Trabajo Caudales

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HIDROLOGIA

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I. INTRODUCCIONPara analizar el comportamiento de los ros de una cuenca es necesario averiguar el caudal, diariamente, a la misma hora, y durante el mayor nmero posible de aos. As es como se llega a conocer el rgimen de los ros. Todos los pases cuidan de organizar este servicio, estableciendo estaciones de aforo y publicando los resultados. En el Per esta labor la realiza principalmente Senamhi.

El principal mtodo para aforar corrientes naturales es el del correntmetro, despus de seleccionar adecuadamente la seccin del ro, se establece la seccin de aforo y se procede a medir diariamente el caudal; tambin se mide el nivel, con limngrafos instalados a un costado de la estacin de aforo.

La informacin obtenida se analizara tanto estadsticamente como grficamente antes de utilizarla en cualquier estudio, el anlisis tiene la finalidad de estimar precipitaciones, intensidades o caudales mximos, segn sea el caso, para diferentes perodos de retorno, mediante la aplicacin de modelos probabilsticos.

La representatividad, calidad, extensin y consistencia de los datos es primordial para el anlisis hidrolgico, por ello, se recomienda contar con un mnimo de 25 aos de registro que permita a partir de esta informacin histrica la prediccin de eventos futuros con el objetivo que los resultados sean confiables.

II. OBJETIVOS

Determinar el caudal que se podra presentar con una determinada probabilidad. Determinar el volumen acumulado que ha escurrido en una estacin en funcin del tiempo a partir de un origen arbitrario. Analizar y comprender el comportamiento de los ros con las grficas realizadas a partir de los datos obtenidos.

III. REVISION BIBLIOGRAFICA

Caudal promedio diarioEs la tasa promedio de descarga en m3/s para un perodo de 24 horas. Caudal promedio mensual

Se calcula hallando para cada mes la media aritmtica de los caudales promedios diarios.

Caudal medio anual.

Es la media de los caudales promedios diarios durante un ao.

Limnmetro

Es un instrumento que mide los cambios en el nivel de la superficie del agua y el resultado se transmite a un dispositivo de registro o de lectura usado en lagos, ros o embalses.

AforoConjunto de operaciones para determinar el caudal en un curso de agua para un nivel observado. Su objetivo es correlacionar el nivel de agua con el caudal o gasto para obtener la curva de descarga o calibracin.

IV. METODOLOGACurvas representativasAlgunas de las curvas representativas de los caudales Curvas de variacin estacionalEstas curvas proporcionan una informacin sobre la distribucin de los valores hidrolgicos, respecto al tiempo y la probabilidad de que dichos eventos o valores ocurran. Procedimiento para construir la curva de variacin estacional:1. Obtener un registro de caudales mensuales2. Ordenar los n valores de cada mes (correspondiente a n aos), en orden ascendente.3. Determinar para cada valor, la probabilidad que el evento sea igualada o excedida, aplicar el mtodo de Hazen:

p : probabilidad acumulada, en porcentajem : nmero de orden del valorn : nmero de valores

4. Plotear en un papel de probabilidad log-normal, los valores correspondientes a cada mes, colocar en la escala logartmica, los valores de los caudales, y en la de probabilidades, su probabilidad.

5. Para cada mes, trazar al ojmetro, la recta de mejor ajuste.

6. Para cada mes, trazar al ojmetro, la recta de mejor ajuste.

7. A partir del grfico, para las probabilidades que se desean, por ejemplo: 75%, 80%, 90%, etc, estimar los valores mensuales del caudal correspondiente.

8. Plotear en un papel milimtrico, para cada probabilidad considerada, meses vs caudales.

9. Unir con lneas rectas, para cada probabilidad establecida, los puntos obtenidos.

Una de las aplicaciones prcticas, de la construccin de la curva de variacin estacional, es el clculo del balance hdrico de una regio, ya que permite determinar la disponibilidad mes a mes, con cierta probabilidad de ocurrencia.Por ejemplo, para calcular el caudal que se presentara en el mes de mayo con una probabilidad del 90%, se procede de la siguiente forma: En el eje de los meses ubicar mayo. Trazar desde este punto, una vertical hasta interceptar la curva de probabilidad del 90%. Por este punto trazar una lnea paralela al eje X, hasta interceptar al eje de caudales, donde se obtiene el caudal buscado.

Curva masa o de volmenes acumuladosLa curva masa, llamada tambin curva de volmenes acumulados o diagrama de Rippl, es una curva que se usa en el estudio de regularizacin de los ros por medio de embalses. Proporciona el volumen acumulado, que ha escurrido en una estacin en funcin del tiempo a partir de un origen arbitrario.

Propiedades1. La curva masa es siempre creciente, pues el agua que escurre en un rio, se aade a la suma de los periodos.2. La tangente en cualquier punto de la curva masa, proporciona el caudal instantneo en ese punto.3. El caudal promedio, para un periodo de tiempo , se obtiene de la pendiente de la cuerda, que une los puntos de la curva masa, para ese periodo de tiempo, o lo que es lo mismo, de la divisin de incremento del volumen, entre el periodo de tiempo, es decir:

4. Los puntos de inflexin de la curva masa, tales como de la figura siguiente, corresponden respectivamente, a los caudales mximos de crecidas y mnimos de estiaje, de la curva de caudales instantneos.

Propiedad de la cuerda de la curva masa

Propiedad de los puntos de inflexin de la curva masaAplicacionesLa curva masa se usa para: Determinar la capacidad mnima de un embalse para satisfacer una demanda. Operar embalses.Construccin de la curva masaDado el registro de caudales histricos, por ejemplo caudales promedios mensuales.

El proceso para construir la curva masa, es como sigue:1. Transformar los caudales Q, en m3/s, a volmenes V, por lo general expresado en MM3 (millones de m3).

2. Acumular los volmenes y obtener la columna de volmenes acumulados.3. Plotear las columnas de meses vs la columna de volmenes acumulados.

Dibujada la curva masa se puede conocer:1. El volumen escurrido desde el inicio del periodo hasta una fecha dada.2. El volumen escurrido entre dos fechas.3. El caudal medio correspondiente a un intervalo , que viene a ser proporcional a la pendiente de la recta, que une los puntos de curva de abscisas .4. El caudal en una fecha, que viene a ser proporcional a la pendiente de la recta tangente a la curva en el punto correspondiente.5. El caudal medio o caudal seguro correspondiente a todo el periodo.

Calculo del caudal seguro que puede proporcionar un embalse de capacidad conocidaSe pueden presentar dos casos: Que se regulen o embalsen, totalmente las agua del rio. Que esta regulacin sea solo parcial, para un determinado volumen.Regulacin total de caudalesEn este caso, se almacenan todas las aguas para obtener un caudal instantneo, o de salida constante llamado caudal seguro. El caudal seguro se obtiene de la siguiente relacin:

La capacidad mnima de embalse, que asegure este aporte en cualquier tiempo, se obtiene con el siguiente proceso:1. Trazar tangente envolventes de la curva masa, que sean paralelas a la lnea de pendiente del caudal.2. Calcular la mayor distancia vertical, entre dos tangentes consecutivas de los periodos. Esta se mide en la escala del eje de volmenes acumulados.

Anlisis de la curva masaA fin de determinar la capacidad que debe tener un embalse destinado a obtener el caudal regulado, igual al caudal medio de todo el periodo o caudal seguro.Entre A y Q, el caudal natural es mayor que el caudal regulado, hay un volumen disponible QR, que se puede almacenar. Entre Q y P la relacin se invierte, el caudal natural es ahora menor que el regulado, tiene que hacerse uso del volumen QR almacenado. Un primer resumen, entonces es, que entre A y P se puede atender el caudal solicitado almacenado QR, con agua del propio rio.

Entre P y B, un anlisis similar, conduce a ver que para satisfacer el caudal solicitado, hay necesidad de almacenar previamente un volumen ST, y que esto hay que hacerlo antes que empiece a funcionar el embalse.Trazando por T una paralela a AB, se tiene:QU= capacidad mnima de embalse.AC= volumen que hay que tener almacenado antes que empiece el periodo.QR= volumen que hay que almacenar durante el periodo.Regulacin parcial de caudalesEn este caso, se almacena un volumen determinado de agua, que asegure un caudal continuo de X m3/s.Para trazar una lnea con una pendiente equivalente al caudal X m3/s, hacer lo siguiente:

1. Tomar un periodo de tiempo, por ejemplo un ao.2. Calcular el volumen que produce el caudal X, en un ao.3. Trazar la pendiente o caudal X, tomando las coordenadas T=1 ao, y el volumen acumulado V, correspondiente al ao considerado.

Curva de duracinLa curva de duracin llamada tambin como curva de persistencia, permanencia de caudales o curva de caudales clasificados, es una curva que indica el porcentaje del tiempo durante el cual los caudales han sido igualados o excedidos. Esta curva puede ser definida para caudales diarios, mensuales, anuales, etc.Para construir la curva de duracin aportados por un rio durante los 365 das del ao, se opera de la siguiente manera:1. Ordenar los caudales de mayor a menorQmaxQmin2. Calcular el rango de la muestraR = Qmax Qmin3. Seleccionar el nmero de intervalos de clase NC. 4. Calcular la amplitud de cada intervalo de clase:5. Calcular los lmites de clase de cada uno de los intervalos:Los lmites de clase superior e inferior del primer intervalo de clase son:LS1 = QmaxLI1 = Qmax - Los lmites de clase de los otros intervalos, se obtienen restando la amplitud , a los lmites de clase anteriores.La tabulacin de estos resultados puede ser como se muestra en la columna de la siguiente tabla.

6. Obtener los lmites inferiores de