Hidrometria

HIDROMETRIA

INTRODUCCIÓN

1.1. Generalidades

Gran parte de los problemas de la administración del agua radica en la deficiencia de controles del caudal en los sistemas de riego.

La Hidrometría se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río, canal o tubería; pertenecientes a un pequeño o gran sistema de riego en funcionamiento.

1.2. Concepto y Definiciones.

En forma clásica, se define la hidrometría como la parte de la hidrología que tiene por objeto medir el volumen de agua que pasa por unidad de tiempo dentro de una sección transversal de flujo.

La hidrometría aparte de medir el agua, comprende también el planear, ejecutar y procesar la información que se registra de un sistema de riego, sistema de una cuenca hidrográfica, sistema urbano de distribución de agua. En el contexto del ingeniero agrícola, la hidrometría tiene dos propósitos generales (ver esquema anexo 01):

a) Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometría a nivel de fuente natural).

b) Conocer el grado de eficiencia de la distribución (hidrometría de operación.

Sistema Hidrométrico.

Es el conjunto de pasos, actividades y procedimientos tendientes a conocer (medir, registrar, calcular y analizar) los volúmenes de agua que circulan en cauces y canales de un sistema de riego, con el fin de programar, corregir, mejorar la distribución del agua. El sistema hidrométrico tiene como soporte físico una red hidrométrica.

Red Hidrométrica.

Es el conjunto de puntos de medición del agua estratégicamente ubicados en un sistema de riego, de tal forma que constituya una red que permita interrelacionar la información obtenida.

Puntos de Control.

Son los puntos donde se registran los caudales que pasan por la sección.

Los puntos de control son de gran variedad de tipos, como: estaciones hidrométricas en el río, la presa de almacenamiento, las compuertas de la estructura de captación o de toma, las obras de toma del canal principal, las caídas, vertedero, medidor Parshall, etc.

Registro.

Es la colección de todos los datos que nos permiten cuantificar el caudal que pasa por la sección de un determinado punto de control.

El registro de caudales y volúmenes de riego se ejecuta de acuerdo a las necesidades de información requeridas para la gestión del sistema. Los registros se efectúan en el momento de realizar el aforo o mediciones en miras o reglas, dependiendo del método de aforo.

Dependiendo de la ubicación del punto de control, los registros obtenidos son:

• Registro de los caudales en ríos de la cuenca hidrográfica.

• Registro de salidas de agua de los reservorios.

• Registro de caudales captados y que entran al sistema de riego.

• Registro de distribución de caudales de agua en canales del sistema de riego.

• Registro de caudales entregados para el riego en parcela.

Reporte.

Es el resultado del procesamiento de un conjunto de datos obtenidos, en el cual normalmente una secuencia de caudales medidos se convierte en un volumen por período mayor ( m3/día, m3/mes, etc..

Medición de agua.

La medición del caudal o gasto de agua que pasa por la sección transversal de un conducto (río, riachuelo, canal, tubería) de agua, se conoce como aforo o medición de caudales. Este caudal depende directamente del área de la sección transversal a la corriente y de la velocidad media del agua.

La fórmula que representa este concepto es la siguiente:

Q = A x V (1)

Donde:

Q = Caudal o Gasto.

A = Área de la sección transversal.

V = Velocidad media del agua en el punto.

2. IMPORTANCIA

La función principal de la hidrometría es proveer de datos oportunos y veraces que una vez procesados proporcionen información adecuada para lograr una mayor eficiencia en la programación, ejecución y evaluación del manejo del agua en un sistema de riego.

El uso de una información ordenada nos permite:

a. Dotar de información para el ajuste del pronóstico de la disponibilidad de agua. Mediante el análisis estadístico de los registros históricos de caudales de la fuente (río, aguas subterráneas, etc.), no es posible conocer los volúmenes probables de agua que podemos disponer durante los meses de duración de la campaña agrícola. Esta información es de suma importancia para la elaboración del balance hídrico, planificación de siembras y el plan de distribución del agua de riego.

b. Monitorear la ejecución de la distribución. La hidrometría proporciona los resultados que nos permiten conocer la cantidad, calidad y la oportunidad de los riegos; estableciendo si los caudales establecidos en el plan de distribución son los realmente entregados y sobre esta base decidir la modificación del plan de distribución, en caso sea necesario.

c. Además de los anteriormente la hidrometría nos sirve para determinar la eficiencia en el sistema de riego y eventualmente como información de apoyo para la solución de conflictos.

El siguiente gráfico muestra la ubicación y la relación de la hidrometría con la rutina de operación del sistema.

Gráfico No 01

LA HIDROMETRÍA EN LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO

3. MEDICIÓN DE AGUA

3.1 Métodos de Medición

Los métodos de aforo más utilizados son:

1. Velocidad y sección

2. Estructuras Hidráulicas

3. Método volumétrico

4. Método químico

5. Método combinado. Calibración de compuertas

3.1.1.Velocidad y sección.

Los métodos de aforo basados con este método son los mas empleados; se requiere medir el área de la sección transversal del flujo de agua y la velocidad media de este flujo.

Q = A x v

Donde:

Q es el caudal del agua.

A es área de la sección transversal del flujo de agua.

v es la velocidad media del agua.

Generalmente el caudal Q se expresa en litros por segundo (L / s) o en metros cúbicos por segundo m3/s.

En la ecuación si Q el caudal se expresa en m3/s, A se expresa en m2 y v en m / s, V se expresa en m3 y T que es el tiempo en seg.

Es fácil convertir m3/s a L / s, sabiendo que un m3 equivale a 1,000 litros.

L / s, se puede expresar también como LPS (litros por segundo).

El problema principal es medir la velocidad media en los canales o causes ya que la velocidad varia en los diferentes puntos al interior de una masa de agua.

Los métodos mas conocidos de aforos de agua son los siguientes:

a) Método del correntómetro.

b) Método del Flotador.

c) Método usando dispositivos especiales tales como: vertederos y canaletas (parshall, trapezoidal, sin cuello, orificio, etc.).

Para la medición del agua existen varios métodos, siendo los mas utilizados el método del correntómetro y el método del flotador.

3.1.1.1. Método del Correntómetro.

En este método la velocidad del agua se mide por medio de un instrumento llamado correntómetro que mide la velocidad en un punto dado de la masa de agua.

Existen varios tipos de correntómetros, siendo los mas empleados los de hélice de los cuales hay de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamaño del aparato.

Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la formula para calcular la velocidad sabiendo él numero de vueltas o revoluciones de la hélice por segundo. Estos correntómetros se calibran en laboratorios de hidráulica: una formula de calibración es la siguiente

v = a n + b

Donde:

V es la velocidad del agua, en m / s

n es él numero de vueltas de la hélice por segundo.

a es el paso real de la hélice en metros.

b es la llamada velocidad de frotamiento en m / s

Como el Correntómetro mide la velocidad en un punto, para obtener la velocidad media de un curso de agua se deben en ciertos casos, medir la velocidad en dos, tres o más puntos, a diversas profundidades a lo largo de una vertical y a partir de la superficie del agua.

Las profundidades en las cuales se mide las velocidades con el correntómetro en función de la altura del tirante de agua d.

Tirante de agua ( d ) Profundidad de lectura del Correntometro

Cm cm

< 15 d / 2

15 < d < 45 0,6 d

> 45 0,2 d y 0.8 d o

0.2 d, 0.6 d y 0.8 d

Conocidas las profundidades se calcula el área de la sección transversal, la que se utilizara para él calculo del caudal

Donde:

V velocidad determinada con el correntómetro

A Área de la sección transversal

Q = v x A

En el formato 1 se registran los datos de campo, y en el Anexo se muestra un ejemplo del procedimiento de cálculo.

3.1.1.2. Método Del Flotador

El método del flotador se utiliza cuando no se tiene equipos de medición y para este fin

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