Aforo de escurrimientos

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Aforo de escurrimientos

  1. 1. AFORO DE ESCURRIMIENTOSPara determinar el volumen que escurre por una cuenca, se deben aforaro medir las corrientes. Los aforos se realizan en estaciones hidrométricas(en puentes de aforo y usando molinete) o se puede medir la corriente decualquier río de manera individual. Estos aforos se hacen a través de ciertointervalo de tiempo (horas, días, etc), con cuyos datos se construyengráficas de gasto (m3/s) contra tiempo (h), llamadas hidrogramas. En México se usan básicamente tres tipos de métodos para aforarcorrientes, a saber: Secciones de control. Una sección de control de una corriente sedefine como aquélla en la que existe una relación entre el tirante y elgasto. Consiste de una obra hidráulica o vertedor construidoespecialmente para aforar una corriente. Este método es el más preciso detodos para el aforo, pero es relativamente costoso y en general, sólo sepuede usar cuando los gastos no son muy altos. En el caso deestrechamientos en el cauce, deberá restringirse el transporte de objetosarrastrados por la corriente ya que la sección puede obstruirse. Uninconveniente de los vertedores es que generan un remanso aguas arribade la sección. Por ello, este método es adecuado en ríos pequeños,cauces artificiales (como canales de riego) o cuencas experimentales. Relación sección-pendiente. Este método se utiliza para estimar elgasto máximo que se presenta durante una avenida reciente en un ríodonde no se cuenta con ningún otro tipo de aforo. Para su aplicación serequiere solamente contar con la topografía de un tramo del cauce y lasmarcas del nivel máximo del agua durante el paso de la avenida(obtenidas con estadal o de escalas dibujadas en las orillas del canal). Relación sección-velocidad. Este es el método más usado en Méxicopara aforar corrientes. Consiste básicamente en medir la velocidad envarios puntos de la sección transversal y después calcular el gasto pormedio de la ecuación de continuidad Q = v A (A = área hidráulica).
  2. 2. Dentro de este método, existen varias maneras para obtener la velocidaddel agua: a) Flotador. Se escoge un tramo recto del río, libre de vegetación ocualquier otro obstáculo que pueda interrumpir el flujo. Se coloca un objetoque flote sobre el agua, a la mitad del tramo. Se mide el tiempo (s) quetarda en recorrer una distancia determinada (m). La velocidad (m/s) estarádada por el cociente entre distancia y tiempo. Este método aunque baratoy fácil de usar, es inexacto porque se está midiendo la velocidad en lasuperficie de la corriente y de acuerdo a la parábola de velocidades delagua, ésta es la más grande y no corresponde a la velocidad media del ríoo canal. b) Molinete. Este método es más exacto para medir la velocidadmedia de un río. Consiste en introducir un aparato especialmentediseñado, que se llama molinete , el cual tiene una hélice o rueda deaspas o copas que gira impulsadapor la corriente y mediante unmecanismo eléctrico, transmitepor un cable el número derevoluciones por minuto o porsegundo con que gira la hélice.Esta velocidad angular se traducedespués a velocidad del aguausando una fórmula de calibraciónque previamente se determinapara cada aparato en particular.
  3. 3. Para obtener la velocidad media de un río o canal utilizando el molinete, seescoge una sección transversal al flujo, la cual se divide en secciones otramos iguales (m). Se introduce el molinete en cada tramo, a los 6/10 dela profundidad media del tramo, que de acuerdo a la parábola develocidades, es donde se ubica la velocidad media (m/s). Se obtiene lavelocidad en cada sección. Es necesario también, conocer el área de cadatramo o sección, por lo que se introduce un estadal en el punto medio decada sección, obteniéndose la profundidad media (m). Esta se multiplicapor el ancho de cada sección (m), dando el área (m2) del rectángulo otramo. Finalmente, se obtiene el producto de la velocidad (m/s) por el área(m2) dando el gasto (m3/s) de cada sección. La velocidad media se obtienedel cociente entre la sumatoria de todos los gastos y las áreas unitarias decada sección.Hidrograma de escurrimientoEs una gráfica que nos muestra la descarga, caudal o gasto de un río enfunción del tiempo. Durante un período de sequía la descarga estarácompuesta enteramente de contribuciones subterráneas, como se observaen la Figura . A medida que el río o arroyo drena agua de la reservasubterránea, el nivel freático decae, dejando cada vez menos agua paraalimentarlo. Si no hay una recarga del agua subterránea, el escurrimientoserá cero.
  4. 4. El escurrimiento va a depender de la topografía, el clima, la geología y eltipo de suelo. El flujo base del escurrimiento decrece en un período desequía debido a que el agua subterránea se drena hacia el río o arroyo, yasí el nivel freático desciende (Figura).Partes de un hidrogramaSi se mide el gasto (volumen de escurrimiento por unidad de tiempo; m3/s)que pasa de manera contínua durante todo un año por una determinadasección transversal de un río y se grafican los valores obtenidos contra eltiempo, se obtendría una gráfica como la de la Figura.Aunque la forma de los hidrogramas producidos por tormentas particularesvaría no solo de cuenca a cuenca, sino también de tormenta a tormenta,es posible, en general distinguir las siguientes partes encadahidrograma (Figura):
  5. 5. a) Punto de levantamiento. En este punto, el agua proveniente de latormenta bajo análisis comienza a llegar a la salida de la cuenca y seproduce inmediatamente después de iniciada la tormenta, durante lamisma o incluso cuando ha transcurrido ya algún tiempo después de quecesó de llover. Su forma depende de varios factores, entre los que sepueden mencionar el tamaño de la cuenca, su sistema de drenaje, tipo desuelo, la intensidad y duración de la lluvia, etc.b) Gasto pico. Es el gasto máximo que se produce por la tormenta.Con frecuencia es el punto más importante de un hidrograma para fines dediseño.c) Punto de inflexión. En este punto es aproximadamente cuandotermina el flujo sobre el terreno y de aquí en adelante, lo que queda deagua en la cuenca escurre por los canales y subterráneamente comoescurrimiento base.d) Final del escurrimiento directo. De este punto en adelante elescurrimiento es sólo de origen subterráneo. Normalmente se acepta comoel punto de mayor curvatura de la curva de recesión, aunque pocas vecesse distingue de fácil manera.e) Tiempo de pico (Tp). Es el tiempo que transcurre desde el punto delevantamiento hasta el pico del hidrograma.f) Tiempo base (Tb). Es el tiempo que transcurre desde el punto delevantamiento hasta el final del escurrimiento directo. Es, entonces eltiempo que dura el escurrimiento directo.g) Rama ascendente. Es la parte del hidrograma que va desde elpunto de levantamiento hasta el pico.h) Rama descendente o curva de recesión. Es la partedel hidrograma que va desde el pico hasta el final del escurrimientodirecto. Tomada a partir del punto de inflexión, es una curva de vaciado dela cuenca.

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