clase 9 hidrologia - regimen de caudales
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Universidad de Concepción
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Departamento de Ingeniería Civil
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HIDROLOGIAREGIMEN DE CAUDALES
2o Semestre, 2015
José Vargas B.
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El régimen de caudales: Disponibilidadde agua
• Los caudales medios anuales, mensuales, diarios
• La variabilidad en torno a los valores medios, incluyendo los extremos (sequías y crecidas)
• La correlación en el tiempo (dependencia o estructura)
El régimen hidrológico en un tramo de un rio
se refiere a la descripción de:
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¿ como se miden los caudales ?
Hay tres formas básicas de medir el caudal pasante por un río o canal:
i Aforos por método área-velocidad:
- Correntómetro
- Perfilador (ADCP)
ii. Estructuras de medición
iii. Métodos por dilución
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¿donde se miden los caudales ?
El cauce o río debe cumplir ciertos requisitos:
I Tramo estable (Flujo uniforme, sin aguas muertas, recirculación, turbulencia excesiva), sin erosión ni sedimentación. Sin obstáculos ni vegetación. V > 15 cm/s; d > 15 cm
ii. Tramos rectos, nunca zonas curvas. Tramo recto, con líneas de corriente paralelas, lejos de una curva, lo más uniforme posible
iii. Fácil accesibilidad
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¿donde se miden los caudales ?
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Medicion en cauces pequeños
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Medicion en cauces pequeños
La medición mediante estructuras (vertederos,
canaletas, etc.) se basa en las leyes de la
hidráulica:
Se miden cotas (por ej., por sobre el umbral de
un vertedero), y una ecuación entrega el caudal
pasante.
Aplicable a canales y ríos pequeños.
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Medicion en cauces pequeños
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USO DE VERTEDEROS
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USO DE VERTEDEROS
Un vertedero tiene comportamiento “ideal” sólo si se
cumplen las siguientes condiciones:
1. Tiene pared delgada (contacto vena-pared es una línea, no una
superficie), lisa, vertical y perpendicular al flujo
2. Su velocidad de aproximación es despreciable
3. Hay contracción sólo con respecto al fondo (no hay contracción lateral)
4. Se tiene presión atmosférica aguas arriba del vertedero y por encima y
debajo de la lámina o vena (lo último requiere aireación bajo la napa)
5. La sección de aguas arriba es rectangular
6. El umbral del vertedero horizontal
7. Se tiene caída libre, sin control alguno desde aguas abajo
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USO DE VERTEDEROS
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USO DE VERTEDEROS
Napas sin y con aereación
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METODOS DE DILUCION
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Aforos por método área-velocidad
Lo convencional es usar
el método área-
velocidad, donde se
mide la velocidad en
distintos puntos de la
sección transversal, y
luego se integra sobre el
área.
Hay correntómetros
mecánicos de eje
horizontal (arriba) y de
eje vertical (abajo).
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Aforos por método área-velocidad
El instrumento Ott C-2 del LIHA del DIC permite medir velocidades
mayores a 2.5 cm/s, en profundidades desde 4 cm, con un error del
1%. Pueden usarse distintas hélices, con rangos de velocidad y
desviación diferentes.
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Aforos por método área-velocidad
El correntómetro puede suspenderse de una
vara, de un bote, o de un huinche, según el río
sea vadeable, navegable, etc.
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Procedimiento de aforo in situ
Medicion de ancho perpendicular al escurrimiento,
No incluir zonas de recirculación o aguas detenidas.
Siempres tomar u observar la cota del agua al iniciar y finalizar el aforo, como
mínimo.
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Procedimiento de aforo in situ
Se subdivide el transecto en elementos, que no debieran ser
de igual longitud, y se estima la velocidad media
(promediada sobre la profundidad) y mide la profundidad en
cada vertical.
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Procedimiento de aforo in situ
Las reglas dependen de cada servicio hidrométrico.
Varios estados de EE.UU. y provincias canadienses
se rigen aproximadamente por:
Ancho < 1 m: Entre 1 y 12 elementos (verticales)
Ancho < 6 m: Entre 12 y 20 verticales
Ancho > 6 m: Entre 20 y 30 verticales
Para ríos más anchos, espaciar las verticales “de
modo que” c/u pase Q < 5 % del caudal total
En ningún caso puede pasar más del 10% del caudal
total en un elemento
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Procedimiento de aforo in situ
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Procedimiento de aforo in situ
El medir V a 0.2 y 0.8 veces la profundidad de escurrimiento, y luego
promediar, es una muy buena aproximación en la mayoría de los casos
(que no sean patológicos).
Muchas veces, sólo se mide en un punto del perfil, a 0,6 veces la
profundidad, desde la superficie.
Algunas preconizan el método de los 3 puntos, en que se mide a 0.2,
0.6 y 0.8 veces la profundidad de escurrimiento, y luego se promedia lo
medido a 0.6 con lo promediado entre 0.2 y 0.8. A veces, se
recomienda este método cuando el perfil observado a 0.2 y 0.8 es
anormal.
También hay métodos con 4, 5, y más puntos, pero dejan de ser
prácticos.
Según el USGS, el método de los dos puntos es más preciso que
cualquier método con 3 ó 4 mediciones.
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Procedimiento de aforo in situ
El escurrimiento que
es turbulento, por lo
que se debe
promediar sobre una
ventana de tiempo
que no debe ser en
ningún caso menor a
25 s.
Usualmente se
promedia sobre 30 a
45 s, como mínimo.
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Procedimiento de aforo in situ
La velocidad media en cada vertical, se aplica ésta a un área de influencia
rectangular, y luego el caudal total es la sumatoria de los caudales parciales por
cada elemento de área.
El USGS recomienda asumir rectángulos, no trapecios.
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Otros instrumentos
Hoy existen equipos que miden directamente el
caudal: Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)
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Otros instrumentos
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Otros instrumentos
Puede muestrear el campo turbulento de velocidades en
una pasada, integrando a la vez sobre la profundidad,
entregando Q directamente:
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ESTACION FLUVIOMETRICA
Si se desea registrar continuamente los caudales pasantes por
una sección, debe instalarse una estación fluviométrica.
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ESTACION FLUVIOMETRICA
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ESTACION FLUVIOMETRICA
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ESTACION FLUVIOMETRICA
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CURVA DE DESCARGA
Para obtener la curva de descarga se llevan a
cabo aforos para diferentes condiciones de
caudal:
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CURVA DE DESCARGA
El problema es que las curvas se extrapolan mucho más allá
del rango de las mediciones, porque es imposible aforar
crecidas con los métodos tradicionales: