Clase 9 Hidrologia - Regimen de Caudales

1

Universidad de Concepción

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil




HIDROLOGIAREGIMEN DE CAUDALES

2o Semestre, 2015

José Vargas B.




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:

2




¿ 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




¿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

3




¿donde se miden los caudales ?




Medicion en cauces pequeños

4





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.





5




USO DE VERTEDEROS




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

6




USO DE VERTEDEROS




USO DE VERTEDEROS

Napas sin y con aereación

7




METODOS DE DILUCION




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).

8





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.





El correntómetro puede suspenderse de una

vara, de un bote, o de un huinche, según el río

sea vadeable, navegable, etc.

9




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.





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.

10





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





11





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.





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.

12





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.




Otros instrumentos

Hoy existen equipos que miden directamente el

caudal: Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)

13




Otros instrumentos




Otros instrumentos

Puede muestrear el campo turbulento de velocidades en

una pasada, integrando a la vez sobre la profundidad,

entregando Q directamente:

14




ESTACION FLUVIOMETRICA

Si se desea registrar continuamente los caudales pasantes por

una sección, debe instalarse una estación fluviométrica.





15









16




CURVA DE DESCARGA

Para obtener la curva de descarga se llevan a

cabo aforos para diferentes condiciones de

caudal:




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:

Documents

Clase 9 Hidrologia - Regimen de Caudales