Hidrología Hidrología Fluvial-II Fluvial-II - Caudales, Aforos y Módulos Concentración, ación, Respuesta y Base - Tiempos de Concentr
Prof. Francisco Ferrando.
Caudal o Gasto Gasto •
El caudal o gasto de un río se define como la cantidad de agua (volumen) que pasa por una sección transversal (Sección Mojada) en una unidad de tiempo. Se expresa como “Q” y se
mide en m3/s.
Cálculo:
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Sección mojada: corte transversal de un curso de agua. Determina una superficie que se mide en m2. Velocidad del agua (que pasa por la sección mojada). Se mide en m/s.
Caudal: m2(m/s) = m3/s.
Método del Flotador-1 1.- Da una medida aproximada de Q. 2.- Se debe elegir un tramo recto, de sección transversal uniforme, y 30 m de largo. 3.- Se marca en terreno el tramo elegido y se toma el tiempo que el flotador demora en recorrerlo. 4.- El flotador puede ser cualquier material que flote, de forma regular, compacta, y que ofrezca mínima resistencia al viento. 5.- La velocidad es igual al largo de la sección dividido por el tiempo y se expresa en m/s.
Método del Flotador-2 6.- Luego se necesita determinar la superficie media de la sección mojada. 7.- Se obtiene por varios levantamientos directos en terreno (profundidad/2 * ancho/2). 8.- Finalmente se multiplica la velocidad (m/s) por la sección mojada promedio (m2). 9.- El resultado se obtiene en m3/s. En un canal el Q (l/s) es i gual a 850[V(m/s) x A(m 2)]
Molinete Hidráulico Una variante y que entrega velocidades del agua más exactas es el Molinete Hidráulico. Consiste en una hélice montada en una barra de largo variable, la que esta conectada a un sistema de registro. Esta se introduce en el agua en distintos puntos y a diferentes profundidades. Las lecturas (m/s), asociadas a la velocidad de la hélice, se promedian. Este valor se multiplica por la sección mojada para obtener el caudal.
Estaciones de Aforo •
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Artificialización de una sección de un río para regularizar el escurrimiento (disminuir la rugosidad del lecho natural y homogeneizar la velocidad del agua) y facilitar las mediciones de caudal. La rugosidad del lecho crea turbulencias y altera la circulación de agua, lo cual plantea problemas para obtener medidas precisas.
Movimiento Turbillonal o en remolino •
El roce con los costados del cauce provoca movimientos turbillonales en el agua (remolinos), lo cual genera curvamiento de la líneas de igual velocidad desde el eje del cauce hacia las orillas.
Circa de abrasión
Marmitas de Gigante •
El movimiento turbillonal hace actuar a las aguas como un taladro, el que armado con detritos que cumplen una función de desgaste produce una suerte de perforación circular en el lecho rocoso del fondo del cauce.
Marmitas de Gigante – Rio Laja
Marmitas de Gigante en Colombia
¿Como se forman?
Coeficiente de Rugosidad de Manning •
El Coeficiente de Rugosidad se calcula, hoy en día, mediante la Fórmula de Manning:
P1/2 (%) x R2/3 N: -----------------V (m/s) • • •
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N: Coeficiente de Rugosidad. P: Pendiente superficial del agua. R: Radio hidráulico (área sección mojada dividida por su perímetro – m2/m). V: Velocidad media del agua.
Módulos •
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Mediante el aforo de un río se mide su caudal en un instante determinado. Es un dato instantáneo que se registra y trabaja estadísticamente. A partir de estos datos se puede determinar el Gasto Medio Diario, Mensual, Anual ( Módulo bruto) e Interanual (Módulo). El Módulo es el gasto promedio de 30 años de mediciones. (Medida de valor estadístico) También existe el Módulo Específico, el cual relaciona el Módulo con la superficie de la Cuenca. Se expresa en lt/seg/km2.
Lámina de Agua Equivalente •
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Similar al Módulo Específico, la Lamina de Agua Equivalente (H) permite representar el Gasto Medio Mensual o el Módulo mediante el espesor de una lámina de agua distribuida homogéneamente en toda la superficie de una cuenca. Q x 31,6 x 10 3 H Anual: --------------------Sup. Cca. (Km2) Q x 2,628 x 103 H Mensual : --------------------Sup. Cca. (Km2)
Coeficientes Anual y Mensual de Gasto •
El Coeficiente anual de gasto (CaQ): Compara el caudal de un año dado con el módulo. Modulo bruto año “n”
CaQ: ------------------------------Módulo •
El Coeficiente mensual de gasto (CmQ): Relaciona el caudal medio mensual de un mes dado con el módulo. Caudal medio mensual mes “n”
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CmQ: -----------------------------------------Módulo
Turc – 1954: Calculo indirecto de Q •
Q = Pp – E
(¿ y la Infiltración?)
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E= Pp / [0.9 + (Pp/L)2]0.5
Donde: Q = Caudal Pp = Precipitación media anual (mm) E = Evapotranspiración real media anual (mm) L = 300 + 25 T + 0,05 T 3 T = Temperatura media sobre la superficie (° C)
Tiempo de Base Lapso de tiempo que transcurre entre el comienzo y el término de un incremento de escurrimiento o de una crecida en el hidrograma. Este corresponde al tiempo de la curva de concentración más el tiempo de la curva de decrecimiento, la cual culmina con el inicio de la curva de agotamiento. Equivale a dos veces el tiempo de la curva de concentración
Tb-1
Tb-2
Tb-1 = Tb-2
Tiempo de Concentración •
Tc (Roché) : Tiempo que demora una partícula de agua proveniente de la parte más alejada del exutorio para llegar a él. Se lo puede estimar también como el lapso de tiempo transcurrido entre el fin de la lluvia eficaz y el fin de la curva de decrecimiento del escurrimiento provocado por esta (corresponde al inicio de la curva de agotamiento en el hidrograma).
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4S1/2 + 1,5L Tc = --------------------0,8H1/2
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L3 0,385 Tc = 0,95 -----H
(Giandotti)
(US / SCS)
S = superficie de la cuenca (km²) L = largo del cauce principal (km) H = desnivel entre el exutorio y el punto más alejado de él (km).
Diagrama Tiempo de Concentración
Tiempo de Respuesta •
Intervalo de tiempo que transcurre entre el centro de gravedad (masa) de la lluvia útil (Cm) y el peak del hidrograma registrado en el exutorio.
