Determinación de Caudal y Variaciones en Cursos de Agua: Conceptos y Aplicaciones

Ejercicio 1: Cálculo de Caudal Mediante el Método Área-Velocidad

Datos Iniciales

• Distancias Lineales:
  • Margen Derecha:
    • Punto 1: 0.90 m
    • Punto 1 a Punto 2: 1.80 m
    • Punto 2 a Punto 3: 1.90 m
    • Punto 3 a Punto 4: 1.40 m
  • Margen Izquierda (Punto 4): 0.95 m
• Profundidades en Puntos de Referencia:
  • Punto 1: 1.10 m
  • Punto 2: 2.05 m
  • Punto 3: 1.95 m
  • Punto 4: 0.93 m
• Distancia del Tramo de Medición de Velocidad: 20 m
• Tiempos Medidos con Flotador:
  • t1: 15.6 s
  • t2: 14.8 s
  • t3: 15.1 s
  • t4: 13.2 s
  • t5: 13.9 s

Cálculos

a) Determinación del caudal del río en litros/día mediante el método área-velocidad:

Primero, se calcula la velocidad promedio (V) utilizando la distancia (D) y el tiempo promedio (t):

Tiempo promedio (t) = (15.6 + 14.8 + 15.1 + 13.2 + 13.9) / 5 = 14.52 s

V = D / t = 20 m / 14.52 s = 1.37 m/s

Luego, se corrige la velocidad multiplicándola por un factor de corrección (0.85):

V corregida = 1.37 m/s * 0.85 = 1.16 m/s

Se asume un área total de la sección transversal de 9.325 m².

Caudal (Q) = Área * Velocidad = 9.325 m² * 1.16 m/s = 10.817 m³/s

Conversión a litros/día:

10.817 m³/s * 1000 L/m³ * 86400 s/día = 934,594,781 L/día

b) Cálculo del caudal con un aumento de 50 cm en las profundidades:

Nuevas profundidades:

• P1: 1.10 m + 0.5 m = 1.60 m
• P2: 2.05 m + 0.5 m = 2.55 m
• P3: 1.95 m + 0.5 m = 2.45 m
• P4: 0.93 m + 0.5 m = 1.43 m

Se asume un área total recalculada de 11.63 m².

Caudal (Q) = Área * Velocidad = 11.63 m² * 1.16 m/s = 13.49 m³/s

Ejercicio 2: Análisis de Isobara y Curvas de Nivel

Datos

• Isobara de un curso de agua.
• Curvas de nivel (sobre el nivel mínimo del río).
• Condición del curso en época de estiaje.
• Velocidad medida del río: 0.67 m/s.

Actividades

a) Realizar la sección transversal margen derecha - margen izquierda.

(Se requiere un diagrama o imagen para realizar esta actividad)

b) Determinar el caudal del río en litros/día mediante el método área-velocidad.

Se asume un área total de 15 m².

V corregida = 0.67 m/s * 0.85 = 0.56 m/s

Caudal (Q) = Área * Velocidad = 15 m² * 0.56 m/s = 8.54 m³/s

Conversión a litros/día:

8.54 m³/s * 1000 L/m³ * 86400 s/día = 738,946,093 L/día

c) Determinar la variación en el nivel del río y la proyección geométrica horizontal de dicho nivel si luego de una lluvia torrencial el nivel del agua aumenta 1.50 m por encima del nivel de estiaje.

Margen derecho: > 9 metros

Margen izquierdo: 3 metros

(Se requiere un diagrama o imagen para completar la proyección geométrica)

d) Determinar el aumento de caudal con este nuevo nivel, si se sabe que la velocidad original se duplicó.

Nueva área total = 22.25 m² + 15 m² = 37.25 m²

Nueva velocidad = 0.56 m/s * 2 = 1.12 m/s

Nuevo caudal = 37.25 m² * 1.12 m/s = 41.72 m³/s

Incremento del caudal = 41.72 m³/s - 8.54 m³/s = 33.18 m³/s

Conceptos Hidrológicos

Manto Freático

El manto freático es el nivel superior de una capa freática o acuífero y representa la distancia a la que se encuentra el agua desde la superficie del terreno.

Torrente

Un torrente es un curso de agua corto, que circula por un cauce fijo, de acusada pendiente y de forma temporal. Su principal característica es ser episódico, pudiendo quedar seco durante parte del año.

Calidad Integral del Agua

La calidad integral del agua se refiere a las diversas condiciones que debe cumplir el agua para que pueda ser consumida sin correr ningún riesgo de que nuestra salud se vea perjudicada. Existen diversos procesos para garantizar la calidad del agua, que pueden ser:

• Física: Referida a los elementos en suspensión dentro del agua.
• Química: Comprende los elementos químicos que pueden contaminar el agua.
• Biológica: Comprende a los organismos patógenos vivos.

Para garantizar la calidad física, química y biológica del agua, esta es sometida a diferentes tratamientos de potabilización, entre ellos se puede mencionar: la cloración, la eliminación de sedimentos mediante rayos ultravioleta, entre otros.

Red de Drenaje

Una red de drenaje es un conjunto o sistema de drenajes que se encuentran interconectados entre sí y cuyo caudal va a estar determinado por los aportes o sustracciones generadas por cada drenaje en particular dentro de dicha red.

Cuenca Hidrográfica

Una cuenca hidrográfica es el área drenada por una corriente o por un sistema de corrientes, cuyas aguas concurren a un punto de salida común, el cual puede desembocar en un cuerpo de agua continental (fluvial, lagunar, lacustrino), lagunas costeras o marinos.

Vaguada Fluvial

La vaguada fluvial es la línea que marca la parte más honda de un valle y es el camino por el que discurren las aguas de las corrientes naturales.

Estiaje

El estiaje es el nivel de caudal mínimo que alcanza un cuerpo de agua en algunas épocas del año, debido principalmente a bajas precipitaciones o sequía.

Balance Hídrico

¿Para qué sirve un balance hídrico? La utilidad básica del balance radica en que permite identificar aquellos períodos (días, quincenas, meses, entre otros) en que existe suficiente agua en el suelo como para el desarrollo satisfactorio de los vegetales. Es un método que describe cuantitativamente el comportamiento del régimen de humedad, permitiendo ubicar y cuantificar las condiciones húmedas, deficiencias y excedentes. A partir de los resultados del balance se puede:

1. Conocer la factibilidad de establecer un cultivo comparando sus requerimientos con la humedad disponible.
2. Examinar las relaciones entre las condiciones de humedad y el rendimiento de cultivos de secano.
3. Establecer necesidades de riego para una región, una cuenca o clima.

Términos Usados en el Balance Hídrico

• Evapotranspiración Potencial (ETP): Cantidad de agua que en forma de vapor pasaría al aire, directamente desde la superficie del suelo, y desde su profundidad por la transpiración de las plantas, si ese suelo estuviese húmedo y cubierto de vegetación.
• Evapotranspiración Real (ETR): Cantidad de agua que realmente pasa a la atmósfera por la evapotranspiración.
• Exceso de agua: Es la diferencia entre la precipitación y la ETP, cuando la precipitación es mayor que la ETP y se ha satisfecho la capacidad de retención de agua del suelo.
• Deficiencia de agua: Diferencia entre la ETP y la precipitación cuando la ETP es mayor y no existe suficiente humedad almacenada en el suelo para cubrir el déficit.
• Almacenamiento: Es el agua almacenada en el suelo como fuente de humedad. Se considera que 10 cm es el valor máximo de almacenamiento del suelo.

Obtención de Agua para Consumo

Conducción

Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los sólidos sedimentables (arenas); los sólidos pesados caen al fondo.

Agregado de Productos Químicos

El agregado de productos químicos (coagulantes) se realiza para la desestabilización del coloide o turbiedad del agua.

Floculación

En los floculadores, que pueden ser mecánicos o hidráulicos, se produce la mezcla entre el producto químico y el coloide que produce la turbiedad.

Sedimentación

La sedimentación se realiza en decantadores o piletas de capacidad variable. En ellos se produce la decantación del floc, que precipita al fondo del decantador formando barros. Los decantadores o sedimentadores en su tramo final poseen vertederos en los cuales se capta la capa superior del agua – que contiene menor turbiedad – por medio de estos vertederos el agua pasa a la zona de filtración.

Filtración

Un filtro está compuesto por un manto sostén: piedras, granza y arena. La filtración se realiza ingresando el agua sedimentada o decantada por encima del filtro. Por gravedad el agua pasa a través de la arena, la cual retiene las impurezas o turbiedad residual que queda en la etapa de decantación.

Desinfección

Una vez que el agua fue filtrada, pasa a la reserva; allí se desinfecta según distintos métodos. El más usado es el agregado de cloro líquido.