Upload
duongdat
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
-1114- 113177131-0 IZZAQ.C431,4,
Lti.TEMOLOGIA y
ESTUM'S .14Z1-117-123 makm~
VAS DE GAST
r-) A 119r) - r L....' . r•\
r , 1, I I
Elaborado por:
Nelson Chaparro Willamizar Ingeniero hidrólogo
Claudia Yaneth Contreras T. Ingeniera Geógrafa
a
Santaré (11:! Rogotá, D.C. Septimbre de 1992
INTROnUCCION
Durante la práctica hidrológica común, la característica más
importante para el cálculo de parámetros de.diseFlo es el caudal.
La determinación de ésta variable se lleva a cabo aeneralmente en
las estaciones hidrométricas (limnimAtricas y limniarágicas)
mediante la mediciÓn del nivel de anua en una nira o reglilla
ubicada en una de las máraenes^de la corriente.
El caudal que escurre por la sección transversal de una
corriente se halla íntimamente relacionado con el nivel del aaua en
dicha :-,eut.;ón. La curva que aglutina estas dos características se
denomina Curva de Gastos.
Así, sá define cdmo Curva dei. Gastos a aquella que relaciona el
caudal de un curso da agua con un nivel de referencia, el cual po
lo general es la altura limnimétrica. En corrientes naturales, las
condiciones de flujo uniforme muy pocas veces se cumplen en forma
rigurosa, sin embarao, para fines prácticos de cálculo se puede
suponer que generalmente se observan. Las curvas de aaStos pueden
ser de diferentes aspectos, su aspecto varía en función de la forma
del perfil transversal de la corriente de aaua. Los casos más
generales son (Ver fiaura No. I):
a)Río de cauce estable con perfil' transversal en forma reaular
de "V" abierta, sin cauce mayor; •
b) Rio de cauce estable con cauce M.ay0C inundaPle;
c) Río en el que se ha construido un tramo de canal de paredes
verticales y
d) Sector de fío estrecho, de perfil transversal específido de
las gargantas con estrechamientos hacia arriba.
El cálculo de dichas curvas puede hacerse de dos formas
gráfica o analíticamente. La primera de las cuales consiste en
dibujar sobre los eles de coordenadas cartesianas X e Y
rez,pectivarliente el caudal aforado y el nivel observado durante Asta
or hidrométrica, de tal forma que se obtenga la correlación
fica Q -.7.f(H). Al utilizar el método analítico, se toma como base
ecuación:
Q=K* (h-ho) a ( 1 )
cual, corresponde a una parábola tangencial al eje de las
cisas (0).
En la ecuación (1), K - es un coeficiente numérico.
rresponde a la altura limnimétrica cuyo aasto se desea
terminar. .h0 a la altura - u
imnimétrica en la cual el aasto es cero.
Conviene anotar que en la mayoría de los casos la curva de
gastos se puede definir solo parcialmente, pues el rango de
variación de los niveles aforados no cubre toda la gama de ellos ya
que las mediciones se hacen muy difíciles tanto en los picos
máximos como en niveles nínimos. Por consiauiente, la extrapolación
dp curvas de castos es casi siempre una necesidad.
M E T O n PAR A EXTRAPOLAR
CURVAS D E GASTOS
En este trabajo se explicará únicamente la extrapolación de
mrvas de gastos para niveles máximos. Y para ella existen Métodos
le apreciación o gráficos y los Métodos basados en fórmulas
tidráulicas.
1.
X- METODOS GRAFTCO-ANALITICOS
A. mETona DE MANNTNG
Considera las características geométricas del cauce se
fundamenta en las siguientes transformaciones
El caudal que pasa por una sección es:
Q = V * A (2)
Chezy estableció que la velocidad puede calcularse como:
V = C * (R*S) 12 (3)
Manning dedujo que:
C= lin ( 4 )
por tanto se tiene que reemplazando (4) en )
R213 *.5 1 /2
(5 )
Donde: V : Velocidad media de la corriente
R Radio hidráulico (R = A / X, donde A es el área de
la sección y X el perímetro mojado de la misma)
1
S Pendiente Hidráulica
n Coeficiente de rugosidad del cauce
Esta fórmula contiene una parte que depende de la aeometría de
la Sección (área y radio hidráulico) y otra de condiciones
hidráulicas (rugosidad y pendiente).
La mayor dificultad está en encontrar el factor "n" para el
cual hay que determinar elementos como el tamaño de las partículas,
veaetación y obstrUcciOnes. Este "n" se puede determinar
visualmente, .para lo cual existen unas tablas que han sido
'-. elaboradas con base en experimentos para cada cauce y ellas se
encuentran en alaunos libros de hidráulica (Dominguez, Chow,
genson, dos variantes de ellas se pueden apreciar en los anexos)
pero también se puede determinar dicho "n" a partir de la rugosidad
para lo cual existen algunas fórmulas que varían de acuerdo con los
autores que las desarrollaron (más adelante se explicará uno de
estos métodos).
• En muchas secciones se observa que el valor , 1*,5 112 tiende a 22
ser constante en niveles altos. De tal manera que conociendo el
área y radio hidráulico por medios topográficos puede hallarse el
caudal para cualquier nivel:
En términos aenerales el procedimiento es el siguiente :
lo. Elaboración de las curvas H=f(A) y
Hz.-f(R213 )
con los
valores obtenidos de las caractérísticaá aeométriCas de la sección es decir tomando el perfil topográfico . de la sección
(Ver figura No.2).
20. Cálculo de la Vm con la ecuación 17=2 tomando las áreas 2 A
directamente. dé la curva H=f(A) de cada nivel aforado.
3o. Se dibuja la curva - H=“Vm) (Ver figura No.3) la cual tiende a
ser as4ntótica es decir que para valores altos de H la
velocidad no varía apreciablemente.
Como se planteaba incialmente se puede aceptar que S' se
2 c9.12
mantiene constante, entonces siendo 1(=- - n
Tomando como base los niveles obtenidos de las curvas 1-1=f (R 213 ) y
H=f(Vm) hasta un nivel igual al aforado, se calculan los valores de
V 1‹, por medio de la ecuación
ha/3
4o. Se dibuja la curva H=f(K) (Ver figura No.3), la cual
manifiesta una tendencia asintótica que establece un valor
constante para K en niveles altos.
So. Determinación de los valores de Q más altos del máximo valor
aforado. mediante la relación Q=A*K*R2/3 extraídos de las
re prí.tivas curvas en función de H. Esto permitirá entonces,
el dibujo de la parte extrapolada de la curva.
R. MFTODO DF ARFA - VELOCIDAD
Requiere de un buen conocimiento del comportamiento de las
características aeometricas e hidráulicas del río y de •una serie de
aforos que cubran los estados medios altos del río.
lo. Dibuiar la curva H=f(A) (Ver figura No.2) usando perfiles
transversales realizados en la sección de aforos.
3
o. Extrapolación de la curva H=f(Vm) (Ver. figura No.3) por
tendencia; en el .caso de que la relación sea bien definida y
que solamente sea necesaria una extrapolación menor del 20%
del intervalo de variación de los niveles, o por medio de
cálculos hidráulicos para otras situaciones.
La e.(tracc,l la Curva k=f(Vm) oor medio de calcul.. -)s
hidráulicos se realizará con datos directos de levantamintns
topográficos y datos de aforos :
la curva 1-1=f(R 213 ) utilizando el perfil - Dibujo de
transversal levantado topográficamente en la sección de
•aforos.
fí=. - Extrapolación de la curva 1-1 -..f(-112:al (nivel en función de la
ri
pendiente y rugosidad) sin cálculos cuando la avenida de que.
se trata no ha producido inundación del cauce mayor y por
cálculos hidráulicos cuando éste se ha inundado, caso en el
cual se necesita a.doptar valor para t::1
ruaosidad (n) y medir topoaráficamente la pendiente hidráulica
correspondiente a 'la respectiva avenida; «utilzando
huellas (si ésto no resulta posible, puede adoptarse la
pendiente media natural del lecho de la corriente).
- Cálculo de la velocidad media correspondiente al nivel
máximo de la avenida como producto de R 213 y /7.
R 213 *-¿3 por tanto,
- Finalmente se calcula el caudal correspondiente a la
4
extrapolación como O = V * A
METODO DE STEVENS
-Se utiliza para ríos, amplios y poco profun - os, es decir que el
adío hidráulico no difiera mucho de la profurdidad media, y por
auto se puede considerar las siguientes igualdades:
A (6)
onde: R : Radio hidráulico (m).
D Prdfundidztd media (m).
A Area de la sección (m 2 ).
W Ancho de la sección (m).
Esto quiere decir que la relación del ancho de la sección (W)
con respecto al perímetro moiado . (P) debe ser próximo a 1 y no
menor a 0.95; en este caso el valor de las longitudes de las
paredes o taludes de la sección no representan mucho en ei
perímetro mojado.
•
Este método se basa en la fórmula de CHEZY para canales
abiertos donde :
V=C* ‘/R*S ( 7 )
V : Velocidad media.
C : Coeficiente de Chezy.
R : Radio hidráulico
S Pendiente hidráulica.
El valor de C varia de acuerdo con las características del
terreno, es decir con R y S como tambián con el coeficiente "n" que
depende del grado de rugosidad del canal. Pero para niveles altu=;‘,
ha comprobado que c'S tiende a ser constante e igual a 1, por
nto la fórmula quedarla:
.WRIf2 , entonces .
V : Velocidad (m/s).
R : Radio hidráulico
D : Profundidad •media (m).
147=D1/2
- Entonces, Q=A*V de donde Q-r-A*0
A : Aréa de la sección ( m 2 ).
: Caudal ( m3 /s).
Experimentalmente se ha llegado a la conclusión de que se
2 btienen valores más exactos si se trabaja con 1-13 erg vez de %In
ntonces
Q=A*D 3 (8)
El procedimiento es como sigue:
2 2 A*D 3 =f(0) A*D 3 =f0-11 con base lo. Dibujar la curva
2 en el resumen de aforos. La curva Ate./3 3 =f(CO en niveles
altos será recta o aplanada con tendencia a recta, mientras
2 .411) 3 =f( -1) es completamente determinada en cuaquier nivel (ver
figura No.4).
2o. Una vez dibujadas las dos curvas se extenderán hasta el
nivel requerido no mayor del 43%.
So. Para encontrar el caudal equivalente a un determinado.
nivel, se parte del nivel deseado, en sentido vertical hasta - .
encontrar la curva A*D4 =f(i-i), en ese punto se sigue en
2
sentido hárizontal hasta interceptar la curva A*13 5 r- f(Q),
luego verticalmente hasta encontrar las abscisas
_correspondientes al caudal (Q) respectivo (Ver figura No.4).
METODO LOGARITMICO
Su desarrollo es el siguiente : Se trabaja con papel loo-log,
ploteando en las ordenadas (h - h 0 ) y en las abscisas el gasto.
Al trabajar en este papel, se trata de obtener una recta, variando
el ha paulatinamente considerando que la ecuación
O = K * (h - ha )°• es igual que
log Q. log K + n * log (h - hc )
• . queda representada por una recta - en la escala loG-loo. De la
recta resultante se deducen los valores de la ecuación.
El valor de h0, como ya se ha dicho representa la altura para.
la cual el caudal es nulo pudiendo ser positivo o negativo según la
escala en que se encuentre (Ver figura No.5).
El valor de "r", corresponde a la inclinación de la recta, o
sea el valor de la tangente que forma la recta con el eje
horizontal.
Paraelcálculodeh.se procede.normalmente como siaue:
Inicialmente se supone que el h tl es icrual a cero y se orafican los
7
'•
i
• hace similar a a).
II METODOS BASADOS EN FORMULAS HIDRÁULICAS
oros con sus respectivas alturas en papel log-log, de lo cual se tiene uno de los siguientes trazados (Ver figura No.6):: ,.
. a) Curvatura hac i a abajo,
b) Una recta o
c) Curvatura hacia arriba..
Cuando :IQ obtiene una curva•de la forma a) quiere decir nue e/
ho que le corresponde a esta sección es negativo, entonces hay que
sumarle una cantidad "x". de centímetros hasta llegar a una recta,
en este caso lo que va en abscisas es h - (-11). Así, de esta
recta se deducen los valores de la ecuación
Q K * (h - ho ) r'. (9)
Donde K es el punto en el cual el caudal de h - h0 = 1
Cuando la curva da de la forma b) quiere decir que h c G,
entonces el cálculo se hace similar a a).
El caso c) quiere decir que hú es positivo por io tanto se
debe restar valores de h hasta obtener una recta y el cálculo se
Entre éstos tenemos el método de la Pendiente: Hidraulica.
En una corriente es posible medir la pendiente de linea de
superficie del agua ya sea por medio de miras, maxímetros o niveié!s
de presición. Vallendose de la fórmula' de Manning
1 2
<>--A4P-1,1.9 7 tR I (10)
8
solo faltaría definir el valor del coeficiente de rucosidad el
al se puede determinar de la siguiente manera:
El "n" en. la mayoría de las corrientes decrece con el aumento
1 nivel y del caudal (Ver figúraSo.7) a excepción de aquellos
cr uces que presentan en las márgenes rocas que obstaculicen el
lujo normal y vegetación arbustiva.
Cuando el caudal desborda su cauce y parte del Flujo inunda la
planicie, el valor de •"n" es mayor que el del propio canal, en este
caso sedeterMinará el caudal hasta el punto de desbordamidento y
el excedente.se estimaría aplicando un valor de "n", a criterio del
ingeniero, dependiendo de las condiciones de superficie y de
vegetación.
Otro forma de encontrar el valor del coeficiente de rugosidad
"n", más práctica, cuando existe desbordamiento, consiste en
extrapolar la curva H f(n), considerando el tipo de vegetación y
altura de la misma, por cuanto esta solamente tiene un efecto
marcado hasta cierto nivel, desde el cual se puede considerar
constante para propósitos prácticos (Ver figura No.7).
Elaboración dé la curva H=f(n) : Del resumen de' afóros
líquidos se toman los valores de la columna 2E2., factor hidráulico.
S = pendiente hidráulica, n = coeficiente d rugosidad de Manning.
De las pendientes hidráulicas ejecutadas en la sección; tomamos la
correspondiente a niveles medios. Teóricamente es sabido que en
canales de flujo uniforme las pendientes de la linea de energía, de
la superficie del aaüa y del fondo del cauce son iguales.
Con los valores anteriores encontramos para cada nivel de
aforo el correspondiente "n" (Ver figura No.7).
9
II EXTRAPOLACTON EN CAUCES EXPUESTOS A INUNDACIONES
Uno de los problemas que se presentan con notable frecuencia
urante las épocas de rivierno, part i cularmente en las partes bajas
de los.grandes .ríos . es el de las inundaciones, las cuales ocasionan
considerables pérdidas materiales y humanas. Fn la actualidad, desafortunadamete la hidrometría no ha
desarrollado métodos que permitan cuantificar el volumen descargado
por una corriente en una zona anegada, de tal Forma que se puede
establecer una curva de gastos Confiable.
,Pn primer lugar es necesario anotar que en una zona inundada
se presentan dos flujos con características hidráulicas totalmente
diferentes (figura 8)
En la figura 8, se muestra el aspecto general de una sección
con valle de inundación en ambas márgenes (con frecuencia se
presentan en la naturaleza secciones con zona de aneaamiento a un
sólo lado de la corriente). Las profundidades H L , Hm , y Hl , son en.
la mayoría de los casos diferentes, observándose la siguiente
relación:
H. > >
H L2 (11)
Por ser la profundidad del lecho (H.)'mucho mayor que la de
los valles adyacentes, se presentan las mayores velocidades de
flujo precisamente en aquella zona. La velocidad de la coriente en
las zonas 1 y 2 en tanto son muy bajas por cuanto se presenta
fricción del agua con la planicie de inundación. Esta velocidad
puede disminuir hasta O en una o ambas márgenes, presentándose
oras de espacio muerto, o incluso en alaunos casos se puede
apreciar el fenómeno de reflujo y corrientes inversas.
En general, el comportamiento del flujo sobre el lecho
10
incipal prácticamente no varía sino en aquellos casos donde la
rección del mismo 'forma un ángulo determinado con la dirección
ngitudinal dei valle anegadizo, en tal caso s se presenta una
mpleia.interacción entre éstos dos flujos (véase la figura 9).
Este proceso se complica aún iciAs si se pr - exenta el vertimiento
aQua desde el valle anegadizo hacia el cauce principal o
iceversa.
En la figura 10 se pueden apreciar los perfiles de velocidades
para los diversos tipos de interacción dinámica de los flujos.
Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto es claro que a
extrapolación de una curva de gastos a partir del nivel de
inundación es una tarea que entraña enormes dificultades, en tanto
el comportamiento del flujo se halla influenciado por gran cantidad
de parámetros que alteran la dinámica del proceso del mismo,
interacciones aún no establecidas con exactitud.
Sin embargo, a nivel institucional se han venido desairc
una serie de procedimientos de carácter empírico tendientes a
realizar la estimación del caudal por desboi-damieno.' La prn ■ y.„1-1
de las metodologías se basa en las experiencias obtenidas por las
observaciones in situ y algunas asunciones necesarias en el
es la así denominada Método del Area Agremada el segundo método se
fundamenta en la teoría genética de formación de caudales máximos,
la que presupone el enfoque determinístico del método.
Vale la pena anotar, que las siauientes técnicas no se
desarrolladas en su totalidad y sólo representan el pr~r
acercamiento a la solución del problema; que no se hayan exentas de
errores teóricos. Por tanto, se espera que con el tiempo tia-
encuentren hidrólogos dispuestos a aceptar el reto que rélpresenta
el crear una nueva metódica.
1 1
A. METODO DFL ARFA AGREGADA
Como se ha visto anteriormente sobre una zona inundada se
presentan compleíosfenómenos de interacción dinámica, los cuales
condicionan el comportamiento de los flujos principal y secundario
(éste último sobre el. valle anegadizo). Se ha comprobado
empíricamente, que el flujo secundario al set - frenado por la
rugosidad del lecho principal , cumple la Cuncion de freno a la
corriente que se descar'cla sobre el lecho principal; de tal f-. -,rf3a
que sobre éste último, en un cauce recto se puede asumir que el
água'conserva las características hidráulicas de su movimiento.
Esto significa, que la sección delimitada por el lecho y las
líne.as paralelas verticales a las márgenes del cauce principal
(véanse líneas AA' y SS' en la figura 11) se mueven normalmente
pudiéndose despreciar así el flujo sobre el lecho secundario. Este
último sin embargo posee una velocidad menor en tanto que el área
seccional es sicnificativamente mayor.
Por tanto, para fines de cálculo, se prolonga la sección
transversal del lecho principal según 13 pendiente de los taludes
que la forman. En la figura 11 se tienen las rectas CA' y C'B'
De tal manera que obtenemos la sección CA'na'c' a c.amblo la
normal AA's'a donde el flujo sobre el lecho aneuadizo funciona á
manera de pared vertical que se opone al movimiento sobre la
sección prinCipal del cauce.
Finalmente,
•
al tener ésta nueva sección cÁ'a'c' fúrt,,a
perfectamente trapezoWal, la extrapolación se torna una tarea
relativamente sencilla.
Es necesario anotar, que al incrementar la sección transversal
agregándole los triángulos CA'A y 8$' C' (secciones 4 y
el flujo se mueve a la misma velocidad que sobre el lec:.)
principal, se trata de compensar lae eeka.ionezt, c y 5 donde la
velocidad de la corriente es mucho menor. El único problema
12
consiste en saber.haSta que grado se compensa la descarga que se
desplaza sobre el lecho principal mediante la adición de éstas
nuevas secciones. Sin embargo el problema se hace mayor cuando las
paredes del leCho son totalmente verticales de tal forma, que surae
una aran-dificultad al tratar de determinar el valor de los ángulos
a y a.
B. METODO DETERMINISTICO
light
Este método se fundamenta en la teoría genética de formación
de caudales máximos, la cual calcula el volumen de una avenida
máxima como . el formado por la suma de los productos de la
precipitación por el área efectiva de la cuenca durante el tiempo
de concentración.
Q4(X-1')*(ófac)dt (12)
La anterior expresión fué establecida inicialmente por N.E.
Dolgopolov y M.A. Velikanov. donde Q caudal en el tiempo t
(correspondiente al caudal máximo), f es el área de escurrimiento
sirtáneo, X la lámina de precipitación y P la de
durante el tiempo t.
Al resolver la anterior integral se obtiene la fórmula para el
cálculo del caudal máximo la cual es:
v, 4j. i C. 1 3) •
Damlahl , representa la lámina de precipitación que se
transforma en escorrentía; es el área aportante. En la figura
No. 12 se puede observar la.esquematización del proceso. La linea
ennearilla representa el cauce principal, en tanto que los cuadros
1, 2, 3,...,n-1,n son las cuencas que vierten sus aguas a la
corriente y ocasionan la 'inundación que se presenta en la parte
13
inferior. Para la figura 12, el caudal máximo presente como
inundación eh la parte bala de la corriente podría calcularse según
la fórmula 13 como:
± *f* •
t l' f (14)
DOncitz! f. f, son las áreas che las subcuentas 1,
2, 3, .. r1-1. o. A la anterior ecuación habría que agregarle ei
caudal en loS segmentos da cauce ab, bc, cd,
Sin embargo la ecuación (14) sería válida en caso de que los
tiempo de ..concentración hasta la zona de inundación fuesen
exactamente iauales para todas las subcuentas, en cuyo caso -se
presentaría la confluencia simultanea de ios aportes de toda ,a
cuenca. Afortunadamente circunstancias tan desastrosas no se
presentan nunca en la naturaleza. Por tanto, es conveniente tener
en cuenta éste hecho al calcular la descarga máxima.
Con fines de simplificación asumiremos que el tiempo de
concentración de los trayectos ab, bc, cd, ef, etc. es igual y
corresponde a una hora. ASí, la Suld¿ut;nCa 1 descarga su produccIn
a la hora de producirse la precipitación, la cuenca . 2 a las dos
horas, la cuenca 3 a las' tres horas y -así sucesivamente. • c ‹z!
IlIduración de la precipitación será de "s" horas
De ésta forma obtenemos los caudales máximos hora a hora de la
siguiente forma:
011' t = 1 hora QI18 k 1. = h1"- 1
t = 2 horas Qux 2 = 112 *f 1 + h.* F2
t = 3 horas 0,7,13 = hs *f, + h 2 *f2 + h.*f. .1
t = s horas O = 11.*f1 + h - *f. +....+ 11,*f 5 - 1 n
El anterior sistema de ecuaciones representa la solución dé-p. •
14
resultados adecuados.
formación de los caudales
dinámico, donde intervienen
SeQún lo anteriormente descrito, éste método presenta una
serie de dificultades que deberán ser resueltas si se desean tener
ha visualizado la
compleio proceso
En primer lugar se
máximos como un
una gran cantidad de factores los
ecuación í 1 4 ) , cuando la duración de la precipiteción i:25
exactamente ioual al t -iempo oe eoneentración desde la cabecera de
la cuenca n hasta la zona de inundación, la intensidad de la
preci~ón es constante e igual para toda la cuenca. Estas
circunstancies caei nunca se observan en la prá..-..tica, de tal forrel.rt
que 1CIti anteriores razonamientos representanUn I c.atio particular del
.r-= ;. r ' .9 7i riee de nueetroe cálculos nos herrine, detereli do hasta
el („iileulo de O va que el sistema t. ¡ene ecuaciones hasta cuando
t=2 s. Cuando tes se presenta el caudal máximo ya Que en este
'materno, la ecuación tiene Mayor cantidad de sumandos.
Finalmente, habiendo calculado éste caudal y teniendo un
re.t('e confiable de los niveles en la zona de inundación se puede
e:,tablecer una relación 0=f(H).
cuáles deberán ser cuantificados de la mejor manera posible. Es
fundamental contar con una excelente red pluvic~tri ea v io
liidrométrica, de tal forma que se puedan cuantificar los vol¿menee
aportados por cada subcuenca al canal Principal. La infornación
hídrometeorolooica deberá ser medida en tiempo real y además ter er
de tiempo de concentración.
deduce que la inundación es orovocada por los diferentes aportes de
lás subcuencas que forman la corriente principal, aportes
produ ido~ por precipitaciones presentadas en diversas partes de la t
cuene. a diferentes horas.
En vista de lo dispendioso del proceso, es posible la
sistreetizae- 1 ót -I de tede el i- eeomeno r..ediante i a or i:Jra cele tan
alooritIne de computación dee permita simplificar los cu
Dicho alooritmo permitirla ademae pronosticar inundaciones cen
en cuenta las diferencias esto ti r?
15
ih‹ifs de antelación, así como predecir los niveles que
• 1, 1 ,?s,;,ntar:.:, e . en la zona de. anegamiento.
CONCLUSIONFS
simportante tener los perfiles transversales representativos
etemporadas definidas para que las extrapolaciones de curvas
da gastos estén basadas- en -situaciones: reaies de las
Condiciones aeométricas e hidráulicas de i as estaciones de
aforo.
Durante ciertos períodos o en función de cambio de las
características morfohidrológicas de la corriente, las curvas
de gastos son variables y se deben determinar-, en una 4nisma_
estación bidrometrica, varias curvas de carácter temporal.
La discontinuidad de las curvas de gastos se produce
aeneralmente durante las avenidas de .mayor importancia, las
que, casi siempre, indican el traspaso desde una curva a otra.
El método logarítmico se puede utilizar para extrapolar curvas
. siempre y cuando el intervalo de los niveles en los aforos
realizados esté en un 60% a 70% de la variación de ellos en la
corriente ya que si no es así se puede cometer errores
sianificativos.
La metodología para la extrapolación de curvas de gastos en
lechos inundables aún se encuentra en la etapa de desarrollo.
Se requiere del esfuerzo mancomunado d4 todos los hidróloaos
deseosos de aportar ideas nuevas en la solución de éste
interesante problema.
!I método del área aareoada para la extrapolación de curvas de
gusté.~' en lechos expuestos a inundación, presenta el
inconveniente de ser wuy subjetivo al prolongar por tendencia
la línea del talud del lecho principal (determinación de 10S
ánguios dy S) de tal forma que es dificil determinar el orado
de compensación del area aareaada con respecto al área del
17
flujo inundante.
El metodo determinístico se halla aún en etapa de
experimentación. • En. cierta forma es 'difícil de utilizar a
menos que se.disponga de la instrumentación adecuada en cada
una de las subcuencas principales_ Se requi - re su posterior
refinamiento. Sin embarao puede dar resultad s satisfactorios
en virtün ü;,.. ...;(1 caracter determinístico.
12
TIIRLIOGRAFIA
r 1-, , N. R., POPOV, I. B.' Oinamic.a de los Cauces de los
Pcc, -.esos Fluviales. (En ruso), San Petersburgo,
idroiv,=!reoi zdat, 1 a ño.
. , SSO S. Eduardo, -Nei ra C. Hernando, y otros; bianual de
htsuc.ciones
Proyev cto Hidccmeteorológico
Wroamericano; San Jos1.4.. - Costa Rica.
"C.SHKOV, I . G . Cálculos Hidrológicos (en ruso). San
trrstur G dron-Ie.teoi zdat , 1979.
014N 14ul f y Si lvi u Stanescu; Notas Tácnicas sobre caracter í sti cas
los cauces en secciones hidrometricas, relaciones hidráulicas y
:Lrvas de gastos; Apar íodi ca No.17; HIMAT; Bogotá - Colombia, 1970.
2:',14AROV, E. E., ZAJAROVSKAYA, N .N. Hidrología e Hidrometría.
San Petersburgo, Gidrometeoi zdat, 1986
EFE-
SANCHE7 O V. Julio; n c's 1 ch7-: ci t- o 1 oa ice para ■--1 dromensores; HIMAT:
iDgotá - a .
SANC,ri 2: Fel ix Dar ío y Martha de Mejía; Extrapolación de curvas de
gastos; HIMAT; Boaotá - Colombia.
• • liTERENLIJT, D. V. Hidrául ica. (Manual paca estudiantes de
Institutos de Enseñanza Superior ). ruso) • Moscú,
Energoatomi zdat , 19'84
19
a A
a
.
14
Q
8
Q .
1~11111■
■1■1111/ WEIN"
• voy IIII
♦
:t.. "...4-%-..
.
.
.
C ,..„.„....
.
.
.
a
H
—
\ ...
H
a D a
H
O
CURVAS DE GASTOS EN FUNCION DE LA FORMA DEL PERFIL
TRANSVERSAL
FIGURA NP I
1.0 1.2 1,4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2;6 28 3.0
60 100 150 2 .00 250 300 A ( ma )
CURVAS DE H vs A y H vs R 2/3
ESTA C ION X
FIGURA N 4 2
P PI .P.
CURVAS DE H vs V y H vs K
ESTACION X
FIGURA N9 3
800-
5 00.
ti
4 0 -
3 00-
• 2
1.00 -
Mb,
02 0 4 06 04 l O 1.2 1.4 1.6 1.4 2.0 2.2 V m
. • Ó2 o S 074 a's o.6 0.7 06 09 I O
P. M. P.
100 4
2/1 AD
700
•00 ^
500
400
300
300
CURVAS DE A•D2/3 va 11 y A•D2/
3 va 4
ESTAC1ON Y
NO 4
!Á. P.
Ho = NEGATIVO
— —O CE LA MIRA (- )
_ _ _ CAUDAL CERO
■■••••■••••■
Ho = POSITIVO
R EP R ESENTACION GRÁFICA
DEL Ho
FIGURA N 9 5
N. — CAUDAL CERO
P M. P
2
••11441111 4411 ....«. -- - • 111211211~1~1:111:211:1 2~15=11:11:111:2 . .-, -
' . — .. . _ _ _ — ' ,_.._ .. . ' =.I ' '' " - • . . ,... — , _........ - _..-- . . ._.. . 1-,-", 1 minan is ,.. ..4.
.. ..... ..__. .. i .....111.41.1.4 _ .. . .,......___ . , . . in
, , .. . •- -4 . , . . 't - - ' '
_ -1-___11.-:-.-. ;_. . . 1.. T.1:. - ..... . . . I-
Sui
77--; . ... - i : ; - _ _ .... . _ __ . . _ . . . . ' I • ...: S.:Z=7.: : ' - -
Me
,..- ---... —,— .. t..- 1 . ._4_. __ -- - . . . 1- _..,_
- - ..
.. •--=-; ...•:-.."::::::. - ..... -._---- ::_z: - - - _ _1= `''.
- . . - ,:-.1.1:
_ . . _ .
. . -------- .._..._. . =;._- .......
era
wo
R :raen
PtflItfil11_111.11
mases En: wiC
ein
111111111111" ammum -:.'S - r- -.--,--.-
•-•-•-«-i---~
«'-•-:-..' -. - - ..... .... --"--- ' .„.
- .. - -1: y.
. . ' ".'^ - _ = ____t--
•.
g
N 4 .
' r
.-._ . . . . . .
.
~II . . - • ---- ... ~o
1111118•11 , , •
4. SOIMI
.7' 112:
- ' ....r...' ........ 111111118111 - i mumg_ ,--- 111111 Nom '-' .
MB SO iiiii 4±-4...". r : . .1-7. . 11111111111111111•11111
• 111111111 IIMIII NUM II=
...:=1:1: === "+----''''''''"---- -- - ' --'--- i====
=:::::::= Mena Emensag. -,.... MEM Zraiss=
STAlia=ii ---
iier= + ...,.
:11 iii - =•4«.,«2 .-÷ 7= r 1 =Tí =mi _...
-1 ME ----,----- -: .. '- -.--
. „.. j: -"--- t
E=-- ----E Mb -- •
. 4-4-..-
~~111
' 1-. --- MI III• ale. ~mem
Me iiii
affiniali:nMigai~neilegil
~111~ ~o mea mame M" i iiim
Mil
MINIMMIN MIIIMUM gicaula
E
ro ' . r.. , 7- 7 ' - Ir
E =====111111111111111111~ la. 1~11~11~~
E! -. '"""=En" ' '-- '--- ....= =,..... ............
....o ''--- • ,-- ...= N ........ MOI IMM •■••••=1 .~41141~0. ....==
.11114111111M114~ -,-.- .-..-,- .101•11111~ -,-• • IIMMIZIIMM 111~11~ la MNIII. ...... =C ..........=E•s—"="-- = -
4ipix
=MI . _
-
, ,
~111.14.1••• w...• ........ :...=......., ... . .~=.72EEE-....
111111111111 ........ii..m-
1.11111111~~81111 -. • ..,..
r___ E N.- ...c ----- ...... ami.. • - 4.--- -- ■.... ,.....,
lig
I RIMA 11•1111~ el
IM II
in..... :I
:ME
----EK.,t_
.,.....1
•18...• 111•1111111
+ ...: 1-7 -..;--
.7' ' . 1-'
!. T
-- - ... -
Ifilual IIIIIIIIIZU ' . IMMO EMIR 1.--- ...mg
.. , 11111•11111111 ...141113.r.~111:1111:: - -_- • • • -4-4-4 imanuir,
=En
Mili --- allia====~- - -
nE1=9:=Egrdégir=~111~11111~ - - =ZIP' neme ami
....
suman - - t----- :En ,--- - - - — Wang ..... —41.,==.....
..In,— ... ..m
" -
....
1 ,12EL.~~zre .......nspir-
1-2Emmifflassigir" ==10,8
ea.:
'r.--1 .. L•2111~ -- " ---.1---. - .
EMIR ,
...,,,.....~.~ER
.,..,..__-_- _-:- 7. -_-_-: 7, -. r .._-_--4-,,,, :-....- HE • _. ----. _F-7--- - _ .t .,,,,,..
-- . mar. ::::::i ali
1111.1 H I- I Ltd
j EL
. ,
.. , 1 I.J1 .. .........
111~111=1:111.11111 ww .. 5.,,,, . iEIiJ
" .".."
YE"
1.:"..Z-1-•
III "Urid1414.1 ''-- • :-- : :-. r '.." ....._ :
AlEIP4 •-•'•-• „. 4 • ••• .• „,. , _
•-•
1 1t1
E ri a
• •-- -
4-4-
• •-•- Malea ENE 1E
rall -1--. ..-
r .... ., , ' _i._.
1M : 4 la 1 '- - - --+ ■ -• i 1-7.: ...._._ ----i EWA a... :- -'-r-------/
. _ attt- • -•- •.1' -1--•-• • ,Tard, ---
LU
6116164 ••A ..7.. 1 , ~o a .. N mi , se
11.118111
11116 .-- . , __-r _ : ",_4_,_ a .1
mili mon ,_ u oss!._,_._' a _ 11, ...... FAINIE ______. ....., 1 ._._ 1 : radi mitursaa easnil „,.---
ri.: •.4, .. i , MIME 111111 -. 111111111111111 111111111•1111111111 un nomas
5 6 7 S 9 10 2 3 4 5 6 7 O 9 10 2 3 4... t.. 7 e 9
Q ( m3 ) seg
LOGAR I TMICO 3 X 3 ELABORO. REVISO.
OESCRIPCION : FIGURA N-9 6
EX TRA POL A CION CURVA DE GASTOS METODO LOGARITMICO
Dibujo
P. M . P.
FECHA
32-53-86
ro e e 7
1
4
N l y• 1 d
(ro I
•
7 •
•
4-
00 t
•
Nivel de 1 creciente
_Nivel Oesbordemie•te_ -
N O` de It•ferenel• •• •*ediciones •m'ingle•
CURVA DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD ( H vs n ) ESTACION Z
FIGURA Nº 7
0.0 4 0.0• 0.04 0.1 0.1* 0.14 0.10 0.11I 0.1 Vol« de ° • a IP. Id. P.
T— NIVEL nFi.____LG_DA__
1-1 VALLE INUNDADO vi 2
If L
CAUCE PRINCIPAL
FIGURA N t ASPECTO GENERAL DE UNA SECCION INUNDADA
.1■001.1•1 trnear.• 01111.• •••■•••■•■•• .1•1••••■ ■••■■•■•• CM. •■••••■•■■
•••11.11.11
A
VI
FIGURA Ne 9 t ESQUEMA TIPICO DE LA INTERACION ENTRE LOS FLUJOS DEL CAUCE PRINCIPAL
Y DEL VALLE ANEGADIZO.
—
t 75 2
V(cmhog) 600 50 60
• r .
7» •0.7
7
4°7 )
FIGURA Nº 10
CAMPO DE VELOCIDADES DE LOS FWJOS SOBRE
EL LECHO PRINCIPAL Y VALLE INUNDADO DURANTE
DIVERSOS TIPOS DE INTERACCION.
(PATOS EXPERIMENTALES CUANDO HLecho= 9 cm )
.í LECHO PRINCIPAL Y VALLE AISLADOS Ti PRIMER TIPO DE INTERACCION ENTRE LOS FLUJOS
III y III o FLUJO DESDE EL VALLE AL LECHD
lit y LY a FLUJO DESDE EL LECHO AL VALLE
t55:7)
P M. P
D
FIGURA Nº II
M ETO DO DEL ARE A AGREGADA
- CAHECEI:A L
:51
4
1
1:1 (1)
9NA Dr 7111iNDACIOM
• II
FIGURA No. 12 Esquei;a uarieral d una
EgCALA UNIFICADA PARA EL CALCULO DR LOR COEPICIRNUR DE ROGOEIDAD DEL LECHO DE UNA CORRIENTE Y/0 EL VALLE ANEGADIZO, SRIENY - CHOV ERADLEY (SEGUN OBSERVACIONES DE CAMPO LLEVADAS A CABO POR
EL INSTITUTO ESTATAL DE HIPOLOGIA DE LENINGRADO-RUSIA)
CARACTERISTICAS DE LOS LECHOS DE LOS RIOS Y DE LAS ZONAS INUNDARLES
VALOR, RIOS DE LLANURA RIOS MONIANOSOS Y SEMIMONTANOSO I VALLE ANECADIZO a-
0.02.0
0.1125
0.230
2.040
0.050
0.055
0.080
0.122
0.140
0.200
D'AMOS PECTOS rp RIOSs CA- NALIZADO:, CON L,C11„., C0i-
111,10S DE MATIbIAL DEN,» y DLLGADA PULULA DE CIE-NO.
CAUCES NATURALES DE TIERRA Lm W,ZICIOrILS FAVOIALLES, LIMI,9:?, R.I.C1IIIN,05 Y CoRRIENTES TRIMUILAs.
CAUCES DE GRAVA 1 CANTOS RO4DOS Ld LAS MISMAS CON- DICIONLS AN TLRIORIIU.
CAUCES COMPARATIVAMENTE ,,,,, ., ,, .1 " po- 1.11 "' '‘O"' 411"" 1,1 1,
!IN „b CoN ALkiJr„,13 LULU- ''- l'' te ' . E L 1, 1R..U1(iN 4,rn bJ _ DI:, l'U—S Y .', LA cor. , t- c,‘wV,r1YDÉL Lt..2110 Y MAR- ,i,,,, SE oDSL,:. Ef
IPAMerOHIE PL SEPIWITOS L aúnaula D ttl),/.
LECHOS DE RIOS MEDIANOS A t. t:: b QUL P.E...t-lai VE-
"J P,;, L O ;LO, ,'I 1‘,„INI...fAL C4 ILUJO ILRE- Gui... 1,—JCI', Lit •IOS DE COJUITLNIES DERIvDiuw.
LECHO ROCOSO Pf RIOS ME- DIAN-S A u 1.AM?:' „, Lr_CHoS DL CORRIENILS I.RIvII.AS, CON VLt u LinON fN SUS MAR- GENES 110 CURSO vRINCIVAL.
LECHOS DE RIOS SIN COSER- VAUOM (PIIEbLmJIA DE DASU- MA IN FORMA DE IAILvS, IA mns, EIC.), CUYO (AJCL Y
IIDLRAS SEAN 11UuLlUES t IPWS LECHO EL LLu y ROCAS E 1IVERSD /ANIMO)
LECHOS SIN CONSERVACION,_ OCUPADOS EN C1, ,N PAUTE'EOR 1ALLoS TRONCOS Y RvCAS DI 1.01tUDLRADLE IAMAW.
lumol rn ZONA PANTANOIA ( M.IM111.ULOS, EN MUCUS 1.0- NAb AGUA ISIAMEDO.
1
DERIVACIONES ARTIFICIALES DE LOS LAUCLS, TUALAJADAS EN RO- CA.
CAUCES DE GRAVA Y CANTOS RO- MOS EN COWICIONIS FAVORA- DL cLMPII, RECTILINE1,S). I
:111.0-1.0)/1QCO
CAUCES, DE TIERRA DE CORRIENTES Iblif,NIIFNILI Lii CoMCIONE S ktivu:A1,1,S, _,LUOS ul/ILRIOS I. IrN1OS uI_N TRABAJADOS EN
ARiL DA. un P J3 1 =J-7)/115311
LECHOS OCUPAMS SIGNIFICATIVA- r ',it POR A :OS Y ROLAS D II"J ' 1.1;,-r„, . v;1 E. V11101,1(11 P.,11 EL LECHO CU- tILEtv POit p;nro5.
I =ti-15)11000
LECHOS CON ROCAS Y CANTOS DEL Mlua IFM''N,) Y IL9,1J TURBULEN- IO. (01 IIINIE5 PLEMICAS SIN t4S1R4C104 DEL LLo. u :,n
1 :(15-22)11114
IICHOS EN ROCA EN LAS PARTES , EA V AL1AD_ LA, CUENCA ki /. M
34'5 .11 1 _.:40111,As DL ,..) II:uti
V lo ‘orl oLAS LN
SUPLLIICIL. 1 :(50-90)/1000
LITRos grm.sALTos PRINCIPAL- M '1E EN LR rnniL ALIA, CU- 1:1I 10, pr R''",r'j BUEN IMANO. 'EU.,1UEDUld ,..,,
1 :(Vki - ,'.U411C00
LECHOS► C01.1 SALTOS Y CASCADO i.-., 1;'1., rOE LvCAS DE ellanw. DIII,NJOUS
I :(90 211C)/1222
LI-CoOr, CON DIDR1r:G DE nos x' 1„f„ ,ILNIps 1,,_ 1.hi,NDEI, ROCAS 1:—
. b itull
KIA.,,
DIIs 1U 1.
1 L 12 11 ., AhA
-V UMO1 - U ab EL , , .•v.
---
VALLE PLANO y LINPIO CON VV-GlIACION DE BAJA ALTURA, SIN UTILIZACION AGRICOLA.
VALLE ARADO Y SIN CULTI VOS CON PASTIZALES DE BAJA ALTU-RA.
VALLE PLANO OCUPADO POR CUL- TIVOS YA MADUROS, PASTOS, HIER2A .1E GRAN ALTURA Y i0C9- NLs SIN RAMAS; PEQUENA CANIT-DA:? DI MADRIViEJAS 1 MINUSCU-LAS CORRIENTES.
VALLE ANEGADIZO CUBIERTO 11- WlmENIE POR MATORRALES A1:4411 1 G KIR LA M - CORTADO DREV/LJA. ,
LO MISMO QUE EL ANTERIOR i _A-DIMAS CON PRESLNIIA DE tvt0- NES Y TALAS SODU ti. LEU10.
VALLE CUBIERTO POR NeTCRRALES DENSIDAD ALIA A PULA.
VALLE OCUPADO POR BOSQUE LAS RAM;:; DE CUYOS AR2OLLs SI RA-LLAM NE ENCIMA 111 NUL, VEh q.›."' VELSENUA DE M.IONEALLS 'DE aNGIDAD ALTA A MLDIA.
VALLE pulym pu rompa LUYAs EAM 1› U. EALLAM POR DE-U» DEL RAMA DEL AGUA.
VALLE TOTALMENTE CUBIERTO POR Vf.LIA1.1oN. Na DliiCIL DE MQ VISSE A TRAVLS DE U.
,