AFORO DE RIOS

INTRODUCCIÓN

La curiosidad del hombre por entender el comportamiento de las aguas y sus múltiples beneficios hacia el desarrollo de la humanidad, se extiende desde las primeras civilizaciones de la humanidad (a. C.), hasta épocas posteriores (d. C.), donde se dan estudios más rigurosos, de los cuales surge la Hidrología como ciencia, definiciones de conceptos, fórmulas y aportes que ayudaron a mejorar aquellas que no eran tan aceptables.

Como estudiantes de ingeniería civil y carreras afines, debemos reconocer la importancia de las mediciones de caudales para ejecutar diseños y proyectos de desarrollo social, y como parte sustancial de la Hidrología.

En esta experiencia pondremos en práctica los conocimientos impartidos por los profesores en clases, donde realizaremos una gira al Río Mamoní, que nos permitirá efectuar mediciones de caudal mediante los métodos de vadeo y flotadores. Además, de la obtención de muestras para el análisis de calidad del agua, por ser éste un río principal, es decir, que en él se ubica una estación de primer orden.

MARCO TEORICO

El río Mamoní cuenta con características adecuadas para la instalación de una estación hidrométrica de primer orden , las cuales se ubican en ríos principales. Donde se haya una sección de control, de aforo y una sección limnigráfica y limnimétrica.

Como una de las características para una sección de aforo es que no haya dunas, a la fecha de realizar el aforo, lastimosamente el área no reunía esta condición, por lo cual se realizó aguas un poco más arriba de lo designado.

Los métodos para medir el caudal del Mamoní fueron: Flotadores e Hidrométrico por vadeo.

Para iniciar las mediciones de caudales por los diferentes grupos de estudiantes se partió con la colocación de cuerdas aguas arriba y aguas abajo de la sección en estudio, con nudos colocados a cada metro. El día estaba soleado y había brisa en la misma dirección del caudal, por lo cual el factor de corrección para flotadores debe ser 0.75. Para este mismo aforo se utilizaron pelotitas de distintos tipos de materiales, de las que se debe estimar un porcentaje de error del 30%, pues son materiales asequibles y muy sensibles. Además, es importante resaltar que habían 6 grupos realizando aforos: dos por flotadores y 4 por vadeo, razón por la cual se formaban ondas adicionales a las producidas por el viento.

Para el método hidrométrico por vadeo estaban los dos grupos de aguas arriba y los dos de aguas abajo.

Los equipos empleados fueron: varas de vadeo y escorrentímetros de eje vertical, manuales y electrónicos. Por la profundidad del río se adecuó el escorrentímetro de molinete grande.

Este método produce un error menor o igual a 10%.

I. AFORO POR VADEO

Para determinar el caudal en un río se utiliza una técnica denominada aforo, la cual consiste en dividir el ancho total de la corriente en un número conveniente de secciones y la velocidad media en cada sección se pueden medir utilizando un molinete.

Estas mediciones se pueden realizar por varios métodos, en este caso solo se hará referencia a los aforos hechos por vadeo, los cuales solo se realizan en aquellos ríos que son poco profundos, cuyo objetivo es determinar el caudal que pasa por una sección transversal de una corriente superficial en un instante dado.

La forma más sencilla y simple de definir que es un aforo por vadeo es que “es la medición del caudal realizada por un observador cruzando la corriente caminando.”

Al realizar diferentes aforos, se ha observado que la velocidad media V en una sección ocurre aproximadamente a 0.6 D, medida desde la superficie del agua, por lo tanto la velocidad se mide a ese nivel con el molinete. Sin embargo cuando la profundidad D en la sección es igual o mayor a 0.5 m se recomienda utilizar el promedio de las velocidades medidas a 0.2D y 0.8D.

Para llevar a cabo la realización adecuada de un aforo por vadeo, se requiere la utilización de los siguientes equipos y herramientas:

• Correntómetro.

• Cuerda (longitud de variable).

• Vara de Vadeo.

• Cinta métrica • Chaleco Salvavidas.

• GPS. (Sistema de Posicionamiento Global)

• Arnés

• Línea de Vida.

Antes de realizar un aforo por vadeo, se deben seguir los siguientes pasos los cuales nos llevarán a conocer las condiciones del rio que se vaya a aforar:

1. Para la identificación de los sitios de aforo, se efectuará una gira de inspección, para conocer las características del lugar y el equipo a utilizar.

2. El aforador, procederá a ubicar una sección uniforme, libre de obstáculos (turbulencias, tronco, piedras, afluentes con remansos, entre otros); la sección, es localizada por medio del GPS, para ser plasmada en un plano y confeccionar el levantamiento topográfico de cada una de las secciones transversales del cauce de las corrientes de agua y obtener el área real.

3. Luego, se coloca una soga asegurada a ambas orillas del río o quebrada, para continuar con la división de secciones, por medio de una cinta métrica de 30 metros.

4. Con la medida del ancho del río o quebrada, se procede a realizar los espaciamientos, por medio de la tabla preestablecida de la ANAM (Autoridad Nacional del Ambiente).

5. Luego se coloca la soga, ya marcada por los espaciamientos en ambas orillas del río o quebrada para ser templada e iniciar con la medición de verticales referidas a las márgenes en las que se mide profundidad y velocidad.

6. Se determinan así áreas parciales y velocidades medias en las secciones parciales con las cuales se determinan caudales parciales, cuya sumatoria arroja el caudal total.

7. Para realizar la medición de velocidad se utilizará un correntómetro digital. Las mediciones de velocidad se tomarán simultáneamente con las medidas de profundidad.

8. Luego de determinar las profundidades en cada sección, se medirán las velocidades a 0.2 D y 0.8 D desde el fondo, criterio que es igualmente utilizado para profundidades mayores a 0.5 metros. A profundidades menores o iguales a 0.5 metros, la velocidad se medirá a 0.4 h desde el fondo.

9. Obtenidos los datos necesarios, se procede a introducir los datos en una hoja de cálculo Excel, para calcular el caudal seleccionado o espaciado y total.

10. El caudal total se obtiene sumando todos los caudales de cada punto, y dicho caudal representa el caudal total del rio aforado.

Una vez realizado el aforo por vadeo, se procede a calcular el caudal total del rio, dicho caudal se calcula de la siguiente manera:

• La velocidad media es el valor único medido o el valor promedio de las dos velocidades observadas en cada estación. En ambas orillas del río (estaciones en los extremos) se utiliza 1/3 de V de la velocidad registrada en las estaciones adyacentes.

• El ancho correspondientes a cada estación es la diferencia entre las distancias a los puntos medios entre cada estación, con excepción de los extremos donde se utiliza el punto medio entre la estación adyacente y la estación de la orilla. Al final la suma de todos los anchos debe ser igual al espejo o ancho total de la sección transversal del río.

• El área de cada sección es igual a la profundidad multiplicada por el ancho, en las orillas sin profundidad se utiliza la mitad de la profundidad de la estación adyacente.

• El caudal en cada sección es el producto de la velocidad media y el área (Q=V*A).

El caudal total será la sumatoria de los caudales encontrados en cada sección.

II. AFORO POR FLOTADORES:

Este método de aforo comúnmente se utiliza cuando es difícil o peligroso implementar el método de aforo por molinete o cuando la corriente es muy pequeña y no brinda las condiciones mínimas para la inmersión del mismo. Cuando esto ocurre, es necesario realizar el aforo por medio de flotadores para medir la velocidad superficial del flujo. En general se puede utilizar cualquier elemento natural que esté en condiciones de flotar.

Este método se aplica en corrientes medianas y pequeñas en un tramo que tenga forma recta, y del cual se conozca su longitud (se recomiendan distancias mayores o iguales a 30 m). Debe usarse la mayor cantidad de flotadores posible, que cubran todo el ancho del río en franjas proporcionales.

El equipo necesario para realizar un aforo de este tipo es el siguiente: flotadores, cinta métrica, cronómetro, formato para registro de datos de campo, radios portátiles. Se requieren dos técnicos

La sección de aforo debe tener las siguientes características:

a) Seleccionar un tramo recto.

b) Que las líneas de flujo sean rectas, o sea paralelas al cauce del río.

c) Libre de obstáculo.

d) Colocar un cable aguas arriba y otro aguas abajo a una distancia de 15 a 25 m.

e) Seleccionar las estaciones donde se soltará el flotador.

f) El cable debe estar como a 50 cm del agua, nunca en la superficie del agua.

g) Cuando se suelta el flotador se avisa para que se accione el cronómetro y cuando este llega aguas abajo se detiene el cronómetro.

h) El aforo por flotador tiene un máximo de 30% de error.

i) Para minimizar error, se corrige caudal con coeficientes de acuerdo al viento.

j) Se necesita el dato del nivel del agua al inicio y al final para buscar el caudal teórico en la curva de calibración.

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