjuntan son los comúnmente utilizados en este tipo
de rutina.En todos los casos se cuenta con los formatos
correspondientes para su posterior ingreso en la base de
datos, proceso,
análisis y reportes en cuadros, tablas y gráficos.- Ejecución de aforos y mediciones –
observaciones en la red.Los datos levantados por los técnicos de la
Junta y Comisiones de Regantes en los diferentes puntos de
control utilizando los formatos de registro utilizados, son
entregados según la frecuencia establecida al
personal responsable de hacer las operaciones
aritméticas necesarias para el cálculo de
parámetros que nos permiten conocer como se
comportan la fuente de abastecimiento y los canales
principales del sistema de riego. La supervisión, verificación y
aprobación de la información estará a
cargo de la Gerencia
Técnica de la Junta. En caso se cuente con un
sistema automatizado de procesamiento de datos, la digitación
de los registros a la base de datos estará a cargo
del personal encargado del sistema de
cómputo.En muchas Juntas de Usuarios los datos que se
toman en la estructura o estación según sea
la frecuencia, se envían en los formatos
establecidos a la oficina
de operaciones, pudiendo ser estos: horarios, diarios,
semanales, quincenales, mensuales y anuales. Con esta
información se mantiene actualizado la base de
datos, permitiendo a la vez hacer el seguimiento o
monitoreo de las ocurrencias del sistema mayor de riego,
determinación de eficiencias, pérdidas,
estadística de la campaña
agrícola, control de tarifas. - Procesamiento e interpretación de
información. - Entrega de la información para ser
utilizada en las rutinas de operación.
La salida y distribución oportuna de la
información procesada es enviada a la unidad de
operación de la Junta de Usuarios y Comisiones de
Regantes, para ser utilizadas como elementos de juicio para
poder
realizar los movimientos de las compuertas indispensables que
nos aseguren una correcta operación del sistema de
riego. Depende del justo manejo de estos datos para mantener un
constante equilibrio y
para que las diferentes partes de un sistema no se vean
castigadas por excesos o deficiencia de agua y respondan a las
necesidades de riego.
En los formatos No 5, No 6, No 7, se utilizan para
determinar los volúmenes de agua recibidos del sistema y
los distribuidos con la finalidad de estimar los
volúmenes de perdidas y facturar adecuadamente el agua
entregada en una determinada área o sector de
riego
A manera de ejemplo tenemos, en la JU Ramis se traduce
en:
- Los informes
quincenales de tomas directas y mensuales de comisiones de
regantes para el control de tarifas por la oficina de
cobranza. - La información diaria mediante radiogramas que
contiene la información hidrológica, a todas las
entidades del sector. - La información mensual del registro
hidrológico en lo concerniente a la derivación,
captación y almacenamiento y entrega a la Junta de
Usuarios, Administración Técnica,
SENAMHI.
- Documentación y archivo.
Se necesita concentrar y conservar toda la
información, tanto de base de datos, como la procesada
en cuadros, tablas, gráficos, y otros en archivos y
sistemas de computo en un lugar apropiado, porque es importante
a fin de tomar las decisiones adecuadas para la
operación del sistema de riego.
El análisis y utilización de la
información por ser usadas en otras rutinas, es de
responsabilidad de la Gerencia Técnica y de los
Dirigentes de Junta de Usuarios y Comisiones de
regantes.
El gráfico No 3 se muestra la rutina de
control hidrométrico.
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
Requerimiento de información
histórica
REGISTRO DE AFORO CON
CORRENTÓMETRO EN ESTACIÓN DE
AFORO
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"Descargar" del menú superior
Formato 2
RESUMEN MENSUAL DE LECTURA DE
ESCALAS
Estación de Aforo
………………………Mes…………..Año…………..
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Formato 3
RESUMEN MENSUAL DE AFOROS EN
ESTACIONES
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gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
REGISTRO MENSUAL DE AFORO EN
MEDIDORES
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gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
ANÁLISIS DE PERDIDAS POR
DISTRIBUCIÓN DE AGUA
POR ESTACION DE AFORO
Canal……………………..
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"Descargar" del menú superior
Formato 6
PERDIDAS ENTRE VOLÚMENES
ASIGNADOS Y
RECIBIDOS POR SUB
SECTOR
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gráfico seleccione la opción "Descargar" del
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INFORME MENSUAL DE ENTREGA DE
AGUA
CANAL : ____________________ USUARIO:
______________________
LATERAL :_____________________ MES :
______________________
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
FECHA: _____________________
____________ _______________
________________________
USUARIO V°B° SECTORISTA O TOMERO
1. Aforo de Agua
Aforar el agua es medir el caudal del agua, en vez
de caudal también se puede emplear los
términos gasto, descarga y a nivel de campo
riegos.- Definición
- Importancia
La medición o aforo de agua del río o de
cualquier curso de agua es importante desde los puntos de
vista, como:
- Saber la disponibilidad de agua con que se
cuenta. - Distribuir el agua a los usuarios en la cantidad
deseada. - Saber el volumen de agua con que se riegan los
cultivos. - Poder determinar la eficiencia de uso y de manejo
del agua de riego.
Son varios los métodos que se pueden emplear
para aforar el agua , la mayoría basados en la
determinación del área de la sección y la
velocidad, para lo cual se utiliza la fórmula
Q = A x v
Donde
Q caudal m3/s
A Área de la sección transversal en
m2
V velocidad en m/s
Los métodos más utilizados
son:
- aforo con correntometro
- aforo con flotadores
El aforo de un río también se hace en
una sección transversal del curso de agua a la que
llamaremos a la sección de control.
El lugar donde siempre se va ha aforar el agua, toma
el nombre de estación de aforo.
El lugar que se escoja para establecer una
estación de aforo debe reunir ciertos requisitos,
algunos de los cuales fueron mencionados al tratar las
condiciones de la sección de aforos.
- El tramo del río que se escoja para medir el
agua debe ser recto, en una distancia de 150 a 200 metros,
tanto aguas arriba como agua abajo de la estación de
aforo. En este tramo recto, no debe confluir ninguna otra
corriente de agua. - La sección de control debe estar ubicada en un
tramo en el cual el flujo sea calmado y, por lo tanto, libre de
turbulencias, y donde la velocidad misma de la corriente este
dentro de un rango que pueda ser registrado por un
correntómetro. - El cauce del tramo recto debe estar limpio de malezas
o matorrales, de piedras grandes, bancos de
arenas, etc. para evitar imprecisiones en las mediciones de
agua. Estos obstáculos hacen más imprecisas las
mediciones en épocas de estiaje. - Tanto agua abajo como aguas arriba, la
estación de aforo debe estar libre de la influencia de
puentes, presas o cualquier otras construcción que pueda
afectar las mediciones. - El sitio debe ser de fácil acceso para
realizar las mediciones.
En un río para determinar el caudal que pasa
por una sección transversal, se requiere saber el caudal
que pasa por cada una de la subsecciones en que se divide la
sección transversal. Para eso se sigue el siguiente
procedimiento que explicaremos con la ayuda de la figura
·1 y del formato 1 para registrar las observaciones y
calcular las velocidades y caudales.
El número de subsecciones depende del
caudal estimado que podría pasar por la
sección : En cada subsección, no
debería pasar más del 10% del caudal estimado
que pasaría por la sección. Otro criterio es
que, en cauces grandes, el número de subsecciones no
debe ser menor de 20.- La sección transversal del río donde
se va ha realizar el aforo se divide en varias subsecciones,
tal como se puede observar en la figura 1. - El ancho superior de la sección transversal
(superficie libre del agua) se divide en tramos iguales, cuya
longitud es igual al ancho superior de la sección
transversal dividido por el número de subsecciones
calculadas - En los límites de cada tramo del ancho
superior del cauce, se trazan verticales, hasta alcanzar el
lecho. La profundidad de cada vertical se puede medir con
la misma varilla del correntómetro que está
graduada. Las verticales se trazan en el mismo momento en
que se van a medir las velocidades.V = 0,2465n + 0,015 cuando n es <
0,72V = 0,2690n + 0,006 cuando n es > que
0,72 - Con el correntómetro se mide la velocidad a
dos profundidades en la misma vertical a 0.2 y a 0.8 de la
profundidad de la vertical, para lo cual se toma el tiempo
que demora el correntómetro en dar 100 revoluciones y
se calcula el número de revoluciones por segundo; con
este dato se calcula la velocidad del agua en cada una de las
profundidades utilizando la formula correspondiente,
según el número de revoluciones por segundo
(n). En el caso de nuestro ejemplo se emplean las siguientes
formulas. - Se obtiene la velocidad promedio del agua en cada
vertical. La velocidad promedio del agua en cada
subsección es el promedio de las velocidades promedio
de las verticales, que encierran la
subsección. - El área de cada subsección se
calculará fácilmente considerándola como
un paralelogramo cuya base ( ancho del tramo) se multiplica
por el promedio de las profundidades que delimitan dicha
subsección. - El caudal de agua que pasa por una
subsección se obtiene multiplicando su área por
el promedio de las velocidades medias registradas, en cada
extremo de dicha subsección. - El caudal de agua que pasa por el río es la
suma de los caudales que pasan por las
subsecciones
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú
superior
Fig. 1 Tramos en que se divide el ancho superior
del río, sub divisiones y profundidad de las
verticales
El método que se usa corrientemente para
aforar un río, es usando limnímetro o
limnígrafo, puesto que usar frecuentemente el
correntómetro en impracticable por lo difícil
y tedioso de realizar las mediciones con este
instrumento.Un limnímetro es simplemente una escala tal
como una mira de topógrafo, graduada en
centímetro. Se puede utilizar la mira del
tipógrafo, pero, por lo general, se pinta una escala
en una de las paredes del río que debe ser de
cemento.
Basta con leer en la escala o mira, el nivel que alcanza el
agua para saber el caudal de agua que pasa en este momento,
pero previamente se tiene que calibrar la escala o
mira.La calibración consiste en aforar el
río varias veces durante el año, en
épocas de estiaje y épocas de avenidas, por
el método de correntómetro y anotar la altura
que alcanzó el agua, medida con el
limnimetro.Se hace varios aforos con correntómetro
para cada determinada altura del agua. Con los datos de
altura del agua (y) y del caudal (q) correspondiente
obtenido, se construye la llamada curva de
calibración en un eje de coordenadas cartesianas
figura (2)Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superiorFig. 2 Curva de calibración del limnimetro
basado en datos de aforos medido con chorreen
metro.El limnimetro siempre debe colocarse, en el mismo
sitio cada vez que se hace las lecturas y su extremidad
inferior siempre debe estar sumergida en el
agua.Los Limnimetros pueden ser de metal o de madera.
Un a escala graduada pintada en una pared de cemento al
costado de unas de las riveras del río,
también puede servir de limnimetro.Por lo general, aforos de agua se hace tres veces
en el día, a las 6am, 12 m, y 6 PM. Para obtener el
caudal medio diario.Una mejor manera de aforar el agua es empleando un
aparato llamado limnigrafo, el cual tiene la ventaja de
poder medir o registrar los niveles de agua en forma
continua en un papel especialmente diseñado, que
gira alrededor de un tambor movido por un mecanismo de
relojería.Los limnígrafos
están protegidos dentro de una caseta. Al comprar
uno viene acompañado de las instrucciones para su
operación y cuidado.- Aforo con
Limnímetros y Limnígrafos - Aforo con flotadores
Para este método de aforo con flotadores se
utiliza generalmente cuando no se tiene correntómetro,
existe excesiva velocidades él cause, peligros para las
personas y para los equipos.
La metodología consiste:
– Seleccionar un tramo recto del cause entre 15 a 20
metros
– Determinar el ancho del cause y las profundidades de
este en tres partes de la sección
transversal.
- Calcular el área de la sección
transversal
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú
superior
Donde : a, b. c profundidades del cauce
B Ancho del cauce
A = B x H
A Area
H altura promedio de ( a + b + c )/ 3
– Calculo de la velocidad
Para medir la velocidad en canales o causes
pequeños, se coge un tramo recto del curso de agua y al
rededor de 5 a 10 m, se deja caer el flotador al inicio del tramo
que esta debidamente señalado y al centro del curso del
agua en lo posible y se toma el tiempo inicial t1; luego se toma
el tiempo t2, cuando el flotador alcanza el extremo final del
tramo que también esta debidamente marcado; y sabiendo la
distancia recorrida y el tiempo que el flotador demora en
alcanzar el extremo final del tramo, se calcula la velocidad del
curso de agua según la siguiente formula:
V = L / T (Velocidad)
L Longitud del tramo ( aproximadamente 10
m)
T Tiempo de recorrido del flotador entre dos puntos del
tramo L
– Calculo del Caudal
Q = A x V
AFORO CON
CORRENTÓMETRO
Estación de Aforo_____________________
Instrumento: OTT Nº 12170 Hélice Nº
1
Observador: v= 0.2465n + 0.015 si n<
0.72
Fecha Hora: v= 0.2590n + 0.006 si n >
0.72
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Profundidad de lectura con el correntómetro
0.2 y 0.8 de la profundidad medida a partir de la superficie del
agua.
Metodología de Capacitación
- PSI, Manual de
entrenamiento
a usuarios de distritos de agua de la costa del Perú;
2001 - Simon, Andrew L., Hidráulica Practica,
Limusa Noriega Editores, 1994 - Ven Te chow, Maidment David, Hidrologia Aplicada,
McGraw Hill, 1994
Harvey Condori Luque
Ingeniero Agrícola
El autor es especialista en Manejo de Recursos
Naturales, experto en Administración de Cuencas
Hidrográficas y Conservación de Suelos, con
amplia experiencia de campo en zonas altoandinas.
PD. Agradezco cualquier observación a este
artículo, con el fin de mejorar la calidad de los documentos
técnicos brindados por este medio.