curva de calibracion de sedimentos rio choluteca estacion la ceiba
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POTAMOLOGIA
1 CURVA DE CALIBRACION DE SEDIMENTOS
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA Y RECURSOS HIDRAULICOS
CURVA DE CALIBRACION Y DURACION DE
SEDIMENTOS RIO CHOLUTECA, HONDURAS. EST. LA
CEIBA
CURSO: POTAMOLOGIA
PROFESOR: Msc. JUAN JOSE SANDOVAL
POR: ELVIN GEOVANY AGUILERA
GUATEMALA, 15 DE OCTUBRE DE 2009
POTAMOLOGIA
2 CURVA DE CALIBRACION DE SEDIMENTOS
INDICE
No Pág.
I.INTRODUCCION………………………………………………………... 3
II. OBJETIVOS …………………………………………………………… 3
III. CONTENIDO………………………………………………………….. 4
3.1 Curva de calibración de Caudales…………………………….. 4
3.2 Curva de Duración de caudales………………………………. 5
3.3 El principio de la curva de descarga de sedimentos………… 7
3.3.1 Uso de las curvas de descarga de sedimentos……………... 9
3.4 Comportamiento de los sedimentos de un rio a la
entrada en un embalse………………………………………….
9
IV. CONCLUSIONES…………………………………………………….. 12
V. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………… 13
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I. INTRODUCCION
El transporte de los sedimentos en un rio se realiza en solución y en
suspensión. Es importante conocer la cantidad de sólidos que son arrastrados
por la corriente máxime cuando se construirán aguas abajo obras de captación
como embalses pues servirá para determinar la factibilidad del proyecto. Una
de las formas de determinar el caudal solido es realizando muestreos durante
cierto período de tiempo obteniendo como resultado las concentraciones de la
sección transversal.
Con la finalidad de no estar realizando muestreos para batimetría se propuso la
utilización de las curvas de calibración de sedimentos para determinado rio a
través de mediciones realizadas durante un período de años, los resultados
obtenidos de caudal solido se grafican en función del caudal liquido obteniendo
la curva y la ecuación de la curva correspondiente. Teniendo la curva y la
ecuación correspondiente se puede determinar la concentración que esta
pasando en una sección del rio calibrado previamente con solo saber el caudal.
Es necesario también tener calibrado el rio (caudal vs altura), a través de
mediciones directas se determina la curva de descarga para el rio.
II. OBJETIVOS
2.1 General
-Aplicar la metodología del principio de curva de descarga y curva de duración
al Rio Choluteca
2.2 Específicos
-Conceptualizar la metodología de curva de calibración y duración de caudales
líquidos y curva de calibración de caudales sólidos.
-Elaborar curvas de calibración y duración de caudales líquidos y curva de
calibración de caudales sólidos.
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III. CONTENIDO
3.1 Curva de calibración de Caudales
La curva de descarga o de calibración es la representación de la relación entre
el caudal y el nivel de agua observado. En el caso de cauces naturales la
relación Q-H se calibra mediante mediciones directas de Q, usualmente con
molinete . La curva de descarga se obtiene, por lo general, mediante regresión.
La información necesaria para su deducción consiste en la serie suficiente de
aforos (caudal y nivel de agua respectiva), que se hayan realizado en la
estación de control. Para obtener una curva representativa de caudales tanto
medios como extremos (mínimos y máximos) es necesario realizar aforos para
un buen rango de variación de nivel de agua; es decir, realizar aforos en toda
época del año hidrológico.
Matemáticamente, la curva tiene la forma de:
Q = K(H - H0)n
Donde Q es el caudal cuando el nivel del río es H; K y n son parámetros de
ajuste y H0 es la elevación en el limnímetro cuando Q es cero (corrección de
nivel de referencia).
Grafico 1. Curva de calibración de caudal Rio Choluteca, Honduras
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Tabla 1. Datos de altura y caudal para calibración del rio Choluteca
La ecuación del grafico 1, fue encontrada aplicando el método de mínimos
cuadrados.
3.2 Curva de Duración de caudales
Una curva de duración representa el tiempo que duran los caudales expresada
en porcentaje, el tiempo requerido es normalmente un año, es necesario
entonces tener información necesaria, suficiente y confiable para poder graficar
y hacer los análisis respectivos.
Los mayores caudales registrados duran muy poco tiempo, a medida van
disminuyendo los caudales los tiempos de duración aumentan, por eso al
graficar obtenemos una curva decreciente.
La curva de duración de caudales es una herramienta muy importante en la
determinación del rendimiento anual de sedimentos o bien el rendimiento
promedio diario, ya que a través de la determinación de los distintos caudales
que se dan en un período determinado, normalmente un año, se puede para
cada intervalo de probabilidad de la curva de duración de caudales establecer
cual es la carga de sedimento correspondiente y la sumatoria de todos esos
aportes promedio nos dará la carga promedio de sedimentos diarios, de donde
sería fácil deducir la carga anual o bien la concentración media.
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Q m3/seg 0,9 3,2 12,4 17,10 24,08 30,48 40 50 68 81,8 121 150 164 189 213,4
H mt 0,3 0,41 0,55 0,64 0,66 0,69 0,76 0,78 0,86 0,86 0,98 1,01 1,09 1,1 1,2
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Grafico 2. Curva de duración de caudales Rio Choluteca año hidrológico 1995-1996
En la gráfica anterior, se puede apreciar la distribución de los caudales en el
tiempo expresado en porcentaje. Los máximos caudales registrados
representan solamente el 20% es decir que tienen poca duración y deberán
coincidir con los meses de máxima precipitación, luego el caudal permanece
casi constante con pequeñas disminuciones en el tiempo y que representa la
época de verano.
La curva anterior fue determinada con los datos del cuadro 2, utilizando la
segunda y tercer columna. Mediante la utilización de la curva de duración y la
ecuación de la curva de calibración de sedimentos (Qs=0.022Q1.924) obtenida en el
gráfico 3, se calcularon los caudales sólidos representados en la columna 4 del
cuadro 2.
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Intervalos Punto Caudal M3/Seg
Caudal solido ton/día
de tiempo medio interv. Qs=0.022Q1.924 0 - 1 0,5 299 1275
1,0 - 3,0 2 177 465
3,0 - 4,0 3,5 132 264
4,0 - 5,0 4,5 118 213
5,0 - 15,0 10 90 126,6
15,0 - 25,0 20 40,8 27,6
25,0 - 35,0 30 24,5 10,35
35,0 - 45,0 40 18,1 5,78
45,0 - 55,0 50 14,8 3,93
55,0 - 65,0 60 8,6 1,38
65,O - 75,0 70 5,54 0,59
75,0 - 85,0 80 2,06 0,08
85,0 - 95,0 90 0,9 0,02
95,0 - 100 98,5 0,8 0,014
Cuadro 2. Producción de sedimentos usando la curva de duración de caudales
y la curva de calibración de sedimentos
3.3 El principio de la curva de descarga de sedimentos La producción de sedimentos es la cantidad de sedimentos que llega a un
punto del río, procedente de la cuenca aguas arriba. Se mide en t año-1 o,
como producción de sedimentos específica, en t km-2año-1.
La relación entre el caudal líquido y el caudal de sólidos o mejor dicho el caudal
de sedimentos puede ser expresada mediante una curva. A esta curva se le
llama curva de descarga de sedimentos y es usada frecuentemente para la
determinación del caudal sólido, dado el caudal liquido y por consiguiente
poder determinar el transporte de sedimentos en un periodo de tiempo
requerido.
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Gráfico 3. Curva de calibración de caudal solido para el rio Choluteca, Honduras
Con dicha curva se relaciona generalmente la concentración de sedimentos C
con el caudal líquido Q, a partir de mediciones disponibles. La relación obtenida
se puede expresar gráficamente en diagramas con ambos ejes logarítmicos, y
se cuantifica habitualmente como una relación potencial de la forma:
Qs = a Qb
donde a y b son el coeficiente y el exponente, respectivamente, derivados
empíricamente, calculados mediante un análisis de regresión.
Gs es la carga de sedimentos en suspensión
Q es el caudal líquido asociado a Qs
La aplicación de la relación de descarga a un registro continuo de caudal
líquido para un período dado produce un registro continuo de valores de
concentración. La combinación de este último con el registro disponible de
caudales líquidos, proporciona un conjunto de valores de descarga de
sedimentos variable en el tiempo. Su integración para el período de tiempo
brinda la producción de sedimentos.
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Donde Qss es la descarga de sedimentos variable en el tiempo, T es el período y t es el tiempo. Una técnica alternativa resulta de combinar la relación obtenida para la
descarga de sedimentos con una curva de duración de caudales líquidos.
3.3.1 Uso de las curvas de descarga de sedimentos Las curvas de descarga de sedimentos deben ser utilizadas con precaución
debido a la dispersión asociada con ellas. La suposición implícita es que puede
establecerse una relación estable entre concentraciones y caudales líquidos la
que, a pesar de la dispersión que posee, permitirá determinar la producción
media de sedimentos sobre la base de los registros de caudales.
Las curvas de descarga de sedimentos no proporcionan estimaciones exactas
de la concentración instantánea. Sin embargo, cuando se las aplica para
estimar la producción de sedimentos media anual (o incluso media mensual),
los errores en la relación tenderán a compensarse, y el resultado obtenido será
razonablemente satisfactorio si se utiliza un registro de datos suficientemente
extenso.
Además, brindarán una mayor precisión si son aplicadas a cuencas pequeñas y
relativamente homogéneas. Para un único sitio pueden llegar a ser necesarias
múltiples relaciones para distintas estaciones o condiciones (por ejemplo,
estados de crecida y de estiaje, verano e invierno, caudales bajos o elevados)
3.4 Comportamiento de los sedimentos de un rio a la entrada en un
embalse
Por efectos de la intensidad de la lluvia y por el estado del suelo al momento de
la misma se produce la erosión de los suelos que llegan hacia los ríos en las
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mismas corrientes producidas. Si aguas abajo existen obras de retención como
ser embalses, con el devenir del tiempo este se azolvará disminuyendo el
potencial de producción para el uso destinado (Riego, generación de energía,
agua potable).
Figura 1. Origen de la erosión adaptada de Jesús García
Por efecto de los diferentes estratos del agua en el lago y las diferencias de
temperatura donde en la superficie la temperatura es mayor y a medida
desciende en distancia en el perfil la temperatura desciende. Por esta razón el
caudal liquido entrante no se mezcla con el agua del embalse y avanza
juntamente con los sedimentos vía fondo del embalse y por perdida de
velocidad del agua ocurre la sedimentación de sólidos. La distribución del
sedimento en los embalses se ve afectada por la operación de los mismos, su
forma, acción de las olas y su capacidad en relación con el módulo del río. El
sedimento se depositará primero en la parte superior del embalse y cerca del
nivel del agua en el momento del máximo influjo de sedimentos. Así, la parte
superior del volumen de embalse, normalmente destinada a control de
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crecidas, irrigación o energía, es la que primero sufre el efecto de la
sedimentación.
Figura 3. Posición de los sedimentos en el tiempo
La agradación de embalses consiste en que una gran parte de los sólidos
transportados por la corriente deposita en el embalse y causa la disminución de
su volumen de almacenamiento. La pérdida de volumen útil de los embalses es
un fenómeno natural, que se desarrolla en el tiempo y que en determinadas
circunstancias puede acelerarse. A esto debe añadirse que la deposición de
sólidos puede ser de tales características que produzca la obstrucción de las
tomas, lo que crearía un grave problema, aun sin pérdida significativa de
volumen de almacenamiento.
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Figura 2. Comportamiento de los sedimentos en un embalse
IV. CONCLUSIONES
La importancia de las curvas de descarga radica en la facilidad de
obtener los caudales que pasan por la sección transversal de un rio con
solo determinar la altura.
La curva de duración es una herramienta para determinar el rendimiento
anual, diario o para un intervalo de tiempo.
La curva de descarga de sedimentos es una relación entre el caudal
líquido y el caudal sólido. Sirve para determinar el transporte de
sedimentos y las respectivas concentraciones a partir de mediciones de
caudal líquido.
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V. BIBLIOGRAFIA
Bathurst, J.C. 2004. Medición del transporte de sedimentos y curvas de
descarga de sedimentos. Universidad de Newcastle. Reino Unido. 20 pág.
Encontrada en: www.ceg.ncl.ac.uk
Contreras, C.J. y Romero, R. 1999. Procesamiento y la calidad de la
Información Hidrológica Básica. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
ambientales. Bogotá, Colombia. 55 Pág. Encontrado en:
www.ideam.gov.co/temas/guiaagua/Anexo%208.pdf
Farias, H., Borsellino, M. y Pilán M. 2003. Técnicas para la Estimación de la
Producción de Sedimentos en Cuencas con Escasos Datos Hidrológicos.
Universidad Nacional de CATAMARCA, Argentina.18 pág.
Encontrada en: www.editorial.unca.edu.ar
Garcia, J. Sf. Sedimentacion en embalses. Pdf. Encontrado en:
www.imta.gob.mx/eventos/.../Dr_Jesus_Gracia_Sed_Emb.pdf
Sandoval, J.J. 1991. Métodos para el cálculo de sedimentos medidos y su
aplicación a la planta hidroeléctrica de Chixoy. Tesis Maestría. Guatemala. 104
Pág.
Universidad Nacional de Colombia. 2007. Estudio de sedimentos en el canal de
la cuenca Del Dique y su efecto en la bahía de Cartagena. Informe CD.
Colombia. 97 Pág.