CAP. II:

HIDROMETRIA

DRENAJE

Docente: GORKI F. ASCUE SALAS Ingeniero Civil – Magister en Ciencias de la Geoinformación y Observación

de la Tierra mención Evaluación de Recursos Hídricos

Cusco, Agosto - 2012

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL – FILIAL CUSCO

2.1 Definición de Hidrometría

Hidrometría: es la rama de la hidrología que estudia la medición del escurrimiento mediante aforos.

Métodos: 1. Directos: Cuando se usan aparatos o procedimientos para

medir directamente el caudal. 2. Indirectos o continuos: Cuando se miden el nivel del agua

en el cauce a partir del nivel estimado de un caudal.

Métodos de aforo

Aforos con flotadores (D) Aforos volumétricos (D) Aforos químicos (D) Aforos con vertederos (I) Aforos con correntómetro o molinete (D) Aforos con medidas de la sección y la pendiente (D) Limnígrafos (I)

2.2 Aforos con flotadores

Escoger un lugar recto del cauce de una longitud L

Medir la velocidad superficial (V) El procedimiento para medir la

velocidad es como sigue:

Q= Caudal (m3/s) v= Velocidad (m/s) A= Área (m2)

Medir la longitud (L) del tramo AB.

Medir con un cronómetro el tiempo (T), que tarda en desplazarse el flotador (botella lastrada, madera, cuerpo flotante natural) en el tramo AB.

Calcular la velocidad superficial.

2.2 Aforos con flotadores

Para el cálculo del área hacer lo siguiente: Calcular el área en la

sección A ( AA ) Calcular el área en la

sección B ( BB ) Calcular el área promedio.

Cálculo del área en una sección Calcular el área para cada

tramo, usando el método del trapecio.

Calcular el área total de una sección.

2.3 Aforos volumétricos

Calcular o medir el volumen del depósito o recipiente (V).

Con un cronómetro, medir el tiempo (T), requerido para llenar el depósito.

Calcular el caudal con la ecuación:

Repetir 3 veces la medición y hacer un promedio.

Es el método más exacto, pero se adapta a pequeñas corrientes o para calibrar otros equipos (aforadores, vertederos, etc).

2.4 Aforos químicos

Método de dilución, que consiste en introducir una solución instantánea de concentración conocida (cloruro de sodio) durante un intervalo de tiempo suficiente (t) en una sección de paso (A1), y en determinar, a continuación el grado de dilución resultante en otra sección aguas abajo (A2).

Los aforos químicos; electroquímico y por solución radioactiva son variantes del aforo por dilución.

2.5 Aforos con vertederos

Los vertederos, son los dispositivos más utilizados para medir el caudal en canales abiertos, ya que ofrecen las siguientes ventajas: Se logra precisión en los aforos. La construcción de la estructura es sencilla. No son obstruidos por los materiales que flotan en el agua. La duración del dispositivo es relativamente larga.

2.5 Aforos con vertederos

Calibración de los vertederos: Consiste en hallar la ecuación que relaciona la carga sobre el

vertedero h con el caudal Q. Para realizar la calibración del vertedero, se puede utilizar el

método volumétrico, con el siguiente proceso: Suponer la ecuación potencial.

Medir para varios caudales Q y su respectiva carga h y tabularlos Establecer la correlación potencial simple, de los datos h y Q

registrados, y calcular los parámetros a y b. Conocidos a y b, la ecuación, estará definida para su utilización.

2.5 Aforos con vertederos

2.5 Aforos con vertederos

2.5 Aforos con vertederos

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Los correntómetros son aparatos que miden la velocidad, en un punto dado del curso del agua.

La velocidad es medida en los instrumentos, por medio de un órgano móvil (hélice).

La hélice detecta la velocidad de la corriente y transmite una seña cuando ha dado un cierto número de vueltas sobre un contador o contómetro (impulsiones de sonido, señales luminosas, digitales, etc).

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Condiciones de la sección de aforo:

Ubicación ideal

Los filetes líquidos son paralelos entre si.

Las velocidades sean suficientes, para una buena utilización del correntómetro.

Las velocidades son constantes para una misma altura de la escala limnimétrica.

Condiciones exigidas:

Un recorrido rectilíneo entre dos riberas o márgenes francas.

Un lecho estable.

Un perfil transversal relativamente constante, según el perfil en longitud

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Formas de aforo:

A pie Curso de agua es pequeño Curso de agua poco profundo y fondo resistente Colocar una cinta graduada de un margen a otro, y se va midiendo

la velocidad a diferentes profundidades, a puntos equidistantes de un extremo a otro de la sección.

A cable La sección se materializa con un cable tendido de un extremo a

otro, y el aforo se hace en bote o por un funicular.

Sobre una pasarela Se coloca una pasarela entre los pilones de un puente, el aforador

se coloca sobre la pasarela, y realiza la medición de las velocidades desde allí.

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Procesos para realizar el aforo:

Medir el ancho del río (longitud de la superficie libre de agua o espejo de agua T1)

Dividir el espejo de agua T1, en

un número N de tramos (por lo menos N = 10), siendo el ancho de cada tramo:

Se recomienda las distancia mínima entre verticales, tal como se muestra en la tabla:

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Procesos para realizar el aforo:

Medir en cada vertical, la profundidad h, puede suceder que en los márgenes la profundidad sea cero o diferente de cero.

El área de cada tramo, se puede determinar como el área de un trapecio. Si la profundidad en algunos de los extremos es cero, se calcula como si fuera un triángulo.

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calcular la velocidad

La velocidad en una sección de una corriente varía tanto transversalmente como con la profundidad

Las velocidades, se miden en distintos puntos en una vertical

La cantidad de puntos, depende de las profundidades del cauce y del tamaño del correntómetro.

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calcular la velocidad promedio en una vertical La distribución de velocidades en una vertical, tiene

la forma de una parábola, como se muestra en la figura.

En la figura se observa: vs = velocidad superficial vmáx = ubicada a 0.2 de la profundidad, medido

con respecto a la superficie del agua vm = velocidad media en la vertical, la cual tiene

varias formas de cálculo

La relación entre la velocidad media y superficial es: vm = C × vs donde: C varía de 0.8 a 0.95, generalmente se adopta

igual a 0.85

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calcular la velocidad en un punto Colocar el instrumento (correntómetro o molinete) a esa

profundidad. Medir el número de revoluciones (NR) y el tiempo (T en

segundos), para ese número de revoluciones. Calcular el número de revoluciones por segundo (n), con la

ecuación:

Medir la velocidad media en un punto

Se emplea, cuando la profundidad del agua es pequeña, o hay mucha vegetación a 0.8 de la profundidad.

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

La velocidad se mide indirectamente, ya que en la práctica lo que se mide es el tiempo que emplea la hélice, para dar un cierto número de revoluciones, y mediante una fórmula propia para cada hélice se calcula la velocidad:

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calcular la velocidad promedio en un tramo:

Calculo del caudal:

Método del área y velocidad promedio

Calcular para cada vertical la velocidad media, usando el método de uno, dos o tres puntos.

Determinar la velocidad promedio de cada tramo, como el promedio de dos velocidades medias, entre dos verticales consecutivas, es decir:

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calculo del caudal

Método del área y velocidad promedio

Determinar el área que existe entre dos verticales consecutivas, utilizando la fórmula del trapecio, es decir:

Determinar el caudal que pasa por cada tramo utilizando la ecuación de continuidad, multiplicando la velocidad promedio del tramo por el área del tramo, es decir:

Calcular el caudal total que pasa por la sección, sumando los caudales de cada tramo, es decir:

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calculo del caudal

Método de las parábolas

Trazar para cada vertical, la curva profundidad - velocidad pv (parábolas de velocidad).

Calcular las áreas de las parábolas (usar el planímetro o el método de la balanza).

Cada área calculada representa un caudal por unidad de ancho (m2/s).

Trazar la curva pv vs ancho.

Calcular con un planímetro o balanza analítica el área de la curva anterior, la cual representa el caudal.

2.6 Aforos con correntómetro o molinete

Calculo del caudal Método de Isotaquias Ubicar en cada vertical las

velocidades calculadas. Trazar las isotaquias interpolando

las velocidades (las isotaquias son líneas que unen puntos de igual velocidad), en forma similar, que la interpolación de puntos para obtener las curvas de nivel.

Calcular con el planímetro, o con la balanza analítica, las áreas que quedan por encima de cada velocidad.

Trazar la curva v vs área acumulada por encima de cada velocidad.

Calcular con el planímetro, o con la balanza analítica, el área de la curva anterior, la cual representa el caudal.

2.7 Aforos con medidas de la sección y la pendiente

Método de la Wincha Métrica:

Consiste en medir el ancho probable de la sección de la máxima avenida según las marcas de agua y posteriormente se realiza la medición de las distancias horizontales y verticales de cada tramo.

2.7 Aforos con medidas de la sección y la pendiente

Método del Nivel de Ingeniero:

Este método tiene mas precisión que la anterior y se hace tomando las cotas de cada punto de una o mas secciones del cauce desde el punto de estación del Nivel de Ingeniero.

2.7 Aforos con medidas de la sección y la pendiente

Método de la Estación Total:

Con este método se obtiene mayor precisión y exactitud comparado con los demás métodos y es mas sencillo para determinar las secciones de un determinado cauce, ya que se puede almacenar todo los datos del campo en el instrumento..

2.8 Limnígrafos

Estos aparatos, se instalan en estaciones hidrométricas una vez que se ha efectuada la medición de caudales en la estación de control, que por definición, es la ubicación de la estación hidrométrica.

2.8 Limnígrafos

La finalidad de la regla limnimétrica, es la de relacionar el nivel de agua del río con su caudal.

Utilizando el correntómetro se miden los caudales en el río para diferentes niveles de agua, con los cuales se puede encontrar la curva de calibración respectiva, la cual debería estar representada por una ecuación del tipo:

𝑄 = 𝑎 (ℎ ± 𝑏)𝑛

Q = Caudal (m3/s) H = Lectura de mira (m) B = Es igual al nivel cero de la mira

sumando o restando el nivel del río para una descarga igual a cero.

a y n = Constantes para cada sección

2.9 Practica de Campo

Lugar: Huayllapampa (Rio Waqoto)

Hora y fecha: 8:00 am – 30/Agosto/2012

Punto de partida: San Jerónimo - Paradero final Transportes Expreso Santiago (Calle Sorama – parte alta), también puede utilizar Transportes Chaska.

Primera Visita: Galería Filtrante de San Jerónimo

Pruebas de medición de caudales: 1. Aforo con flotadores 2. Aforos volumétricos 3. Aforos con vertederos 4. Aforos con medidas de la sección y la pendiente:

4.1 Con Wincha 4.2 Con Nivel de Ingeniero 4.3 Con Estación Total