Hidrometria

La hidrometría es una parte de la hidrología que mide el volumen de agua que circula por una sección de un conducto en un tiempo dado.

Además de medir la cantidad de agua que circula por la sección de un río, tubería o canal, también se ocupa de procesar la información sobre los sistemas de riego o la distribución de agua en una ciudad, con el fin de conocer la cantidad de agua disponible y la eficiencia de su distribución.

El caudal se define, entonces, como el volumen del líquido que pasa por una sección normal de una corriente de agua en una unidad de tiempo.

Según este concepto, podríamos imaginar una sección rectangular:

o una sección circular:

Fórmula del caudal

El volumen de esa figura geométrica imaginaria sería el caudal.

Para calcular el volumen del paralelepípedo en el primer caso o del

Cilindro en el segundo, tenemos:

Área de la base x la altura

Área de la base: ancho x largo

10 cm x 20 cm = 200 cm2 = 2 dm2 que llamaremos S

S = sección calculada

Altura

Verifique que la altura (igual a un “largo determinado”) depende de

La velocidad de la escorrentía.

Velocidad es el espacio recorrido durante determinado tiempo.

Cuando se utiliza una fuente (sea un río o un riachuelo) para el abastecimiento de agua, podemos usar hasta 75% de ella. El resto (25%) debe mantenerse para las poblaciones ubicadas aguas abajo.

Para calcular el caudal de un curso de agua (Q), necesitamos conocer lo siguiente:

S (sección normal de la corriente de agua) = área del lecho en determinado lugar.

Cómo hallar S (levantamiento de la sección normal de la corriente de agua) y v (la velocidad del líquido).

a) Elección del trecho

Cuando se desea medir el caudal de un curso de agua, se elige un trecho lo más recto y largo posible, libre de obstáculos.

b) Cálculo de la sección

En la mitad del trecho escogido se marca la sección normal de la corriente de agua; por ejemplo, mediante una cuerda extendida. En la cuerda extendida, se divide el ancho del curso en un número cualquiera de partes iguales; por ejemplo:

de 20 en 20 cm, de 30 en 30 cm, etcétera, como en la figura anterior, los puntos 0, 1, 2, 3, 4.

Mida, en estos puntos (perpendicularmente), la lámina de agua.

Dichas medidas se transfieren a un gráfico, con ayuda del cual es posible calcular S (la sección).

S será igual a la suma del área de los triángulos A y D y de las áreas de los trapecios B y C (la división de L determinará el número de figuras).

N = número de partes en las que L se dividió (partes iguales).

L = ancho total del curso de agua en la sección.

Cálculo de la velocidad

La velocidad se puede determinar con la ayuda de flotadores y cronómetros.

En el trecho escogido, partimos de un punto A hasta B, el más distante posible (20, 50 ó 100 m señalados a lo largo del curso de agua), soltamos un flotador en el centro de la corriente y señalamos el tiempo que toma recorrer desde A hasta B.

Otras mediciones deben realizarse mediante la colocación de flotadores distribuidos a lo ancho del curso.

El espacio recorrido por los flotadores, dividido por el promedio de los tiempos utilizados (en segundos), dará como resultado la velocidad del agua (v).

Se acostumbra corregir esta velocidad multiplicándola por 0,8 con el fin de obtener la velocidad promedio. (La velocidad no es uniforme en toda la extensión de la masa líquida.)

Imaginemos que la sección medida S, por la suma de las áreas de las diversas figuras, sea de 52 dm2.

S = 52 dm2

En el cálculo de la velocidad verificamos que las diversas boyas recorren 100 metros de distancia en un tiempo promedio de 400 segundos (16 minutos y 40 segundos).

10 m = 1.000 dm

v = 1.000 dm x 0,8 = 2 dm/seg

400 seg

v = 2 dm/seg = velocidad

Cálculo del caudal (Q)

Si la fórmula para el cálculo del caudal es Q = Sv y sabemos que,

por ejemplo, S = 52 dm2 y v = 2 dm/seg, y remplazamos S y v por sus valores, tenemos:

Q = 52 dm2 x 2 dm/seg = 104 dm3/seg

Q = 104 L/seg = caudal del curso de agua

USO DEL MOLINETE

El molinete es un aparato que mide la velocidad de la corriente de agua. Posee una turbina que combina su movimiento giratorio con un indicador-registrador. El número de rotaciones de la turbina será, evidentemente, una función de la velocidad de la corriente de agua.

La sección puede determinarse tal como en el punto 4.2.

Uso de vertederos para medir el caudal (Q)

Los vertederos son simples aberturas sobre las que se desliza un líquido. Pueden ser entendidos como orificios cuya arista superior está sobre el nivel de la superficie libre del líquido. Se suelen usar para medir caudales en conductores libres (canales, ríos, etcétera). Pueden ser triangulares o rectangulares.

Vertedero rectangular de pared delgada

Es el vertedero cuya sección de caudal es un rectángulo de paredes delgadas, de metal o de madera, y la cresta es achaflanada —es decir, cortada en declive— a fin de obtener una arista delgada.

b) Localización del vertedero en un curso de agua

En un trecho rectilíneo del curso de agua, libre de turbulencias, preferiblemente sobre una saliente natural, se coloca el vertedero de tal manera

1) que la cresta quede perfectamente colocada en nivel;

2) que esté en posición normal respecto a la corriente de agua;

3) que esté firmemente colocada, con ayuda de estacas de madera o piedra;

4) que el agua no corra por el fondo o por los lados; es decir, que toda el agua discurra dentro de la abertura rectangular, y

5) que el agua caiga libremente sin represamiento en el vertedero.

A 1,50 m se clava una estaca de madera nivelada con la cresta del vertedero.

6) Se espera que el flujo del agua se normalice y se mide sobre la estaca la altura H.

La siguiente tabla muestra el caudal del curso de agua para las diversas alturas de H cuando el ancho de la cresta es 1,00 m.

Si L fuera mayor o menor que 1,00 m, se corrige el caudal mediante la multiplicación del caudal de la tabla para H por el valor real de L.

Los vertederos pueden utilizarse en combinación con un aparato denominado limnígrafo. En este caso, el aparato registra la variación del nivel aguas arriba del vertedero.

Consta esencialmente de una boya, cuyo eje está unido, a través de un cable, a un tambor cilíndrico que registra las variaciones de nivel con una pluma de tinta sobre un papel registrador.

Este papel está colocado sobre un cilindro que da una rotación completa cada 24 horas. Desde el inicio se hace coincidir el punto cero con la altura de la cresta. Con las variaciones de nivel, la boya hará que la pluma registre ese nivel en el papel.

c) Vertedero triangular (ángulo recto) de paredes delgadas

El registró y medida de la altura del líquido es el indicado para un vertedero rectangular.

Los vertederos triangulares permiten tener medidas más precisas de las alturas correspondientes a caudales reducidos. Por lo general, se trabajan en metal.

En la práctica, únicamente se emplean los que tienen forma de isósceles y los más usuales son los de 90o.

El siguiente cuadro proporciona el caudal del curso de agua para las diversas alturas de H.

4. DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE LOS

POZOS

Por lo general, esta determinación se efectúa de manera directa; es decir, con un recipiente de una capacidad determinada (generalmente, un tambor de 200 litros) y un cronómetro. Se hace funcionar el compresor o la bomba y cuando el agua comienza a caer en el tambor, se enciende el cronómetro. Cuando el recipiente está lleno, el cronómetro se detiene para obtener el tiempo en el que el pozo suministró 200 litros. El volumen obtenido se divide entre el período de tiempo que tomó el llenado para obtener el caudal de bombeo.

Para obtener mediciones genéricas, se necesitan perforaciones de pozos de observación donde se puedan medir los descensos del nivel durante el bombeo y sea posible aplicar fórmulas más complejas como las de Thiem:

Gran parte de los problemas de la administración del agua radica en la deficiencia de controles del caudal en los sistemas hidráulicos. La Hidrometría se encarga particularmente de medir, registrar, calcular y analizar los volúmenes de agua que circulan en una sección transversal de un río o arroyo, por lo que sus técnicas resultan útiles para la determinación de los caudales ecológicos que deben circular por dichos cauces naturales libres.

.2. CONCEPTO Y DEFINICIONES

A) Hidrometría

En su forma clásica, se define la “hidrometría” como la parte de la hidrología que tiene por

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