Clase 3 - 2013 -I

7/22/2019 Clase 3 - 2013 -I

http://slidepdf.com/reader/full/clase-3-2013-i 1/56

Presentado por:Ing. Raúl Ortiz

Curso de HidrogeologíaClase 3

1. Aforos

2. Hidrogramas

3. Arroyos Efluentes oInfluentes.

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1. Aforos


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AforoDefinición

La medida directa de un caudal, se efectuaría haciendopasar el agua a través de una superficie conocida ydeterminando la velocidad del agua.

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AforoCálculo Indirecto

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AforoCálculo Indirecto

LimnímetroconTransductor

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AforoCálculo Directo

Cálculo Directo de Caudal (método del molinete)

Global waterflow probe

FP111

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=global+water+fp111&source=images&cd=&cad=rja&docid=046TY9qdq8MwsM&tbnid=o2FP9gTgWMqxvM:&ved=&url=http://www.globalw.com/products/flowprobe.html&ei=Z91qUaeuFMWsywGct4G4CA&bvm=bv.45175338,d.aWc&psig=AFQjCNHqox0HMtp0RrrnObXh3jzsT9M30w&ust=1366044391761121

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1. Secciones transversalespertenecientes a un tramo recto.

2. Velocidades del agua mayores a 0.15m/s y profundidades mayores a0.15 m.

3. Fondo de la quebrada relativamenteuniforme, libre de bloques y otrosobstáculos al flujo natural del agua.

4. Flujo relativamente uniforme, no aguaestancada ni muy turbulenta.

5. Se mide la profundidad y la velocidadpromedio a lo largo de toda la verticalen el punto de medición.

6. Con los datos registrados se calcula

el perímetro mojado, el área de lasección y el caudal.

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AforoVelocidad Media Vertical

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AforoVelocidad Media Vertical


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AforoUso de Correntómetro

El medir la velocidad vertical promedio con elcorrentómetro es más preciso que el método del 60% de laprofundidad total enunciado por la USGS (Servicio

Geológico de los Estados Unidos).

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AforoMétodo Químico - Trazadores

Definición:

Este método consiste en introducir un trazador con una concentraciónconocida y ver su evolución, así como el tiempo que transcurre hastaque llega al punto de observación.

Ventajas:• No ofrece dificultad al paso del agua.

• Ecuaciones sencillas y de resolución rápida.

• Útil en puntos donde no es idóneo utilizar el molinete (por ejemplo en

el tramo alto de un río con flujo turbulento y de poca profundidad).

Desventajas:

•Se deben tomar y analizar muestras de agua con una alta fiabilidad.

•Es una medida puntual, como en el caso de molinete.

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AforoMétodo Químico – Inyección Continua

02

211

C C

C C QQ

Donde:

Q = caudal del río.Q1 = caudal de inyección continuo.C1 = concentración de trazador aplicado en forma continua al río.

C2 = concentración de trazador en la sección 2.C0 = concentración inicial del trazador en el río.

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AforoMétodo Químico – Inyección Instantánea

A

C V Q 11

Donde:

Q = caudal del río.V1 = volumen de agua con trazador inyectado al río en la sección 1.C1 = concentración de trazador inyectado al río en la sección 1.

A = área bajo la curva.

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AforosMétodo Químico – Trazadores Colorantes

Cálculo Directo de Caudal (método químico – inyección de trazadores)1

1

3

5

Prueba 1 - Puente Ayway

4 de Abril del 2006

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Tiempo (segundos)

C o n c e n t r a c i o n e s ( p p b )

Caudal = 25161 l/s

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AforosSensores Electromagnéticos

El principio de este método es el de medir la tensión de unacorriente inducida por un campo magnético en movimiento. Segenera cuando el agua pasa por un campo magnético estático y lapone en movimiento. Esta tensión es proporcional a la velocidad delagua.

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AforosSensores de Ultrasonido y Doppler

Sensores de ultrasonido Sensores Doppler

Consiste en enviar un sonido acústico auna frecuencia mucho más elevada de laque puede percibir el oído a través delagua, captarlo con un receptor y medir untiempo de ida y vuelta. Dicha frecuenciapuede llegar a ser de 20.000 pulsaciones

por minuto.

Sensores sísmicos que puedendeterminar el perfil de velocidadesen una vertical dada medianteefecto Doppler (distorsión de lafrecuencia de la onda emitida por lavelocidad de las partículas que la

reflejan).

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AforosEjemplo de Cálculo - Molinete

Project: Hydrogeological Study - Compuerta Lagoon

Code: 2201 Date 13-10-04

Client: MWH Staff: R.O.

Area: Compuerta Lagoon Method: Mean Velocities in the Profile Factor Border type

Station: FG-2 Start: 12:50 End: 13:05 0.3 Smooth and stagnated water

North(m): 9235659 East(m): 765119 Page 1 of 1 0.5 Abrupt o area triangular.

Equipment: FP101 Global Flow Probe (Global Water) 0.7 Vertical, clean

0.5 to 0.7 Vertical, with vegetation or high rugosity

v (1) h (1) Partial

Distance

Partial

Flows

(m/s) (m) (m) (l/s)

MI 0 0 0 0.7 0.0280 0.02 0.56

1 0.40 0.1 0.04 0.1100 0.2 22.00

2 0.60 0.3 0.18 0.2300 0.2 46.00

3 0.70 0.4 0.28 0.3000 0.2 60.00

4 0.80 0.4 0.32 0.2100 0.2 42.00

5 0.20 0.5 0.1 0.1100 0.2 22.00

6 0.30 0.4 0.12 0.1100 0.2 22.00

7 0.20 0.5 0.1 0.0500 0.2 10.00

8 0.00 0.2 0 0.7 0.0000 0.1 0.00

MD 0 0 0

Notes: 224.56

(2) Factor due effect of the borders type. 0.10

(3) Aditional flow in case w e have flow around the section 224.66

Aditional Flow (l/s) (3)

Final Total Flow (l/s)

STREAM FLOW GAUGING RECORD

Point vxh (m2 /s) Factor (2)

Previous

Calculation

(m2 /s)

(1) v = average velocity in the vert ical; h = w ater height Pre-Total Flow (l/s)

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2. Hidrogramas


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HidrogramaDefinición

Es la representación gráfica de la evolución temporal del

caudal circulando por una sección transversal del río.

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HidrogramaPartes del Hidrograma

El hidrograma superficial se define como la variación del caudal en la salidade una cuenca. Su forma depende de la forma y tamaño de la cuenca, así

como de la intensidad de la precipitación. Por lo tanto, una mismaprecipitación producirá diferentes hidrogramas en diferentes cuencas.

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HidrogramaDefinición

Una precipitación de mayorduración y baja intensidad generaun hidrograma con un tiempo basemayor.

Una precipitación de poca duración

y muy intensa ocasiona unhidrograma muy afilado con untiempo base menor.

El área bajo el hidrograma es elvolumen del agua descargadadurante el período de registro.

Los hidrogramas complejos reflejanla influencia de la precipitaciónantecedente y otros ingresos deagua. Tales hidrogramas sonformados por la superposición dehidrogramas correspondientes a

eventos de lluvia separados.

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HidrogramaComponentes

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HidrogramaTiempos en el Hidrograma

Tiempo de base (Tb): es el tiempo desde que seinicia la crecida hasta el final de la escorrentíadirecta. Es el tiempo desde que llega la primera gotade lluvia neta a la estación de aforos, hasta que llegala última.

Tiempo de crecida (Tp): es el tiempo desde que

llega la primera gota de lluvia neta a la estación deaforos hasta que llega la punta de la avenida. Estetiempo es importante para la previsión de avenidas.

Tiempo de respuesta o de retraso (Td): es eltiempo que se produce desde el centro de gravedadde la lluvia neta (yetograma) hasta la punta del

hidrograma. Es el tiempo que tarda en llegar lamáxima intensidad de lluvia a la estación de aforos.

Tiempo de concentración (Tc): es el tiempo desdeel final de la lluvia neta hasta el final de laescorrentía directa. Es el tiempo que tarda en llegaruna gota de lluvia desde el punto más alejado de la

cuenca hasta la salida de la misma.

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Separación decomponentes del

hidrograma

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HidrogramaCurva de Recesión

Las curvas de recesión suelen tener una forma exponencial aproximada y sontanto más rápidas cuanto mayor es la transmisividad del acuífero, menor el

coeficiente de almacenamiento y menor la distancia al lugar de salida del agua.

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HidrogramaCurvas de Recesión de Flujo Base

Es deseable analizar varias curvas de recesión de diferentes años comosea posible. Esto permitirá tener una curva de recesión promedio, así

como la mínima.

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HidrogramaCurvas de Recesión

Es ideal para la curva de recesiónel tener un largo período demeses sin lluvia, lo cual es raro enclimas moderados/húmedos.

Las lluvias en verano o a losinicios de invierno puedenocasionar perturbaciones en lacurva de recesión que no puedenser removidas sin ambigüedaddurante el análisis.

Por lo tanto es deseable analizartantas curvas de recesión dediferentes años como sea posible.Esto permite encontrar la curva derecesión promedio y la curva de

recesión mínima.

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HidrogramaSeparación del Flujo Base

= .

= 0.827.

Donde:

D = Número de días entre el pico deltormenta y el final del flujo sobre terreno.A = Área de la cuenca en millas cuadradas.

Donde:

D = Número de días entre el pico deltormenta y el final del flujo sobre terreno.A = Área de la cuenca en kilómetros

cuadrados.

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HidrogramaAnálisis de Curva de Recesión

(a) Elevación de la curva de recesióndel flujo base a un mayor nivelcomo consecuencia de unincremento en el almacenamiento.

(b) Descarga sin el incremento de

almacenamiento (el agua nueva estransmitida por una red biendesarrollada de fisuras ocanales/conductos cársticos).

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=

+ − = 1 −

Donde:

Qt = flujo en el tiempo t.Q0 = flujo al inicio de la recesión.

a = coeficiente de descarga (o de recesión), el cual depende dela transmisividad y producción específica del acuífero (días-1).

t = tiempo desde que se inició la recesión para el cual elcaudal es calculado (días).

t0 = tiempo desde el inicio de la recesión (días).

= − − = −

Ecuación de Boussinesq(1904)

Ecuación de Maillet(1905)

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= − − = − Ecuación de Maillet(1905)

Despejando a

Ln Qt = Ln Qe−α∆t = Ln Q Ln e−α∆t

Ln Qt = Ln Q Ln e−α∆t

Ln Qt Ln Q = Ln e−α∆t

Ln Qt Ln Q = ∆t

=

∆

=

días 1

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= − − = −

Ecuación de Maillet(1905)

=

días

1

a = en el orden de 10-2 indica un drenaje rápido de

fracturas grandes bien interconectadas (o canalescársticos en caso de acuíferos cársticos).

a = en el orden de 10-3 representa un drenaje lento depequeños vacíos, como fracturas angostas y

porosidad de la matriz del acuífero.

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Métodos Para Estimar RecargaAnálisis de Curva de Recesión

=

=

El coeficiente de descarga a y el volumende agua subterránea gravitacionalalmacenada en el acuífero, sobre el puntode descarga, son inversamenteproporcionales.

Donde:

Vt = Volumen de agua almacenada en el tiempo “t” en el acuífero sobre el

nivel de descarga (nivel de manantial) en m3

.Qt = Caudal de descarga en el tiempo “t”, en m3/sa = Coeficiente de descarga, en días-1.Vn = Volumen de agua subterránea remanente en el acuífero al final del

microrégimen “n”, en m3.an = Coeficiente de descarga del microrégimen “n”, días-1.

Qn = Caudal de descarga inicial del microrégimen “n”, en m3/s

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Q0=Q01=3.55 m3 /s

Q02=2.55 m3 /s

Q03=2.20 m3 /s

Q2=2.25 m3 /s

T1 = 24.5 días

Q1=3.55 m3 /sT0 = 0 días

Q3=2.06 m3 /sT2 = 44 días

Q4=2.01 m3 /sT3 = 60 días

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En base a Figura 32.8 responda:

a) Calcular los coeficientes de recesión para cada microrégimen.

b) Calcular la descarga de agua subterránea 35 días después que la

recesión inició, cuando el segundo microrégimen está activado. Usarecuación de Maillet.

c) Realizar el mismo cálculo anterior pero considerando el caudal inicial quecorrespondería al segundo microrégimen si se proyecta hasta el inicio de

la recesión.

d) Calcular la descarga de agua subterránea a los 90 días, asumiendo queno ocurren precipitaciones durante todo el período y se mantiene el últimomicrorégimen. Calcularlo usando dos soluciones con la ecuación deMaillet.

Hid

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= =

86,400

(V0 en m3, Q en m3/s, a en días-1)

Q0=Q01=3.55 m3 /s

Q02=2.55 m3 /s

Q03=2.20 m3 /s

Q1 = Q01-Q02

Q2 = Q02-Q03

Q3 = Q03-0

Q2=2.25 m3 /sT1 = 24.5 días

Q1=3.55 m3 /sT0 = 0 días

Q3=2.06 m3 /sT2 = 44 días

Qn=2.03 m3 /sTn = 54 días

Mét d P E ti R

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En base a Figura 32.9 responda:

a) Calcular el volumen de agua almacenada en el acuífero al inicio de la

recesión.

b) Calcular el volumen de agua remanente en el acuífero sobre el nivelde descarga del mismo, al final de la curva de recesión.

c) Calcular el volumen de agua descargada durante todo el período derecesión (54 días).

Mét d P E ti R

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110 t t

tp

t V V

3.2

1t Q

V o

tp

Volumen total de aguasubterránea que podría

ser descargado

Volumen de aguasubterránea remanenteluego de determinado

tiempo

Donde:

Vtp Volumen total de agua subterránea que podría ser descargado (l)

Qo Flujo base al inicio de la recesión (l/s)

t1 Tiempo que toma para el flujo base reducirse de Qo a (0.1xQo) en segundos (s)

Vt Volumen de agua subterránea que queda luego de un tiempo "t" (l)

Vtp Volumen total de agua subterránea que podría ser descargado (l)

t Tiempo en el que se quiere conocer el volumen de agua subterránea remanente (s)

Mét d P E ti R

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Mét d P E ti R

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En base a Figura anterior, responda:

a) Calcular el volumen de agua subterránea que podría ser descargada

al inicio de la recesión.

b) Calcular el volumen de agua remanente al final de la curva derecesión, que dura 7.5 meses.

c) Calcular el volumen de agua subterránea que podría ser descargadaal inicio de la siguiente recesión.

d) Estimar recarga.

Hid

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A veces, el primer microrégimen no corresponde a laecuación exponencial simple de Maillet, y se adecúa mejor afunciones hiperbólicas. Las desviaciones de la

dependencia exponencial puede ser fácilmente detectada silos datos colocados en una hoja semilogarítmica no formanlíneas rectas.

Generalmente la mejor aproximación de un drenaje rápido(y frecuentemente turbulento) de grandes transmisores deagua subterránea al inicio de la recesión, es la relaciónhiperbólica de Boussinesq.

Hid

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=

+ − = 1 −

Donde:

Qt = flujo en el tiempo t.Q0 = flujo al inicio de la recesión.a =coeficiente de descarga (o de recesión), el cual depende de la transmisividad

y producción específica del acuífero (días-1).t = tiempo desde que se inició la recesión para el cual el caudal o volumen es

calculado (días).t0 = tiempo desde el inicio de la recesión (días).n = exponente cuyos mejores valores son 1/2, 3/2 y 2.Vt = volumen de agua libre gravitacional que se encuentra almacenada en el

acuífero sobre el punto de descarga. Es el volumen en cualquiermomento “t” desde el inicio de la recesión.

Ecuación de Boussinesq(1904)

=

1

1 1

1 −

86,400

Hid

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Q0=0.240 m3 /s

Q1=0.105 m3 /s

Q2=0.060 m3 /s

Mét d P E ti R

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En base a Figura 32.10, utilice la ecuación de Boussinesq y responda:

a) Determinar el valor de alpha.

b) Determinar el exponente “n”.

c) Escribir la ecuación de la curva de recesión.

Hidrograma

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Ecuación de Boussinesq (1904)

= 1

1

a) Para determinar el valor de a

Se prueban valores en laecuación indicada en estadiapositiva hasta que secumpla la igualdad.

Primero, generalmente seprueba con 0.5 y luego conotros valores, los cuales segrafican tal como se muestraen esta diapositiva.

El a correcto producirá unalínea recta al graficarlos. Eneste caso el valor correcto es0.202.

Hidrograma

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HidrogramaEcuaciones de Curva de Recesión

= 1

1

b) Calculando a

0.240

0.105

0.240

0.060

= 1 0.202 15 í 1 0.202 47 í

0.5963 ≈ 0.5929

Hidrograma

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HidrogramaEcuaciones de Curva de Recesión

=

1

c) Calculando n

=

1

1

=

0.240

0.105

1 0.202 15 í= 0.593

=

1

=0.24

1 0.202 .

d) Determinando ecuación de la curva de recesión

Curso de Hidrogeología

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3. Arroyos Efluentes o Influentes(Gaining and Losing Streams)


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Arroyos Efluentes e Influentes

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1. Ejercicios (en práctica).2. Control de Lectura (correo

electrónico).

Trabajo para Próxima Clase

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