Hidrologia Aplicada-capitulo 04

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<ul><li><p>Hidrologa Aplicada Captulo 4: Recopilacin y Anlisis de Datos Hidrolgicos </p><p> - 62 -</p><p> 4.1. REDES HIDROMTRICAS CONVENCIONALES </p><p> 4.1.1. Generalidades </p><p> Los datos hidrometeorolgicos son colectados primordialmente como informacin bsica para el desarrollo y gestin de los recursos hdricos de una regin. Son usados tambin para fines operacionales como previsin de inundaciones y sequas, operacin de embalses y centrales hidroelctricas y finalmente para investigacin. </p><p> Una red hidromtrica es un conjunto de instrumentos o estaciones de medicin de una o ms variables hidrolgicas, distribuido en una cuenca con el objeto de cuantificarlos adecuadamente y observar sus variaciones temporales y espaciales. Normalmente, las estaciones de medicin son operados por una persona denominado observador, encargada de mantener los instrumentos en correcto estado de funcionamiento y de efectuar las lecturas necesarias, haciendo las anotaciones respectivas. </p><p> Es de gran importancia que los diversos tipos de redes sean instalados como proyectos integrados, pero en la prctica casi siempre las redes son operadas por diversas entidades, siendo necesarias una buena cooperacin en su desarrollo y exploracin. </p><p> La diversidad de caractersticas regionales en trminos de topografa, uso del suelo, acceso, infraestructura y problemas hdricos, hace impracticable establecer normas universalmente satisfactorias para el proyecto de redes hidrometeorolgicas. El objetivo final es siempre la implantacin de una red ptima global, pero en los pases en desarrollo, la preocupacin inmediata debe ser el planeamiento de redes de densidad mnima aceptable. Una red mnima es aquella que evitar incurrir en serios errores o deficiencias en la gestin de los recursos hdricos, en una escala compatible con el desarrollo econmico de la regin. </p><p> En la planificacin de redes hidrometeorolgicas, la localizacin de las estaciones de medicin debe ser definida de tal forma que los datos recolectados sean tiles tambin en el desarrollo de relaciones entre los factores hidrolgicos y los parmetros fsicos ms significativos, tales como declividad, altitud, morfologa, geologa, uso del suelo, rea, etc. </p><p> 4.1.2. Redes ptimas </p><p> Una red ptima es aquella en la cual, por simple interpolacin de los valores medidos en las diferentes estaciones, es posible determinar con precisin suficiente, para fines prcticos, los elementos hidrometeorolgicos bsicos en cualquier punto de la regin. Es claro que, del punto de vista econmico, el nmero de estaciones debe ser lo menos posible por lo que se acostumbra, entonces, dividir las estaciones en tres tipos. Estaciones principales, estaciones ordinarias y estaciones especiales. </p><p> Las estaciones principales, estaciones base o permanentes, son aquellas que suministran los fundamentos, para estudios estadsticos, y por eso deben operar continuamente y por tiempo indefinido. Se estima que para obtener valores medios </p><p>CAPITULO 4: RECOPILACIN Y ANLISIS DE DATOS HIDROLGICOS </p></li><li><p>Hidrologa Aplicada Captulo 4: Recopilacin y Anlisis de Datos Hidrolgicos </p><p> - 63 -</p><p>confiables de caudal en regiones hmedas, son necesarias series de datos de 30 a 40 aos y, en reas con variabilidad acentuada de la precipitacin de 70 a 80 aos. </p><p> Las estaciones ordinarias o secundarias deben ser operadas durante un nmero limitado de aos. Su duracin ser apenas lo suficiente para establecer una buena correlacin entre ella y las estaciones base o las caractersticas fsicas del terreno. En caso de estaciones hidromtricas, cuando estas se sitan en afluentes del curso principal, las correlaciones entre estaciones sern menos significativas en caso de estar localizadas en el mismo ro. Desplazndose una estacin secundaria despus de haber sido definida la correlacin, puede ser cubierta una gran rea, con una red densa apoyado en las estaciones principales, que son operadas continuamente. </p><p> Las estaciones especiales atienden proyectos o fines especficos como observacin de niveles mximos solamente, o estudios de niveles mnimos, etc. En general ellas no suministran datos adecuados para el anlisis estadstico, razn por la cual su establecimiento debe ser analizado con sentido crtico, especialmente antes de contar con una red mnima satisfactoria. </p><p> 4.1.3. Red Mnima </p><p> Alcanzar el estado de una red ptima requiere de tiempo y trabajo permanente. El primer paso es construir una red mnima que atienda a las necesidades inmediatas del desarrollo econmico de la regin. Es importante implantar la red con la mayor rapidez posible, y una vez implantada, los esfuerzos deben ser encaminados para su optimizacin, instalando sucesivamente estaciones secundarias que suministrarn datos para estudios de variabilidad espacial y temporal de las variables hidrometeorolgicas locales para futuras obras hidrulicas que son de inters para esas instalaciones. </p><p> Debido a la baja densidad de una red mnima, es fundamental que los datos de todas las estaciones sean confiables. Es obvio que una red mnima en la cual 50% de sus estaciones es abandonado o irregularmente operado, tiene su densidad reducida a la mitad y no es ms considerado como una red mnima. </p><p> Las estaciones existentes deben ser utilizadas como ncleo para la estructuracin de red mnima. Si su localizacin no es considerada adecuada, se debe implantar una nueva estacin en las proximidades, visando definir una correlacin y para eso debe ser operada durante 10 aos. Si la correlacin es satisfactoria, la estacin antigua puede ser desactivado, en caso contrario, debe ser analizado el abandono de la estacin antigua, especialmente si sus datos son considerados poco representativos o poco confiables. </p><p> Este es un proceso que lleva mucho tiempo y es por eso que su proseguimiento es crtico, por cuanto los registros hidrolgicos deben anteceder en muchos aos a la necesidad inmediata. La falta de esa informacin, mientras tanto, puede atrasar proyectos de implantacin urgente, o conducir a errores graves en el proyecto de obras hidrulicas y en la gestin de recursos hdricos. </p><p> 4.1.4. Densidad Mnima de las Redes </p><p> Cada observacin o dato medido en la estacin se toma como representativo de una rea dada. Una medicin de precipitacin en un pluvimetro, por ejemplo, es til nicamente en la medida en que representa la lluvia real en la regin circundante, y an no siendo representativa, ella puede ser usada como ndice. </p></li><li><p>Hidrologa Aplicada Captulo 4: Recopilacin y Anlisis de Datos Hidrolgicos </p><p> - 64 -</p><p>Una medicin de descargas en un ro representa no solo el caudal de la cuenca particular de drenaje, sino tambin de las cuencas vecinas, bajo ciertas restricciones. Existe un lmite para esa representatividad espacial, y el nmero de factores que deben ser tomados en cuenta es muy grande y complejo, imposibilitando la definicin de un nico criterio que indique la densidad mnima adecuada para una regin. Entre los factores a ser considerados se citan las condiciones fisiogrficas e hidrolgicas, especialmente las variaciones espaciales de los regmenes fluviales, hidrolgicos y la hidrografa. </p><p> Debido al hecho de que la mayor parte de las estaciones exigen los cuidados de un observador, la distribucin de la poblacin es tambin un factor a ser analizado. La Organizacin Meteorolgica Mundial aconseja las densidades mnimas para redes pluviomtricas e hidromtricas constantes de las tablas 4.1. y 4.2. </p><p> Tabla N 4.1: Densidades Mnimas para Redes Pluviomtricas </p><p> Area en km2 por estacin Tipo de Regin </p><p>Densidad Mnima Normal </p><p>Densidad mnima tolerada en condiciones difciles </p><p>Regiones planas en zonas templadas y tropicales </p><p>600 900 900 3000 </p><p>Regiones montaosas en zonas templadas y tropicales Islas montaosas con precipitaciones irregulares y red de drenaje densa </p><p>100 250 </p><p>25 </p><p>250 1000 </p><p>Regiones ridas y polares 1500 1000 </p><p>Tabla N 4.2: Densidades Mnimas para Redes Hidromtricas </p><p>Area en km2 por estacin Tipo de Regin Densidad Mnima </p><p>Normal Densidad mnima tolerada en </p><p>condiciones difciles Regiones planas en zonas templadas y tropicales </p><p>1000 2500 3000 10000 </p><p>Regiones montaosas en zonas templadas y tropicales Islas montaosas con precipitaciones irregulares y red de drenaje densa </p><p>300 1000 </p><p>140 300 </p><p>1000 1500 </p><p>Regiones ridas y polares 5000 20000 </p><p>4.1.5. Costos </p><p>El costo anual de operacin de redes hidromtricas vara de acuerdo con la frecuencia de las visitas, la composicin de los equipos, equipo usado y medios de transportes utilizados. A su vez esos factores dependen del tamao de la regin, del nmero de estaciones, de las condiciones de acceso y de la cantidad y calidad de los datos a ser colectados. </p><p> En la tabla 4.3 se presentan costos de operacin de redes, en algunos pases de Amrica Latina, (Basso, 1979). </p></li><li><p>Hidrologa Aplicada Captulo 4: Recopilacin y Anlisis de Datos Hidrolgicos </p><p> - 65 -</p><p>Tabla 4.3: Costos de Operacin de Redes en Pases de Amrica Latina </p><p>Pas Costo anual (US$) </p><p>Brasil: Cuenca Amaznica Brasil:Cuenca de Tocantins Colombia Costa Rica Chile Nicaragua Panam </p><p>27,700 8.100 2,300 3,990 3,050 2,170 1,780 </p><p> 4.2. ADQUISICIN DE DATOS EN TIEMPO REAL </p><p>4.2.1. Telemetra </p><p>La gestin de recursos hdricos adquiere cada vez ms importancia en la medida que aumenta el uso y degradacin de las aguas y la exploracin de las cuencas hidrogrficas. Una correcta evaluacin de los recursos hdricos exige un elevado nmero de puntos de muestreos, y una concentracin rpida de la informacin. La solucin de este problema en cuencas extensas exige la automatizacin de las redes y su inters es el control efectivo inmediato de la cuenca, justifica el uso de le telemetra. </p><p> Telemetra es la realizacin de mediciones a distancia, a travs de sondas automticas que, en la mayor parte de los casos, sustituye el observador. Su gran ventaja es la velocidad de concentracin de los datos, permitiendo el seguimiento de la evolucin de los fenmenos en tiempo real. El concepto de telemetra es mejor caracterizado como un sistema (Gauenberg,1967), que como una tcnica o un dispositivo. El incluye el medio en que se realiza la conversin del parmetro medido en seal elctrico, el mtodo de transmisin y recepcin de la seal y el mtodo de conversin de esta seal en forma utilizable. En otras palabras, un sistema de telemetra est compuesto de un subsistema de medicin, un subsistema de telecomunicacin y un subsistema de procesamiento (Figura 4.1). </p><p> El sistema telemtrico contrasta con los mtodos tradicionales en el uso intensivo e inmediato que hace de la electrnica (especialmente micro computadoras y micro procesadores). La figura 4.1 ilustra tambin el esquema convencional, donde transcurren largos perodos de tiempo entre la adquisicin de informacin y su aplicacin en la solucin de problemas reales. En la mayora de los casos, los diversos sistemas de telemetra se diferencian entre s solo en cuanto a los aspectos de telecomunicacin. </p><p>Esquema de un Sistema Tradicional </p><p>Figura N 4.1: Esquema de un Sistema Telemtrico </p><p>Medicin Clculo Almacenamiento Anlisis Difusin Uso</p><p>Fenmeno Fsico </p><p>Subsistema de </p><p>Medicin </p><p>Subsistema de </p><p>Transmisin </p><p>Subsistema de </p><p>Procesamiento </p><p>Utilizacin</p><p>Difusin</p><p>Archivo</p></li><li><p>Hidrologa Aplicada Captulo 4: Recopilacin y Anlisis de Datos Hidrolgicos </p><p> - 66 -</p><p>4.2.2. Sistemas de Transmisin </p><p>Se utilizan bsicamente cuatro tipos: por lnea telefnica, por radiocomunicacin, por dispersin meterica y por satlite. La transmisin de datos por lnea telefnica, consiste en la interconexin de estaciones hidromtricas al centro de procesamiento a travs de una comunicacin interurbana (Figura 4.2). Esta modalidad de transcripcin permite que las estaciones hidromtricas sean totalmente automticas, dispensando la necesidad de intervencin humana, permitiendo que los datos sean recibidos en tiempo real, con la ventaja de que las estaciones sean interrogables, esto es, se pueden obtener datos a cualquier instante, bastando para eso una comunicacin para la estacin. Bsicamente, en este proceso las seales mecnicas provenientes de los sensores son transformados en seales elctricas que por medio de una interfase son introducidas en la lnea telefnica, despus de un discado automtico. Esa seal cuando es recibido en la estacin central, es codificado, filtrado y almacenado en la memoria magntica. </p><p> Funcionando por medio de programas introducidos en microcomputador, la estacin central interroga automticamente, en horarios predeterminados a las estaciones remotas y permite tambin interrogaciones siempre que se considere necesario, fuera de los horarios preestablecidos. El sistema de adquisicin de datos va telefnica, depende de la calidad de los servicios telefnicos prestados en la regin, el que en general, no representa problema mayor debido al intensivo mejoramiento reciente del sistema de telecomunicacin. Naturalmente, algunas regiones del pas (Amazona) que an no cuentan con esos servicios de forma amplia y confiable, tendr limitada la aplicacin de esta metodologa. </p><p> En la forma ms simple, el sistema de radio comunicacin consta de un instrumento de radio en un lugar remoto, conectado a uno o ms sensores, y de una estacin piloto situada en la central de procesamiento. La radio transmite los datos, en forma temporizada o bajo el comando de la estacin piloto. Tales sistemas operan generalmente en HF (high frecuency), VHF (Very high frecuency), UHF (Ultra high frecuency) on SHF (Super high frecuency). </p><p> 4.3. USO DE SATLITES EN HIDROLOGA </p><p>4.3.1. Generalidades </p><p>De manera simple, se podra decir que los satlites cumplen tres funciones bsicas: ellos pueden ver, or y hablar. En trminos ms tcnicos, ellos pueden usar varios tipos de sensores para vigilar las condiciones de la atmsfera terrestre, pueden recibir los datos que les son enviados de otros sensores y pueden transmitir toda esa informacin a los usuarios en tierra. Se aplica con mucha frecuencia el trmino de sensores remotos para referirse a esas tcnicas. </p><p> 4.3.2. Tipos de Satlites Operativos Disponibles </p><p> Se clasifican en dos grupos segn sus rbitas: polares y geoestacionarios. </p></li><li><p>Hidrologa Aplicada Captulo 4: Recopilacin y Anlisis de Datos Hidrolgicos </p><p> - 67 -</p><p>Los satlites de rbita polar recorren la rbita en aproximadamente en 105 minutos y cada vez cruzan el ecuador en 25 de longitud ms al oeste que en la rbita precedente, a una altitud que vara entre 800 y 900 km. De esta forma, una parte determinada de la superficie terrestre puede ser monitoreada no menos de dos veces cada 24 horas: una trayectoria N-S y otra de S-N. En las latitudes altas, en general es posible observar un lugar ms de dos veces en 24 horas, debido a la superposicin de las imgenes y la proximidad de las rbitas. Su fuente de energa son celdas solares, y requieren de bateras para funcionar en los perodos de 1/3 de rbita en que el satlite entra en la sombra de la tierra; como solo transmiten cuando pasan sobre la estacin receptora, requieren...</p></li></ul>