MANUAL DE PROCEDIMIENTOS HIDROMETRICOS

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1 CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DEL VALLE DEL CAUCA CARACTERIZACION Y MODELACION MATEMATICA DEL RIO CAUCA - PMC FASE II Convenio Interadministrativo 0168 de Noviembre 27 de 2002 MANUAL DE PROCEDIMIENTOS HIDROMETRICOS VOLUMEN XIII UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA DE RECURSOS NATURALES Y DEL AMBIENTE Santiago de Cali, mayo de 2005 E I D E N A R

2 CORPORACION AUTONOMA REGIONAL DEL VALLE DEL CAUCA SUBDIRECCION DE CONOCIMIENTO AMBIENTAL TERRITORIAL Convenio Interadministrativo 0168 de Noviembre 27 de 2002 entre la CVC y la PROYECTO DE MODELACION DEL RIO CAUCA PMC FASE II MANUAL DE PROCEDIMIENTOS HIDROMÉTRICOS VOLUMEN XIII UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA DE RECURSOS NATURALES Y DEL AMBIENTE Santiago de Cali, Mayo De 2005

3 El presente documento fue realizado en desarrollo del Proyecto de Modelación Matemática del Río Cauca, Proyecto PMC Fase II, dentro del Convenio Interadministrativo 0168 de Noviembre 27 de 2002 suscrito entre la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca CVC y la. Este informe fue elaborado por la Escuela de Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente de la Facultad de Ingeniería de la. Participaron en el desarrollo del informe los siguientes profesionales: Ing. Carlos Alberto Ramírez Callejas Ing. José Luis García Vélez Ing. Yesid Carvajal E. Ing. Oscar Ramírez Benjumea Ing. Ricardo A Bocanegra V. Ing. Juan Carlos Loaiza Quintero Ing. Juan Carlos Escobar Director del Proyecto Subdirector del Proyecto Ingeniero del Grupo de Hidrodinámica Ingeniero del Grupo de Hidrodinámica Ingeniero del Grupo de Hidrodinámica Ingeniero del Grupo de Hidrodinámica Ingeniero del Grupo de Hidrodinámica Personal Auxiliar: Participaron durante la elaboración del presente informe los siguientes estudiantes de último semestre de Ingeniería: Ángela Cabal, Laura Duarte, Jhon Alexander Prada O, Diego Parra Debe destacarse la colaboración de los profesionales y técnicos de la CVC quienes participaron durante el desarrollo del mismo, desde el suministro de información hasta la revisión y ajuste del informe final. El Comité de Seguimiento de CVC estuvo integrado principalmente por: Ing. María Clemencia Sandoval Ing. José Antonio Sierra Ing. Omar Azcúntar Ing. Luisa Marina Baena Ing. Amparo Duque Ing. José Alberto Riascos Ing. Héctor Fabio Aristizábal Ing. Claudia Yiselly Soto Ing. Mary Loly Bastidas Coordinadora General Asesor Técnico Asesor Técnico Asesor Técnico Asesor Técnico Asesor Técnico Asesor Técnico Asesor Técnico Ingeniera Interventora CVC Los técnicos operativos Tec. Arturo Guerrero Tec. Albeiro Rojas Tec. Ersaín Velasco Tec. Heyner Agudelo Tec. Henry Marín Tec. Felipe Bonilla Tec. Cesar Rivas

4 Contenido CONTENIDO Pág. 1 INTRODUCCION ASPECTOS GENERALES DE LOS PROCEDIMIENTOS HIDROMETRICOS DEFINICION DE AFORO Aforo Líquido Aforo Sólido REQUERIMIENTOS PARA LA SELECCION DE LA SECCION DE AFORO DEMARCACION DE LA SECCION DE AFORO SELECCIONADA ESTACIONES HIDROMETRICAS Tipo de Medición Tipo de Instrumentación Frecuencia de Operación EQUIPOS DE MEDICION Medidores de la Velocidad del Agua Contadores Limnímetros Limnígrafos Malacates Equipos para Medición del Ancho Equipos de Telemetría TIPOS DE AFORO Aforo por Suspensión Aforo por Vadeo Aforo por Flotadores Aforo Volumétrico Aforo por el Método de Dilución Aforo con Bote en Movimiento 2.13

5 Contenido Aforo desde Bote Estático Aforo Mediante Estructuras Hidráulicas Aforo Mediante Vertedero Aforo Mediante Canaletas PARAMETROS BASICOS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE AFORO Número de Verticales Ancho Profundidad VELOCIDAD MEDIA EN LA VERTICAL Método de Distribución de Velocidad Método de Puntos Reducidos Método de un Punto Método de Dos Puntos Método de Tres Puntos Método de Cinco Puntos Método de Seis Puntos Método de Integración Método Superficial Errores en la Determinación de la Velocidad Media PROCEDIMIENTOS DE AFOROS LIQUIDOS AFORO POR SUSPENSION AFORO POR VADEO AFORO POR FLOTADORES AFORO MEDIANTE ESTRUCTURAS HIDRAULICAS PROCEDIMIENTOS DE AFOROS SOLIDOS METODOS DE AFORO DE LA CARGA TOTAL EN SUSPENSION Muestreo puntual Muestreo integrado MEDICION DEL TRANSPORTE O CARGA DE FONDO CARACTERIZACION DEL MATERIAL DEL LECHO 4.5

6 Contenido Muestreo Denso Muestreo en Estaciones Hidrométricas MEDICION DE LA PENDIENTE HIDRAULICA CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE BATIMETRIAS EJECUCION DE BATIMETRIA CON INSTRUMENTOS TRADICIONALES EJECUCION DE BATIMETRIA CON INSTRUMENTOS DE ULTIMA TECNOLOGIA ASPECTOS DE SEGURIDAD EN LOS PROCEDIMIENTOS HIDROMETRICOS PRECAUCIONES CUANDO SE TRABAJA DESDE PUENTES Riesgos debidos al Tráfico de Vehículos Riesgos debidos al Equipo Suspendido PRECAUCIONES DURANTE EL VADEO Evaluación de la Situación Uso de Chalecos Salvavidas Líneas de Seguridad y Líneas Indicadoras Técnica de Vadeo En caso de Accidente Responsabilidad PRECAUCIONES CUANDO SE UTILIZA UNA TARABITA OTROS RIESGOS ASPECTOS GENERALES A CONSIDERAR EN LOS PROCEDIMIENTOS HIDROMETRICOS DESCRIPCION DEL SECTOR Y LA SECCION TRANSVERSAL DE CADA UNA DE LAS ESTACIONES HIDROMETRICAS ESTACION PAN DE AZÚCAR ESTACION SUÁREZ ESTACION LA BALSA ESTACION TABLANCA 9.5

7 Contenido 9.5 ESTACION LA BOLSA ESTACION HORMIGUERO ESTACION JUANCHITO ESTACION PASO DE LA TORRE ESTACION MEDIACANOA ESTACION GUAYABAL ESTACION LA VICTORIA ESTACION ANACARO RECOMENDACIONES ASPECTOS RELACIONADOS CON LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION 10.2 ASPECTOS RELACIONADOS CON LOS PROCEDIMIENTOS DE CAMPO 10.3 OTRAS RECOMENDACIONES LISTADO DE CUADROS LISTADO DE FIGURAS LISTADO DE FOTOGRAFIAS BIBLIOGRAFIA GLOSARIO ANEXO No. 1 FORMATOS DE REGISTRO DE DATOS A1.1 ANEXO No. 2 CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL MANTENIMIENTO DE ESTACIONES HIDROMETRICAS A2.1 ANEXO No. 3 METODOS GRAFICOS PARA EL CALCULO DEL CAUDAL LIQUIDO A3.1

8 Contenido ANEXO No. 4 EJEMPLO DE CALCULO DEL CAUDAL MEDIANTE UN VERTEDERO A4.1 ANEXO No. 5 TABLAS MUESTREADORES INTEGRADORES A5.1 ANEXO No. 6 APROXIMACION AL CALCULO DEL ERROR EN LA DETERMINACION DEL CAUDAL EN LAS ESTACIONES HIDROMETRICAS DEL RIO CAUCA A6.1

9 Listado de Cuadros LISTADO DE CUADROS Capítulo 2 Pág. Cuadro No. 2.1 Número de Verticales en función del Ancho del Canal 2.22 Capítulo 3 Cuadro No. 3.1 Factores de Corrección A y B para valores dados del Ángulo Vertical ϕ 3.10 Cuadro No. 3.2 Valores de la constante C (m) 3.11 Cuadro No 3.3 Valores del Coeficiente de Corrección de la Velocidad Media para el Método de Flotador 3.18 Capítulo 10 Cuadro No Normas vs Procedimientos CVC. Recomendaciones 10.3

10 Listado de Figuras LISTADO DE FIGURAS Capítulo 2 Pág. Figura No. 2.1 Representación aforo por bote en movimiento 2.14 Figura No. 2.2 Representación de velocidades 2.14 Figura No. 2.3 Determinación de la posición en la sección transversal. Método de la estadía 2.17 Figura No. 2.4 Determinación de la posición en la sección transversal. Método angular 2.17 Figura No. 2.5 Tipos de vertederos 2.20 Figura No. 2.6 Planta y sección longitudinal de una canaleta Parshall 2.21 Capítulo 3 Figura No. 3.1 Cálculo del caudal y nivel medio del agua cuando la fluctuación del nivel del agua es superior de 5 cm o menor del 5% de la profundidad media 3.3 Figura No. 3.2 Nivel de fondo real y calculado para una sección transversal 3.4 Figura No. 3.3 Representación de las abscisas en las que se encuentra el nivel del agua en las márgenes de un cauce 3.6 Figura No. 3.4 Relación entre la profundidad de Flujo Real, PF y la profundidad no corregida, PT 3.9 Figura No. 3.5 Método de la sección media para el cálculo del caudal 3.12 Figura No. 3.6 Método de la semisección para el cálculo del caudal 3.13 Figura No. 3.7 Perfilómetro para medición de secciones transversales 3.18 Figura No. 3.8 Selección del tramo para instalación de una estructura 3.20 Figura No. 3.9 Instalación de un vertedero en una corriente 3.20 Figura No Instalación de la reglilla de medición 3.21 Figura No Ejecución de un aforo mediante estructuras 3.22 Capítulo 4 Figura No. 4.1 Muestreador integrador en profundidad de sedimento en suspensión tipo USDH

11 Listado de Figuras Figura No. 4.2 Muestreador integrador en profundidad de sedimento en suspensión tipo USDH Figura No. 4.3 Rótulo para identificación de muestras 4.8 Capítulo 5 Figura No. 5.1 Ubicación de los limnímetros para la medición de la pendiente hidráulica 5.1 Figura No. 5.2 Medición de la pendiente hidráulica en una corriente 5.2 Figura No. 5.3 Diferencia de nivel entre dos limnímetros 5.3 Capítulo 6 Figura No. 6.1 Ubicación en planta de secciones transversales y poligonales de apoyo 6.3 Figura No. 6.2 Esquema de isóbatas en planta y en 3D 6.5 Capítulo 7 Figura No. 7.1 Esquema de canastilla de tarabita de movimiento horizontal 7.4 Capítulo 10 Figura No Sección transversal calculada con el nivel en cada vertical 10.8

12 Listado de Fotos LISTADO DE FOTOS Capítulo 2 Pág. Foto No. 2.1 Molinete de eje horizontal acoplado a varilla de soporte para aforo por vadeo 2.6 Foto No. 2.2 Contador de revoluciones 2.6 Foto No. 2.3 Limnímetro Estación Pan de Azúcar, Río Cauca 2.7 Foto No. 2.4 Limnígrafo marca Stevens de larga duración, Estación Suárez, Río Cauca 2.8 Foto No. 2.5 Malacate para operación del molinete y medición de profundidades 2.8 Foto No. 2.6 Aforo desde tarabita, Estación Tablanca, Río Cauca 2.10 Foto No. 2.7 Molinete y lastre acoplados 2.11 Foto No. 2.8 Aforo por vadeo en el Río Jamundí, Valle del Cauca 2.11 Foto No. 2.9 Aforo desde bote estático 2.16 Foto No Aforo mediante vertedero 2.19 Capítulo 3 Foto No. 3.1 Río con niveles y caudales altos 3.1 Foto No. 3.2 Limnímetro Estación La Victoria, Río Cauca 3.2 Foto No. 3.3 Armado del equipo hidrométrico 3.4 Foto No. 3.4 Representación de la línea de aire 3.5 Foto No. 3.5 Medición de la altura de suspensión 3.6 Foto No. 3.6 Transportador para medir ángulo de arrastre 3.7 Foto No. 3.7 Medición del ángulo de arrastre en la Estacón Suárez Río Cauca 3.9 Foto No. 3.8 Medición del ancho de un río 3.14 Foto No. 3.9 Punto fijo de amarre de la cinta métrica 3.15 Foto No Traslado del equipo hidrométrico 3.16 Foto No Medición de velocidades 3.16 Capítulo 4 Foto No. 4.1 Draga Pettersen 4.6 Foto No. 4.2 Tubo Cilíndrico de Boca Cónica 4.6

13 Listado de Fotos Foto No. 4.3 Extracción de muestra con la draga Pettersen 4.7 Foto No. 4.4 Identificación de muestras 4.7 Foto No. 4.5 Empaque de muestras 4.7 Foto No. 4.6 Muestreo con draga tipo Pettersen desde puente 4.8 Foto No. 4.7 Muestreo con tubo cilíndrico de boca cónica desde orilla 4.9 Capítulo 6 Foto No. 6.1 Mediciones en zona húmeda con instrumentos topográficos 6.2 Foto No. 6.2 Ubicación de equipos en el bote 6.4 Capítulo 7 Foto No. 7.1 Riesgo debido al tránsito de vehículos en estación de aforo 7.1 Foto No. 7.2 Inspección del río previa a la ejecución de un aforo por vadeo 7.3 Foto No. 7.3 Mecanismo de desplazamiento de una tarabita 7.5

14 CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN

15 Capítulo 1, Introducción 1 INTRODUCCIÓN La hidrometría es la parte de la hidrología que se encarga de tomar y proveer datos relacionados con la distribución espacial y temporal del agua sobre la tierra. Esta información es un insumo fundamental para proyectos de planeamiento y manejo de los recursos hídricos, para los cuales es de vital importancia conocer las variaciones hidráulicas (caudales, niveles, velocidades, etc.) de cada una de las corrientes y cuerpos de agua. La calidad de los análisis hidrológicos depende de la calidad de los datos obtenidos por medio de los procedimientos de medición llevados a cabo en las estaciones hidrométricas y de su procesamiento inicial. Por lo tanto, es necesario normalizar estos procedimientos con el propósito de minimizar los errores que puedan presentarse. La Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca, CVC, viene realizando desde hace más de 40 años programas hidrométricos que han permitido generar una base de datos importante de niveles y caudales de las diferentes corrientes de la región. Considerando que es necesario revisar y actualizar periódicamente los diferentes procedimientos hidrométricos de campo, con el fin de ajustarlos a la normatividad y los estándares de calidad más recientes propuestos por organismos internacionales como la Organización Meteorológica Mundial (OMM) y nacionales como el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), se ha elaborado el presente manual. El objetivo fundamental es brindar los conceptos y procedimientos básicos para la realización de aforos líquidos de tal manera que estos se encuentren ajustados a la normatividad nacional e internacional existente. También se incluyen los aspectos básicos de los procedimientos de campo para la medición de otros parámetros tales como el transporte o carga total en suspensión, la batimetría del fondo del cauce y la pendiente hidráulica de un río. El manual está dirigido a personal operativo de campo y oficina encargado de llevar a cabo el procesamiento inicial de la información. Se hace especial énfasis en la determinación del caudal por el método área velocidad, debido a que es el método comúnmente empleado por el personal de la CVC. El Capítulo 2 de este manual presenta los aspectos generales de las mediciones hidrométricas relacionados con tipos de aforo, selección del sitio para la ubicación de estaciones de medición, tipos de estaciones, equipos de medición, métodos de determinación de velocidades medias y cálculo del caudal, etc. Los procedimientos de campo para la ejecución de los aforos líquidos y el cálculo del caudal por los métodos de suspensión, vadeo, flotadores y estructuras hidráulicas se describen en el Capítulo 3. Los métodos de aforo del transporte total de sedimentos en suspensión, sedimentos de lecho y muestreo del material de fondo se tratan en el Capítulo 4. El Capítulo 5 presenta el procedimiento para la obtención de la pendiente hidráulica de una corriente. 1.1

16 Capítulo 1, Introducción En el Capítulo 6 se indican algunas consideraciones generales sobre la realización de batimetrías. El Capítulo 7 brinda recomendaciones generales relacionadas con los aspectos de seguridad que se deben tener en cuenta cuando se realizan procedimientos hidrométricos. Las recomendaciones generales sobre operación de equipos y procedimientos se hacen en el Capítulo 8. En el Capítulo 9 se hace una descripción de los sectores y secciones transversales de aforo en las estaciones hidrométricas y de las condiciones locales que afectan la medición del caudal. En el Capítulo 10 se presentan sugerencias para ajustar algunos de los procedimientos implementados por CVC a las normas vigentes. Con el propósito de facilitar al lector la comprensión del manual se incluyen anexos que explican algunos conceptos involucrados y se presenta un glosario de términos. 1.2

17 CAPITULO 2 ASPECTOS GENERALES DE LOS PROCEDIMIENTOS HIDROMÉTRICOS

18 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos 2 ASPECTOS GENERALES DE LOS PROCEDIMIENTOS HIDROMETRICOS La base sobre la cual se apoyan los estudios para el manejo y aprovechamiento de los recursos hídricos son las mediciones de cada una de las variables que involucra el ciclo hidrológico. Cualquiera que sea el método de análisis su precisión se verá limitada por dichas mediciones. Son muchos los factores que pueden originar inexactitudes en una medición hidrométrica; por esto, para la recolección de esta información se requiere del concurso de técnicos capacitados en cada uno de los diferentes procesos y actividades que forman parte del amplio campo de la hidrología, la cual comprende ramas como la hidrometeorología, hidrometría y sedimentología. En cada una de ellas son numerosas las labores que deben ejecutarse para producir, al final, la información hidrométrica veraz, adecuada, confiable y oportuna. La mayor parte de la información hidrológica directa se obtiene en puntos de observación y medición, ubicados en ríos y/o cuerpos de agua, denominados estaciones hidrométricas, el conjunto de estos puntos constituye una red. En las estaciones hidrométricas se toma información del cuerpo de agua relativa a nivel, caudal y sedimentos. Para las mediciones del nivel del agua se utilizan dos tipos de instrumentos: los de lectura directa (mira limnimétrica, limnicontacto y maxímetro) y los registradores continuos (limnígrafos). Para la medición de las velocidades de las corrientes se emplean los correntómetros o molinetes que peden ser de eje vertical u horizontal; en ciertos casos se usan flotadores y trazadores como sales, colorantes y radioisótopos, entre otros. Durante la ejecución de los aforos (líquidos o sólidos) se utilizan diversos equipos y accesorios, como malacates, varillas de vadeo, contadores, escandallos o tocadores de fondo, muestreadores de sedimentos, molinetes, además de los instrumentos específicos de topografía. 2.1 DEFINICION DE AFORO Aforo Líquido Es un procedimiento que consiste en realizar una serie de mediciones en campo que permiten posteriormente calcular el caudal de una corriente. Este caudal debe estar asociado a un nivel del agua. El caudal puede medirse por diferentes métodos. La elección del método de aforo depende de las condiciones específicas de cada sitio; la mayoría de estos métodos están basados en la medición de la velocidad y el área en una sección transversal determinada. Generalmente se efectúan aforos periódicos para determinar la relación entre el nivel del agua y el caudal en la estación hidrométrica, con estos datos se construye la curva de gastos o curva de calibración nivel de agua caudal con la cual es posible determinar el flujo cuando sólo se cuenta con el dato de nivel. 2.1

19 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Se define el caudal como el volumen de agua que pasa a través de una sección transversal de una corriente en la unidad de tiempo; generalmente se expresa en metros cúbicos por segundo (m 3 /s) o litros por segundo (l/s) Aforo Sólido 0El aforo sólido es el procedimiento de campo que permite determinar la cantidad de sedimentos en suspensión, asociados a un caudal líquido, que transporta una corriente en un instante determinado. Los sedimentos son transportados por las corrientes de agua de diferentes maneras. Las partículas granulares que constituyen el sedimento se pueden trasladar por saltos, rodadura, deslizamiento sobre el fondo o cerca de él o pueden ser arrastrados fuera de su lugar y quedar en suspensión. El tipo de movimiento experimentado por las partículas depende de las características físicas (tamaño, forma, peso específico, etc.), de la composición granular del sedimento y de las condiciones de la corriente (velocidad, profundidad, pendiente de las superficies, etc.). Las diferentes fases del transporte de sedimentos ocurren simultáneamente en las corrientes naturales y no hay una separación neta entre ellas. Por conveniencia, el caudal de sedimento se divide en dos categorías: caudal o transporte de sedimentos en suspensión y caudal o transporte de sedimentos de fondo. Este último consiste en el salto, rodamiento o deslizamiento de las partículas en el lecho o cerca de él. Numerosas mediciones de los caudales líquidos y sólidos sirven para la obtención de relaciones entre estas dos variables, de tal manera que se pueda estimar el peso de los sedimentos que por unidad de tiempo puede estar transportando el cuerpo de agua. El caudal sólido se puede expresar en las mismas unidades que el caudal líquido o en unidades de masa por unidad de tiempo: kilogramos por segundo (kg/s), toneladas por mes (ton/mes), toneladas por año (ton/año), etc. 2.2 REQUERIMIENTOS PARA LA SELECCION DE LA SECCION DE AFORO El sitio seleccionado para efectuar los aforos deberá cumplir, tanto como sea posible, con los siguientes requerimientos: a) El canal en el sitio de medición debe ser recto y tener sección transversal uniforme y una pendiente que minimice las distribuciones anormales de velocidad. Nota: cuando la longitud del tramo recto del río es limitada, para hacer las mediciones con molinetes u otros métodos de determinación de velocidad se debe ubicar la sección de tal manera que la longitud aguas arriba sea por lo menos dos veces la de aguas abajo. b) Las direcciones de flujo para todos los puntos en cualquier vertical a través del ancho del cauce deben ser paralelas unas a otras y perpendiculares a la sección transversal. Los sitios que presenten vórtices, flujo reversible o zonas muertas deben ser rechazados. 2.2

20 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos c) El lecho y las márgenes del río deben ser estables y bien definidas para todas las condiciones del flujo, de tal manera que se pueda hacer una medición precisa del área de la sección transversal. d) Las curvas de distribución de velocidades deben ser regulares en los planos verticales y horizontales de medición. e) Las condiciones de la sección y de su entorno no deben ocasionar cambios en la distribución de la velocidad durante la medición. f) La sección de medición debe ser claramente visible a través del ancho y no debe presentar obstrucciones como árboles, plantas acuáticas u otros. Cuando se afora desde un puente con varios estribos que dividen la sección transversal cada subsección del canal debe ser tratada individualmente. g) La profundidad del agua en la sección debe ser suficiente para proveer una inmersión efectiva del molinete en cualquier punto en que se mida. h) El sitio debe tener fácil acceso en todo momento y contar con los equipos necesarios de medición. i) La sección debe estar ubicada lejos de estaciones de bombeo y vertimientos. Si éstos operan durante las mediciones, probablemente crearán condiciones inconsistentes con la relación natural Nivel Caudal que se tiene para la estación. j) Los sitios donde hay convergencia o divergencia de flujo deben descartarse. k) En donde sea necesario hacer mediciones en cercanías de un puente, es preferible que el sitio de aforo esté ubicado aguas arriba del mismo. l) En ciertas ocasiones es necesario verificar datos haciendo aforos en secciones diferentes a la seleccionada para la estación. Esto se puede hacer siempre y cuando no haya cambios sustanciales por pérdidas o ganancias de caudal ocasionados por intervenciones y cuando las mediciones se relacionen con los niveles registrados en la sección principal. Nota: si el sitio ha sido estabilizado para una estación permanente o para ser usado en futuras mediciones, debe estar provisto de medios para demarcación de la sección transversal y para determinación de los niveles, de tal forma que sea fácilmente identificable en otras mediciones y los datos tomados sean comparables con datos anteriores. 2.3 DEMARCACION DE LA SECCION DE AFORO SELECCIONADA Cuando se ha seleccionado una sección idónea para el aforo y sobre ésta se inicie un programa de medición periódico, bien sea permanente o transitorio, la sección se debe demarcar así: 2.3

21 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos a) Debe definirse en las dos bancas con marcas claramente visibles y fácilmente identificables la posición de la sección transversal, normal a la dirección de flujo. b) Los niveles durante la medición deben leerse en una mira (limnímetro), cuyo dátum o cero debe estar asociado a un sistema de referencia común a nivel nacional o regional (sistema altimétrico del IGAC). c) Cuando se considere que existen diferencias de nivel de agua que sean importantes entre las dos bancas del río, debe instalarse una referencia auxiliar en la banca opuesta. Esto toma importancia particular en el caso de ríos muy anchos. 2.4 ESTACIONES HIDROMETRICAS Una estación hidrométrica es un lugar fijo en una sección transversal del río donde se realiza un conjunto de operaciones que permiten determinar el caudal que fluye en un tiempo determinado. Las estaciones hidrométricas se pueden clasificar de acuerdo con: El tipo de mediciones hidrométricas El tipo de instrumentación La frecuencia de operación Tipo de Medición - Registro de nivel de agua: son aquellas estaciones en las cuales sólo se toman datos de nivel de agua y no se realizan aforos, por lo tanto no es posible definir una curva de calibración Nivel Caudal. La frecuencia de medición en ellas depende de las necesidades de información. En el Valle del Cauca se realizan tres lecturas diarias de nivel de agua (6:00, 12:00, 18:00) (ver Anexo No. 1, Formatos para la toma de datos hidrométricos empleados por la CVC). - Registro de nivel y caudal: en este tipo de estaciones, adicional a la frecuencia de lecturas diarias de nivel, se realizan mediciones de las descargas asociadas a su respectivo nivel de agua instantáneo. Con estos pares de datos se va construyendo y/o actualizando la relación Nivel Caudal para la estación Tipo de Instrumentación - Manuales: son estaciones en las cuales la medición o lectura la realiza de forma directa la persona encargada, mediante el respectivo registro en los formatos destinados para ello; la frecuencia de medición está preestablecida, bien sea para datos diarios, horarios, así como, para intervalos de tiempo en el día. 2.4

22 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos - Automáticas: son estaciones que cuentan con equipos de registro continuo como limnígrafos. Estos son instrumentos que permiten obtener datos del nivel del agua con una frecuencia alta. Este tipo de estaciones se clasifican en dos grupos: Con registro análogo: en donde los mecanismos que se encargan de transmitir el nivel del agua desde el pozo de aquietamiento al registrador lo hacen de forma gráfica, es decir, se imprimen en una banda de papel. Con registro digital: en donde, además de contar con el registro análogo, se tienen equipos que convierten el nivel transmitido por los mecanismos en una señal digital que puede ser almacenada y en algunos casos transmitida a un centro de control lejos de la estación. Estas se denominan estaciones telemétricas Frecuencia de Operación Anuales: son aquellas estaciones que por su difícil acceso no permiten una frecuencia mayor de operación; por lo tanto, deben tener equipos especiales que permitan hacer un registro continuo durante un período hidrológico largo. Estacionales: son aquellas en las que su operación tiene en cuenta la recolección de información para un período específico de tiempo, en el cual se considera importante obtener los datos; estos períodos pueden asociarse al registro de caudales extremos (máximos o mínimos). Mixtas: son estaciones en las cuales su operación se hace de manera continua y con una frecuencia específica en la cual se pueden medir datos extremos, bien sea máximos o mínimos, de manera aleatoria y en donde la mayoría de las mediciones corresponde a situaciones promedias. En el Anexo No. 2 se indican algunas consideraciones generales sobre mantenimiento de estaciones hidrométricas. 2.5 EQUIPOS DE MEDICION Los parámetros básicos a determinar cuando se ejecuta un aforo líquido (exceptuando los métodos de aforo por trazadores y volumétrico) son la profundidad y la velocidad de flujo en las verticales, el nivel del agua y el ancho de la sección transversal. La medición de estas variables se lleva a cabo mediante instrumentos apropiados, los cuales se seleccionan según el método de aforo empleado. A continuación se describen este tipo de instrumentos Medidores de la Velocidad del Agua La medición de la velocidad del agua (para los métodos de vadeo y suspensión) se hace utilizando un equipo denominado molinete o correntómetro (Foto No. 2.1). Los molinetes más 2.5

23 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos empleados son el de cazoletas (con eje vertical) y el de hélice (de eje horizontal). Las revoluciones efectuadas por la hélice del molinete se registran en un contador. Los molinetes se calibran para un rango de velocidades dado. La relación entre la velocidad del flujo y la velocidad del rotor se expresa, por lo general, en revoluciones por segundo (rev/s). Foto No. 2.1 Molinete de Eje Horizontal acoplado a varilla de soporte para Aforo por Vadeo Contadores Son equipos que se encargan de registrar el número de revoluciones dadas por la hélice de un molinete en un tiempo determinado cuando se va a calcular velocidad de flujo en una corriente (Foto No. 2.2). El contador por cada giro de la hélice recibe un impulso eléctrico y lo convierte en una señal análoga o digital, permitiendo así establecer el número de revoluciones. Foto No. 2.2 Contador de revoluciones 2.6

24 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Limnímetros El nivel del agua en una estación se registra por medio de una mira o limnímetro (Foto No.2.3), el cual consiste en una regla graduada que permite determinar la observación de las fluctuaciones de los niveles del cuerpo de agua. Se ubica en un punto fijo sobre la sección transversal y permanece en contacto con la corriente. Cuando el talud de la sección transversal es muy tendido (de pendiente muy baja) y el nivel del agua en el cauce puede presentar grandes variaciones se suele instalar una serie de limnímetros, cada uno de los cuales permitirán registrar diferentes rangos de variación de esta variable Limnígrafos Foto No. 2.3 Limnímetro Estación Pan de Azúcar, Río Cauca En lugares en donde el nivel de agua cambia con mucha frecuencia es necesario instalar equipos especiales de registro continuo llamados limnígrafos (Foto No. 2.4) por medio de los cuales es posible obtener datos del nivel del agua en función del tiempo con una alta frecuencia. Estos equipos están compuestos fundamentalmente por 3 dispositivos: el primero corresponde al elemento sensible (flotador y contrapeso o manómetro), el segundo es el sistema que traduce a escala y registra los niveles del agua (eje helicoidal, poleas de escala y sistema inscriptor y de registro), y el tercero, basado en un mecanismo de relojería, alimentado mecánicamente (cuerda) o por medio de baterías (pilas de 6V), que proporciona una escala de tiempo Malacates Para la manipulación del conjunto molinete-lastre en los aforos que se realizan por suspensión es necesario contar con un equipo (malacate) que facilite su manejo teniendo en cuenta que éste normalmente es pesado (entre 30 y 75 lb.) (Foto No. 2.5). Los malacates, además de permitir manipular grandes pesos con relativa facilidad, están provistos de mecanismos 2.7

25 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos especiales (contador) para registrar la longitud desplegada del cable y de esta manera obtener la medición de la altura de suspensión y la profundidad de la corriente. Foto No. 2.4 Limnígrafo marca Stevens de larga duración, Estación Suárez, Río Cauca Foto No. 2.5 Malacate para Operación del Molinete y Medición de Profundidades Equipos para Medición del Ancho El ancho de la sección transversal húmeda se mide utilizando una cinta métrica convencional (cuando las condiciones así lo permiten) o equipos topográficos. En estaciones de medición preestablecidas, el ancho se determina mediante el abscisado existente, el cual se encuentra referenciado o marcado sobre la estructura (bien sea puente o tarabita). 2.8

26 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Equipos de Telemetría Los equipos de telemetría consisten de tres elementos: un instrumento de detección sobre el terreno, un medio de comunicación, como el teléfono o enlaces de radiocomunicación, y las estaciones de recepción. El equipo de detección sobre el terreno puede ser un registrador de datos de varios parámetros, con un subsistema de almacenamiento y control. El registrador debe interactuar con otros factores exteriores, como el sistema de suministro de energía eléctrica, el ambiente hidrológico propiamente dicho, la pantalla de visualización de datos y los operadores que dan inicio o ponen en funcionamiento de rutina el equipo. La función de un equipo de medición hidrológica es captar una señal específica del agua y convertirla en un dato adecuado para ser visualizado, registrado o procesado. Por ejemplo, la medición mecánica del nivel del agua por medio de limnígrafos se obtiene con un flotador conectado a una plumilla que marca sobre una banda registradora, mientras que los sistemas microelectrónicos generan una señal eléctrica indispensable para la transmisión telemétrica. En algunos modelos de estaciones telemétricas se ha previsto una comunicación bidireccional entre una estación hidrológica a distancia y una estación central de recepción. En otros modelos el sistema sólo acepta una comunicación unidireccional desde la estación a distancia hasta la estación central de recepción. En el primer caso, la estación se interroga y se le ordena transmitir los datos. En el segundo caso, la estación inicia una transmisión después de un tiempo determinado o cuando el dato hidrológico excede una condición límite (caso CVC). Se puede controlar la transmisión de manera que se produzca a intervalos fijos o aleatorios. Las estaciones de CVC envían información por vía satelital cada 4 horas al centro de control. En la actualidad, los registradores automáticos de datos de varios parámetros son pequeños y ligeros en comparación con los instrumentos tradicionales de recopilación de datos hidrológicos. Gracias a su tamaño reducido y a las bajas exigencias de potencia eléctrica con frecuencia funcionan con baterías y se pueden instalar en pequeñas casetas protegidas de la intemperie. Muchos de ellos tienen una pantalla, lo que permite en las visitas de técnicos o hidrólogos evaluar el estado de funcionamiento y revisar la calidad de los datos recopilados. 2.6 TIPOS DE AFORO Existen diferentes tipos de aforo, cuya elección se realiza teniendo en cuenta las condiciones específicas de la corriente, la precisión requerida en la medición, la disponibilidad de recursos (equipos, personal, insumos (trazadores), transporte). Entre ellos se pueden mencionar: Aforo por suspensión Aforo por vadeo Aforo por flotadores Aforo volumétrico Aforo por el método de dilución Aforo con bote en movimiento Aforo desde bote estático 2.9

27 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Aforo mediante estructuras hidráulicas (vertederos y canaletas) Aforo por Suspensión El aforo por suspensión se realiza desde una estructura (generalmente un puente o una tarabita), sobre la cual se hace la medición de profundidades y velocidades de flujo en cada una de las verticales seleccionadas (Foto No. 2.6). La medición de la velocidad del agua se hace utilizando un molinete o correntómetro. Foto No.2.6 Aforo desde tarabita, Estación Tablanca, Río Cauca El aforo por suspensión se realiza cuando: La corriente a aforar es de magnitud considerable, de manera que no es posible aplicar el método de vadeo. Se dispone de un puente (o tarabita) en el cual la sección transversal cumple con las condiciones técnicas requeridas para la realización del aforo. En el método de aforo por suspensión el equipo hidrométrico se suspende generalmente de un cable, el cual está acoplado a un malacate que permite medir la profundidad con ayuda de un contador. El equipo requerido para llevar a cabo un aforo por suspensión es el siguiente: malacate y tabla con polea, molinete completo incluido cola estabilizadora (Foto No. 2.7), contador, formato para registro de datos de campo, lastres de 30, 60 y 75 lb. Este tipo de aforo requiere de dos personas (ver Capítulo No. 3). 2.10

28 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos En algunos casos, dependiendo de las condiciones de velocidad de la corriente, es necesario hacer correcciones (por ángulo de arrastre) a la profundidad medida. Este tema se tratará más adelante en el Capítulo No. 3. Foto No. 2.7 Molinete y Lastre Acoplados Aforo por Vadeo Se emplea cuando la corriente es poco profunda, pequeña y de fondo resistente. Al igual que en el método de aforo por suspensión, es necesario tener un abscisado que permita determinar la posición de las verticales sobre las cuales se hace la medición de profundidades y velocidades de flujo. Para medir estos parámetros, el técnico entra al río con el equipo de medición, toma como referencia una cuerda abscisada o una cinta métrica y efectúa las mediciones (Foto No. 2.8). Foto No. 2.8 Aforo por vadeo en el Río Jamundí, Valle del Cauca 2.11

29 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos El equipo requerido para ejecutar un aforo por vadeo consta de: cinta métrica, varillas de vadeo, contador, molinete, formato para registro de datos en campo. Se requieren dos técnicos aforadores (ver Capítulo No. 3) Aforo por Flotadores Este método de aforo comúnmente se utiliza cuando es difícil o peligroso implementar el método de aforo por molinete o cuando la corriente es muy pequeña y no brinda las condiciones mínimas para la inmersión del mismo. Cuando esto ocurre, es necesario realizar el aforo por medio de flotadores para medir la velocidad superficial del flujo. En general se puede utilizar cualquier elemento natural que esté en condiciones de flotar. Este método se aplica en corrientes medianas y pequeñas en un tramo que tenga forma recta, y del cual se conozca su longitud (se recomiendan distancias mayores o iguales a 30 m). Debe usarse la mayor cantidad de flotadores posible, que cubran todo el ancho del río en franjas proporcionales. El equipo necesario para realizar un aforo de este tipo es el siguiente: flotadores, cinta métrica, cronómetro, formato para registro de datos de campo, radios portátiles. Se requieren dos técnicos (ver Capítulo No. 3) Aforo Volumétrico La medida volumétrica del caudal se aplica solamente a las corrientes muy pequeñas, siendo éste el método más exacto para medirlas. Se determina el tiempo requerido para llenar un recipiente de capacidad conocida o el tiempo necesario para llenar parcialmente un recipiente calibrado a un volumen determinado. Las medidas volumétricas se recomiendan en casos en los cuales se concentra el flujo en una corriente estrecha, o donde éste se puede direccionar para captarlo en un recipiente. La medida se efectúa tres o cuatro veces tratando de minimizar el error comparando los datos obtenidos (los resultados deben ser constantes). El aforo volumétrico se aplica bajo circunstancias especiales en las cuales no es posible emplear otros métodos; por ejemplo, cuando el tirante es muy pequeño y no hay molinete que pueda utilizarse o cuando la velocidad es muy baja. El procedimiento consiste en captar una cantidad de agua en un recipiente durante un tiempo determinado. Luego se mide el volumen recogido y se divide su valor entre la magnitud del tiempo empleado para recogerlo. El equipo requerido para ejecutar un aforo volumétrico es: canaleta, balde aforado en litros (l), cronómetro, formato para registro de datos de campo. Son necesarias dos personas, una para captar el agua en el balde y la otra para contabilizar el tiempo que tarda éste en llenarse. 2.12

30 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Aforo por el Método de Dilución La existencia de corrientes con características especiales, tales como: régimen torrencial, alta pendiente, poca profundidad, lechos inestables y líneas de flujo desordenadas en las secciones de aforo, hacen poco aplicable el método convencional (con molinete) en cuyo caso se aplica el método de aforo por dilución (el método puede emplearse también en ríos con características normales cuando se quiere determinar el caudal con una mayor precisión que la que ofrecen los métodos convencionales). Los aforos con trazadores o aforos químicos permiten calcular el caudal a partir de la variación de la concentración de una sustancia que es inyectada en el cauce. El procedimiento consiste en realizar aguas abajo, a una distancia lo suficientemente lejos del sitio de inyección del trazador, mediciones de la concentración y muestreos que permitan calcular el caudal; sin embargo existen equipos con los cuales es posible hacer la medición en campo. En todo este procedimiento no se requiere conocer el área de la sección transversal de medición. Puede definirse como trazador a toda sustancia que incorporada a un proceso físico o químico permite estudiar su comportamiento y evolución a lo largo de un tramo de la corriente. Entre los trazadores más empleados pueden citarse los sólidos en suspensión, los trazadores químicos solubles en el agua, los colorantes y los elementos radioactivos. La medición del caudal mediante este método está basada en la determinación del grado de dilución en el agua del río de una solución trazadora. Para las mediciones del caudal se pueden emplear principalmente dos métodos en los que intervengan sustancias trazadoras; el primero basado en la inyección de la sustancia a un ritmo constante y el segundo, aquel en que la solución se vierte en forma instantánea. El equipo requerido para ejecutar un aforo por el método de dilución es: trazador, conductímetro, cronómetro, cinta métrica, probetas, baldes graduados, frascos de 100 cm 3, agua destilada, radios portátiles, formato para registro de datos de campo. Esta metodología es considerada una de las más adecuadas. Sin embargo puede suceder que su ejecución sea difícil debido a la excesiva velocidad del agua o a la presencia de cuerpos extraños que pongan en peligro la integridad física de los aforadores o la seguridad del equipo hidrométrico empleado Aforo con Bote en Movimiento Frecuentemente, en ríos muy anchos y caudalosos, la aplicación de los métodos convencionales de aforo no es posible debido a que no existe la infraestructura necesaria (puentes o tarabitas). El fundamento del método de aforo con bote en movimiento es el mismo del procedimiento habitual de los aforos convencionales y se basa en la determinación de áreas parciales de subsecciones y las velocidades del agua para cada una de ellas. La diferencia radica en la manera de tomar los datos, el aforador con su molinete viaja en un bote que se traslada de una orilla a la opuesta en forma continua y a una velocidad constante (ver Figura No. 2.1). 2.13

31 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Figura No. 2.1 Representación aforo por Bote en Movimiento 32 Inicio Final Bote Para la ejecución de este método se debe contar con el siguiente equipo: un molinete direccional el cual registra la velocidad combinada del bote y del río, una ecosonda que mide las profundidades de la sección transversal, equipos de posicionamiento como GPS que indican la trayectoria perpendicular al flujo que debe seguir la embarcación, bote con motor fuera de borda, contador, soporte para fijación del molinete, batería de 12 V, formato para registro de datos de campo, cronómetro. La velocidad observada, v tot obtenida a partir del número de revoluciones dadas por el molinete es el vector resultante de la velocidad del bote con relación al fondo del canal, v y la velocidad u perpendicular a la sección transversal en el punto de muestreo (ver Figura No. 2.2). La velocidad de flujo u requerida para la determinación del caudal se puede calcular de las mediciones de v tot y α, usando la ecuación: u = v sen α (2.1) tot Figura No. 2.2 Representación de velocidades vt o t α μ Si la distancia entre puntos de observación no se determina con relación al punto de referencia en la banca, esta se puede calcular por medio de la ecuación: 2.14

32 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos L = vtot cos α dt (2.2) Generalmente, la distancia entre dos puntos de observación se toma constante. Puede ser que la sumatoria de las distancias entre varios puntos de observación sea diferente al ancho real de sección transversal. Por lo tanto para el cálculo del caudal es necesario introducir un factor K B definido por medio de la ecuación: Ancho real K B = (2.3) Ancho calculado Se debe introducir una corrección ya que la velocidad del flujo, la cual se mide en un punto a profundidad constante, no representa la velocidad media en las verticales muestreadas. Idealmente, cada velocidad, u determinada debe multiplicarse por un coeficiente para ajustarla a la velocidad media en esa vertical. En vez de esto se emplea un factor K u que puede calcularse determinando la velocidad media en unas verticales seleccionadas por métodos convencionales y comparando este valor con las velocidades medidas en puntos a profundidad constante. Por definición: K u 1 = n n i = 1 u u i i (2.4) donde: u i = velocidad promedia en las n verticales (m/s) u = velocidad de flujo observada en n verticales de profundidad constante (m/s) i Cuando no se dispone de equipos GPS se pueden utilizar banderolas de colores vivos para indicar la dirección perpendicular al flujo que debe seguir el bote y un compás especial o giro que determine su posicionamiento con respecto a la orilla. Generalmente se realizan alrededor de 6 travesías en direcciones opuestas y se hace el promedio para obtener el caudal. El caudal se calcula de manera similar al método convencional de área velocidad, es decir se suman los productos de las áreas de los segmentos y las velocidades medias (ver ecuación No. 2.5). Q K K u h L (2.5) = B u i i i donde: Q = caudal total (m 3 /s) h i = profundidad de flujo en la vertical i (m) En ríos grandes, el coeficiente K u es generalmente uniforme a través de la sección. Las mediciones efectuadas en varios ríos han mostrado que K u varía entre 0.90 y

33 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Aforo desde Bote Estático Este tipo de aforo es muy similar al que se realiza con bote en movimiento, excepto que éste se mantiene fijo en una vertical en la corriente mientras se realizan las mediciones de profundidad y velocidad (Foto No. 2.9). La seguridad del personal es un factor limitante para el uso de lanchas en corrientes que presentan altas velocidades de flujo. Foto No. 2.9 Aforo desde Bote Estático. Fuente: Manual of Standard Operating, 1998 Se pueden utilizar cables de referencia anclados firmemente entre las dos orillas y sobre los cuales se puede trasladar el bote el cual está equipado con mecanismos de freno para mantenerlo quieto al momento de hacer la medición. Si existe trafico de otras embarcaciones en el río, un auxiliar debe estar atento para dar las instrucciones respectivas. Cuando no se utilizan cables de referencia el bote se puede mantener en el plano de la sección transversal alineándose con banderas colocadas en cada extremo de la misma. Con las banderas ubicadas en una de las bancas es suficiente, aunque es mejor tenerlas en ambas. La posición del bote en la sección transversal se puede determinar utilizando un teodolito midiendo ángulos rectos entre una bandera colocada en la orilla y una barra guía sostenida en el bote (Figura No. 2.3). Otro método para determinar la posición de la embarcación es colocando el teodolito en una banca a una distancia conveniente y en ángulo recto a la línea de la sección transversal (Figura No. 2.4). Un tercer método para determinar la posición se hace leyendo el ángulo con un sextante desde la embarcación. Se posiciona una bandera en línea con la sección transversal y otra a una distancia conocida perpendicular a la anterior. La posición se puede calcular midiendo con un sextante o con un tránsito el ángulo ß formado entre la línea que une esta última bandera con el bote y la línea que une las dos banderas (ver figura No. 2.4) A menos que sea conveniente el anclaje con cables, el motor puede mantener estática la lancha mientras se realizan las mediciones de profundidades y velocidades. 2.16

34 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos Figura No. 2.3 Determinación de la posición del bote en la Sección Transversal, método de la Estadía Teodolito Barra guía Figura No. 2.4 Determinación de la posición del bote en la Sección Transversal, Método Angular A B C D Sextante β E Si la profundidad máxima en la sección transversal es menor de 3 m y la velocidad lo permite, se puede usar una barra para medir la profundidad y sostener el molinete. Para profundidades mayores se usa un cable de suspensión con un carrete y un lastre. Las mediciones desde bote estático no se recomiendan para velocidades de flujo menores de 0.3 m/s ( 1 pie/s), donde el bote está sujeto a la acción de las ondas en la corriente y el movimiento de subida y bajada afecta seriamente las mediciones de velocidad Aforo Mediante Estructuras Hidráulicas Tránsito En algunos casos de corrientes pequeñas es posible realizar el aforo utilizando un control artificial (canaletas y vertederos) de tal manera que el caudal se pueda determinar directamente 2.17

35 Capítulo 2, Generalidades Procedimientos Hidrométricos con la lectura del nivel en la estructura la cual ha sido precalibrada y por lo tanto cuenta con una ecuación para realizar el cálculo. Existe una variedad de vertederos y canaletas que poseen una relación Nivel Caudal bien establecida. Sin embargo, sólo en condiciones favorables del terreno se pueden utilizar con exactitud. En lo posible los vertederos y las canaletas deben ser calibrados previamente en un laboratorio de hidráulica, es decir, la relación nivel Caudal debe determinarse mediante ensayos en laboratorio. Cuando se realizan aforos con estructuras se debe controlar cuidadosamente su construcción, de tal manera que se cumplan las condiciones físicas para la implementación de una fórmula de cálculo para el caudal en función del nivel leído. En condiciones menos favorables, es necesaria una calibración sobre el terreno para establecer la importancia de las desviaciones con respecto a la fórmula normalizada o para determinar la función que relaciona el nivel con el caudal. Por consiguiente, es muy importante medir periódicamente el caudal por otros métodos con el propósito de detectar posibles variaciones. Los vertederos y las canaletas pueden ser de flujo libre o sumergido. En el primer caso, el caudal es función de la altura del nivel de aguas arriba de la estructura y se pueden realizar calibraciones de exactitud. En el segundo caso, el caudal es función de los niveles aguas arriba y aguas debajo de la estructura, por lo que las calibraciones efectuadas en el laboratorio son menos exactas. En muchos sitios, los vertederos y las canaletas se usan solamente para medir los caudales más bajos (caudales de estiaje); para los caudales altos, la relación Nivel Caudal se determina por métodos directos Aforo Mediante Vertedero El vertedero se usa cuando las profundidades y las velocidades del flujo son muy bajas de tal manera que no es posible aforar utilizando molinetes (Foto No.2.10). Es conveniente emplear un vertedero de cresta aguda en forma de V con ángulo de 90 cuando se requiere medir caudales bajos dada su gran sensibilidad y precisión. El vertedero se hace de láminas de hierro galvanizado o cualquier otro material que asegure su durabilidad. Para instalar el vertedero, la lámina se empuja en el fondo del canal. Se puede utilizar una pala para quitar las piedras o las rocas que impiden su penetración uniforme. Generalmente se utiliza un nivel de mano para asegurar que la parte superior de la placa sea horizontal y que las caras sean verticales. La carga o altura de agua que pasa sobre la cresta del vertedero debe medirse a una distancia aguas arriba tal que no sea afectada por la depresión de la superficie del agua que se produce al aproximarse a la cresta. Esto se consigue haciendo las mediciones del nivel del agua a una distancia de por lo menos seis veces la carga (altura) máxima a la que puede llegar el vertedero. La forma más conveniente de realizar las mediciones es clavando una estaca en el fondo del canal o acequia aguas arriba del vertedero sobre la cual se fija una reglilla graduada en 2.18