UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL DE CHIRIQUÍ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL INGENIERÍA CIVIL INFORME DE GIRA ACADEMICA N°4 AFORO AL RÍO GUALACA
INTEGRANTES: ARNULFO ANGUIZOLA
4-754-1644
JOSÉ MARTÍNEZ
4-759-1480
MARIO MARTÍNEZ
20-14-1696
PROFESOR: Oscar Herrera
GRUPO: 2IC142
2015
INTRODUCCIÓN El aforo de ríos es una herramienta importante para lograr un mejor aprovechamiento de estos causes de agua, ya que permite saber la cantidad de agua que está fluyendo por una determinada área y con ello poder planificar como trabajar o utilizar el agua de estos para distintos fines. El aforo puede efectuarse en distintos tipos. En la gira realizada se pudieron apreciar 3 tipos diferentes: Aforo por vadeo, flotadores, y suspensión. El presente informe se encontrará un resumen de las formas de realizar los aforos que han sido estudiadas en el salón de clases y puesta en práctica en esta cuarta gira del curso de “Mediciones Hidrológicas y Ambientales”, lo cual c onsiste en el la determinación del caudal de un curso de agua natural o canal. Durante el desarrollo de este informe se explicara el funcionamiento y requerimientos para la realización de cada uno de los tipos de aforos antes mencionados.
MARCO TEÓRICO Para determinar el caudal de un rio 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 mide utilizando un molinete. Estas mediciones se pueden efectuar por vadeo cuando los ríos son poco profundos, desde un bote, puente o cable vía. Se ha observado que la velocidad media V en una sección ocurre aproximadamente a 0.6D, medida desde la superficie del agua. El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera co ntinua o permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de una estación registradora (limnigráfica). Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud de una c orriente en particular. La mayoría de los métodos de aforo se basan en la ecuación de continuidad (Q = V * A).
AFORO DEL RÍO GUALACA En esta oportunidad nos acompañara el señor Eduardo que es el encargado de la parte hidrológica Chiriquí Bocas, él nos estarán guiando en los diferentes tipos de aforo que realizaremos e instrumentos a utilizar. Nuestro recurrido tardo aproximadamente como una hora hasta llegar a la estación hidrológica de Gualaca en Rincón, se nos explicó que es y cómo funciona la estación hidrológica.
Figura 1. Estación hidrológica de Gualaca
Luego pudimos observar el pozo que tiene la estación hidrológica y se observó el limnigrafo que es el instrumento que registra los niveles del agua, aquí se procedió a simular una crecida del nivel de rio inundando el pozo para después s er lavado.
Figura 2. Pozo de la estación hidrológica.
Después de observar la estación hidrométrica y ver cómo funciona, bajamos hasta el rio y el señor EDUARDO, nos explicó y enseño lo que es la Zona de Control. Que es la pa rte del rio donde el flujo pasa de subcritico a supercrítico. Luego de conocer la Zona de control el señor Eduardo nos explicó el funcionamiento para aforar los ríos. MEDICION DEL ANCHO DEL RIO, CABLE GRADUADO, Y EXPLICACION DE MOLINETE GURLEY PRICE.
Figura 3. Explicación de cómo funciona el molinete y como calibrarlo.
Antes de iniciar el aforo es importante conocer el nivel de agua, ya que dependiendo de la profundidad se determina el aforo más práctico. Para esto se cuenta con un pozo calibrado que proporciona dicha información y se tiene las reglas o limnimetros que se encargan de medir el nivel respectivo del agua.
Figura 4. Reglas que se utilizan para medir el nivel del agua del rio.
Estas reglas están calibradas de forma continua aunque como se observa en la fotografía estas están de forma separada y en diferentes puntos.
AFORO POR VADEO (Mediante Gurley Price): Este tipo de aforo consiste en la medición de la velocidad del flujo mediante el molinete Gurley Price. Se determina el ancho de la sección del rio y tomando en cuenta este valor y la profundidad de las orillas se selecciona el espaciado entre estaciones para tratar de que el caudal por cada sección sea equitativo. La profundidad en cada estación es primordial por lo que el procedimiento exige q ue si es mayor de 0.5 m, se debe hacer mediciones a 0.2 y 0.8 de la altura y si es menor se tomara una sola lectura a 0.4 de la profundidad.
figura 5. Explicacion de como hacer el aforo por badeo.
Luego como se mencionó anteriormente, se mide el nivel del agua con las reglas. Con las varillas de vadeo también se pueden medir el nivel de agua de una forma más rápida en cada una de los puntos o estaciones de observación. Luego esa profundidad del punto de observación se multiplica por 0.4 si la profundidad es menor que 0.50 metros, solo es necesario tomar una sola medida para establecer la profundidad a la cual se debe poner el molinete para la medición. Pero si la profundidad es mayor a 0.50 metros se deben tomar dos medidas con el molinete a dos profundidades distintas, una a 0.20 y otra a 0.80 metros.
Figura 6. Molinete de Gurley Price usado para el aforo por vadeo.
El molinete se coloca en la varilla de vadeo a la altura calculada anteriormente para realizar la medición. El molinete se debe colocar perpendicular a la varilla de vadeo y que quede alineado no debe quedar virado ni de forma oblicua.
Figura 7. Colocación del molinete para la toma de lecturas.
Para efectuar la medición se debe colocar en la posición mostrada en la figura anterior, con las piernas abiertas, los brazos extendidos, agarrando firmemente la varilla de vadeo y colocando el molinete en contra del flujo y nosotros detrás del molinete.
Otra posición pero no muy conveniente es que se coloca el molinete en contra del flujo y nosotros nos colocamos perpendicular al flujo de agua con los brazos extendidos y las piernas separadas. Con los audífonos del instrumento se gradúa para que se escuche un sonido de corto cada 5 revoluciones del instrumento. Se cuentan los sonidos que se escuchan para determinar las revoluciones totales en un periodo de tiempo conocido y medido con el cronómetro para posteriormente calcular la velocidad con la ecuación del fabricante del instrumento usado que es el molinete de Gurley-Price.
RECOLECCIÓN DE DATOS Y PROCEDIMIENTO PARA RESULTADOS. Obtener el caudal total y la velocidad promedio en la sección transversal de un río, utilizando la información que se muestra en la siguiente tabla, obtenida por medio de un aforo por vadeo.
Nota de Aclaración: La lectura en la varilla de vadeo para la medición de la velocidad está tomada con respecto al fondo. Cuando 0.60D; pero si
≤ 0.50 se efectuó una sola medición a
> 0.50 , se efectuaron dos mediciones a 0.80D y 0.20D; observe que
en este caso la suma de las dos lecturas es igual a la profundidad. En base a los resultados del aforo fue posible obtener la velocidad de flujo con un valor aproximadamente de 0.2157 m/s y el caudal que pasa por la sección transversal del rio en estudio es aproximadamente 2.8470m3/s.
Observaciones: Columna 3: Las profundidades de observación se realizaron según los criterios establecidos en la Nota de Aclaración antes descrita. Según la misma se realizó ese procedimiento para el cálculo de las profundidades de observación y se registraron en esta columna 3.
Para Profundidades de observación
≤ 0.50 : Ejemplo-Estación: 4 m; D=0.17m.
. .= 0.6 . . = 0.6 ∗ (0.17 ) . . = .
Para Profundidades de observación
> 0.50 . Ejemplo - Estación: 2 m; D=0.51m
. . 1 = 0.8 ; . .2 = 0.2 . .= 0.8 ∗ (0.51) ; .. 2 = 0.2 ∗ (0.51) . . = . ; . . = . Columna 6: La velocidad media es el valor único medido ó el valor promedio de las dos velocidades observadas en cada estación. En ambas orillas del río (estaciones de los extremos) se utiliza 1/3 V de la velocidad registrada en las estaciones adyacentes.
Para estaciones en las orillas: Ejemplo: estación 0.00 m
. = 3 0.079 / . = 3 . = . ⁄
Para las estaciones con dos velocidades: Ejemplo: Estación 2 m
.
= 3 0.086 0.073 = = . ⁄ 2
Columna 7: El ancho correspondiente 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. Como regla general tenemos que:
Para las estaciones de la orilla:
=
(+ − ) 2
Ejemplo de Estación 0.00 m
(2.00 0.00) 2 . = .
. =
Además, observe que la suma de todos los anchos debe ser igual al espejo de agua (ancho total de la sección transversal del río). Para calcular el ancho de las demás estaciones se usó el siguiente procedimiento:
Calculo del ancho de la estación 4.00 m:
. =
(. . ) (. . ) 2 2 (2.00 0.00) (4.00 2.00) . = 2 2 (2.00) (2.00) . = 2 2 . = .
Columna 8: El área de cada sección es igual a la profundidad multiplicada por el ancho; es decir:
= ∗
Cálculo del área de la estación de 2.00 m:
. = . ∗ . . = 2.00 ∗ 0.51 . = . Excepto en las orillas sin profundidad donde se utiliza un cuarto (1/4) de la profundidad de la estación adyacente.
Cálculo del área en las estaciones de la orilla:
. ∗ . 4 0.51 . = ∗ 2.00 4 . = .
. =
Columna 9: El caudal en la sección es el producto de la velocidad media y el área; por consiguiente:
= ∗
Cálculo de caudal para la sección de la estación de 2.00 m
. = . ∗ . . = 1.02 ∗ 0.079 . = . ⁄ AFORO POR FLOTACION Para la realización de este método tomamos en cuenta las estaciones donde se realizó el aforo por vadeo, se inicia con la colocación de una segunda cuerda 30 metros aguas abajo paralela a la línea guía de vadeo. La persona que lleva a cabo el procedimiento se debe colocar aproximadamente a 3 metros aguas arriba de la línea guía de vadeo. Se suelta el flotador y la persona ubicada en la línea guía de vadeo, acciona el cronometro en el momento en el que el flotador pasa por debajo de la línea y lo detiene cuando la otra persona le indica que este llego a la seg unda línea. En la gira hicimos la práctica de este aforo donde se pudieron obtener los siguientes resultados:
AFORO POR SUSPENSIÓN Además de los métodos vistos anteriormente el aforo puede ser realizado con la ayuda de un carrito suspendido en un cable aéreo el cual consta de un molinete para llevar a cabo el aforo pero, debido a que la medición ser realizara a cierta altura resulta difícil lograr que este se mantenga perpendicular al flujo del r io y se le coloca un instrumento llamado escandallo el cual tiene como función principal estabilizar el moliente par a que así los datos obtenidos representen resultados concretos con un margen de error despreciable, luego de conseguir una posición perpendicular al flujo se procede a tomar la medida de la profundidad del rio en las estaciones que ya fueron establecidas previamente.
Figura 8. Explicación de cómo hacer un aforo por suspensión.
CONCLUSIÓN En esta gira de la asignatura de Mediciones Hidrológicas y Ambientales tuvimos la oportunidad de visitar el rio Gualaca ubicado en la provincia de Chiriquí con el fin de estudiar sus propiedades hidráulicas mediante las técnicas de aforo. Para este fin contamos con la colaboración del personal de ETESA quienes proporcionaron el equipo y conocimiento necesario para realizar el aforo, entre las técnicas estudiadas están el aforo por vadeo, por flotadores, y por suspensión. Además estudiamos los diversos instrumentos que se utilizan en este proceso. El rio Gualaca fue uno de los lugares elegidos para la visita ya que cuenta con las características óptimas para realizar un aforo. Posee una sección de control bastante académica, un flujo de agua que va de nivel subcrítico a supercrítico por lo que no presenta gran turbulencia, en cuanto a su sección transversal, sus profundidades tienen una variación mínima entre ambos extremos y posee una sección lo suficientemente ancha para realizar varias mediciones relativamente equitativas. La medición o aforo de un curso de agua proporciona información de gran utilidad para la ingeniería civil, mediante este proceso es posible conocer la disponibilidad de agua con que se cuenta y distribuirla a usuarios en la cantidad deseada, también se aplica otros campos como la agricultura ya que con un aforo adecuado se puede saber el volumen de agua con que se riegan los cultivos y determinar la eficiencia de uso y de manejo del agua de riego.
BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_de_aforo
http://www.tierradelfuego.org.ar/agua/informacion/aforos.html
http://www.chduero.es/Inicio/ElaguaenlacuencaCantidad/Datosdecaudales/Re ddeestacionesdeaforo/tabid/211/Default.aspx
