Cálculo de incertidumbres en la medida de caudales en ríos y canales: herramientas y aplicaciones prácticas innovadoras

Transcripción

1 Cálculo d icrtidumbrs la mdida d caudals ríos y caals: hrramitas y aplicacios prácticas iovadoras Jorg Hlmbrcht 1, Jsús Lópz 2, Jua José Villgas 3 Watr Ida 1, YACU 2, Agècia Catalaa d l Aigua 3 jh@watrida.u, jsus@yacu.s, jvillgas@gcat.cat 1 Rsum Dos aspctos pricipals s trata l artículo: la mtodología d aforos co la toría dl cálculo dl caudal y d las icrtidumbrs, y la itgració d stos aspctos ua aplicació práctica iovadora dsarrollada para la Agècia Catalaa d l Aigua ( adlat ACA) domiada ERCAT, qu prmit stimar las icrtidumbrs asociadas al aforo y calcular los pricipals valors stadísticos para cotrol d quipos. La aplicació qu s prsta prmit itgrar orígs d datos divrsos provits d istrumtos d mdida campo como molits, vlocímtros Dopplr o lctromagéticos, tc., y mdiat l uso d la mdició d caudal por l método d ára-vlocidad. Posibilita scogr tr divrsas tipologías d cálculo y mtodologías (complta o simplificada) y da como rsultado las icrtidumbrs parcials y totals d la mdida. Mdiat ua bas d datos s posibl almacar toda la iformació para postriormt hacr aálisis stadístico d los rsultados tido cuta difrts parámtros como l istrumto, l sitio y fcha d mdida, l quipo qu hizo la mdida, l caudal o la icrtidumbr total. Asimismo, tambié s posibl l postrior tratamito d toda sta iformació y d la sri d datos, como l acoplamito d las icrtidumbrs las curvas d gasto. 2 Itroducció y objtivos El cálculo d la icrtidumbr la mdició d magituds s u tma muy studiado dsd difrts campos d la cicia, como la mtrología, la stadística o, l caso dl agua, la hidromtría. Si mbargo, su uso y aplicació s más comú la idustria mcáica, léctrica, química, tc., qu la hidromtría. Es habitual hablar d icrtidumbr y d prcisió mdidas d logitud, d pso, icluso d vlocidad radars para cochs, pro o tato l mudo d la hidrología lo qu a sus usos prácticos s rfir. Dsd hac algo más d 30 años, alguas istitucios ha sido pioras l cálculo d las icrtidumbrs asociadas a la mdida d caudals ríos, comzado co la rfrcia d las ivstigacios d R.W. Hrschy Gra Brtaña hasta llgar al dsarrollo d ormativas ISO y UNE traducidas al spañol su ultima vrsió d Si bi las bass mtodológicas grals para l cálculo d la icrtidumbr ya stá stadas, o s había ralizado España hasta ahora su aplicació cocrta, adaptació al mdio, a las hrramitas y tipologías d ríos d ustro país, así como la sistmatizació d su cálculo itgrado tato a la mdida misma dl caudal l río, como su postrior propagació sobr la curva d gasto. Las aplicacios prácticas d dichos cálculos so variadas y dpd dl uso fial d las mdidas d caudal ralizadas, ya sa mdidas putuals para l ajust y calibració d otros ssors automáticos o d curvas d gasto, como la costatació putual d u valor fiabl d caudal para tmas admiistrativos o lgals. Cocrtamt la ACA, vi aplicado dsd hac algú timpo la icrtidumbr sus mdidas para la ralizació d ispccios d campo y rgistro d caudals. Otro aspcto muy importat s coocr la calidad d los datos co los qu s trabaja hidromtría y qu postriormt so la bas tato para la gstió dl rcurso, como para studios d plaificació hídrica, d caudals d matimito, dtrmiació d zoas iudabls, tc. Usualmt la mdida d grads caudals avidas, así como la d caudals muy pquños squías, sul comportar icrtidumbrs mayors qu la mdida d caudals ormalidad. Justamt s a partir d stos caudals xtrmos por xcso (avidas) o por dfcto (squías) dod s toma dcisios importats (co coscucias coómicas, socials y ambitals) como por jmplo l príodo d rtoro corrspodit a ua iudació qu ha afctado ua zoa dtrmiada o l caudal míimo ambital o d cotiuidad fluvial d u río. Es por llo qu coocr cuál s l grado d icrtidumbr las mdidas y la calidad d los datos utilizados pasa a tr u papl rlvat.

2 La dtrmiació d la icrtidumbr d las mdidas, así como d otros parámtros dl cálculo, sirv d apoyo y cotrast para valorar la calidad d la propia mdició así como d los quipos y prsoal d trabajo d campo, y tambié para dtrmiar posibls dsviacios d los datos, rrors spurios, o simplmt l fallo d istrumtos d mdida, tr otros. E dfiitiva, l objtivo pricipal s coocr la icrtidumbr d la mdida d caudal y así podr stablcr si dicho caudal s cutra dtro d u cirto rago co u dtrmiado ivl d cofiaza. Mdiat st objtivo, s posibl coocr y mjorar la calidad d los datos, dar fiabilidad y garatías sobr los valors qu s mid, cotrolar idirctamt l procso d toma d datos y l matimito d quipos istrumtos d aforo, tr otros. Tambié s posibl fomtar los técicos aforadors la ida d calidad dl dato por cima d catidad d datos mdidos, mjorado a la vz la ficicia las mdidas, l timpo asociado y la calidad d los rsultados. E todo caso, s busca la obtció d u dato d caudal co calidad asgurada dtro d u rago prdtrmiado por los Mauals dl Srvicio d Hidrología d la ACA. Para lograr dichos objtivos s csario, admás dl coocimito d las mtodologías d cálculo utilizado aplicacios a mdida como ERCAT (qu s dscrib más adlat), la adaptabilidad d los procdimitos d trabajo y mtodologías d cálculo y parámtros asociados, a cada trritorio, tipo d cuca y río, idiosicrasia d los quipos d campo, istrumtos, hrramitas prvias xistts, tc. 3 Mtodología d aforo 3.1 Cocptos básicos La mdida dl caudal d u río o caal pud ralizars por difrts mtodologías (Hlmbrcht t al., 2004) auqu la más utilizada s l método Ára-Vlocidad qu cosist la dtrmiació dl ára d la scció trasvrsal (A) y d la vlocidad mdia dl flujo (V m ), obtiédos l caudal como l producto d ambas magituds. Dado qu la distribució spacial d las vlocidads la scció trasvrsal sul sr dscoocida (spcialmt sccios aturals), para obtr la vlocidad mdia d la scció V m s csario discrtizar la scció complta áras d mor tamaño, cocrtamt frajas vrticals, dod s supo qu l prfil d vlocidad vrtical s costat a lo acho d la fraja. Cada fraja pud dfiirs como l ára tr dos prfils d vlocidad sucsivos, o como l ára ctrada cada prfil d vlocidad quidistat a los prfils adyacts. Cocrtamt durat l aforo db mdirs las siguits magituds qu postriormt ifluirá l cálculo d la icrtidumbr: 1) achura total, 2) achura d cada fraja, 3) profudidad d cada prfil vrtical, y 4) divrsas vlocidads putuals cada prfil vrtical. Dpdido dl tipo d río o caal, la mdida pud ralizars atravsado l río (por vado), dsd ua pasarla sobr u caal co la ayuda d barras, dsd u cabl suspdido ua stació prmat, dsd u put co u toro o dsd u bot. Tato l tramo como la scció d mdida db cumplir co ua sri d rquisitos qu prmita cosidrar como válidas las hipótsis d cálculo (ACA, 2004). Igualmt xist divrsas rcomdacios (ACA, 2004; ISO748, 2001) sobr la catidad d frajas vrticals (co profudidads y/o prfils vrticals d vlocidad), distacias tr frajas, catidad y ubicació d los putos d mdida d vlocidad cada vrtical, timpo d mdida, rptició d las mdidas, tc., todo fució dl tipo d curso d agua (rgularidad, achura, profudidad, rugosidad, xistcia d vgtació, tc.), dl caudal a mdir (stiaj, ormalidad o avidas, co o si trasport sólido sigificativo, tc.), dl istrumto y mtodología cocrta a mplar, dl quipo d campo y la formació dl prsoal asigado, dl objtivo dl aforo y l grado d xactitud dsado, tr muchos otros. La dscripció d stos aspctos y las posibls variats durat las mdicios, o s objto d st artículo pro pud rvisars l Maual d Aforos (ACA, 2004, actualmt rvisió) o la bibliografía spcializada hidromtría y divrsas ormativas ISO. A cotiuació s hará ua brv dscripció d los aspctos más dstacados d la mtodología d aforos. 3.2 Mdida d la achura total y parcial La mdida d la achura total dl caal o río, y la d los sgmtos idividuals, s obti mdiat la mdida (co cita u otra mtodología si l cauc s muy acho) d la distacia horizotal dsd u puto d rfrcia fijo la marg ubicado l plao d la scció trasvrsal. E lo posibl, la achura total db mdirs tr ambas márgs y o por la acumulació d mdidas parcials.

3 3.3 Mdida d la profudidad E sccios irrgulars la mdida d la profudidad db hacrs a itrvalos rducidos para dfiir corrctamt l ára hidráulica d cursos d agua. La xactitud d la mdida d caudal aumta sigificativamt (spcialmt sccios irrgulars, pro o csariamt sccios muy rgulars) si s dismiuy la distacia d sparació tr los itrvalos d mdida. Por jmplo la orma ISO748 rcomida utilizar ua sparació máxima tr mdidas d profudidad d 1/20 d la achura total d la scció (s dcir u míimo d 19 mdidas). Si mbargo sta rcomdació ha sido stablcida para ríos achos y sccios muy irrgulars, y pud dismiuirs la catidad d mdidas d profudidad sccios más strchas y rgulars, llgado icluso al xtrmo d mdir ua sola profudidad si la scció fura prfctamt rctagular. E cualquir caso, la sparació tr los putos d mdida d la profudidad db hacrs d mara qu qud rprstadas las variacios d la scció trasvrsal y las irrgularidads dl lcho. E los casos qu la mdició o s raliza por vado, s rcomdabl utilizar aparatos d sodo por ultrasoido para dtctar co dtall la posició y forma dl fodo, dismiuydo así la icrtidumbr asociada. 3.4 Dtrmiació dl ára d la scció trasvrsal La dtrmiació dl ára d la scció trasvrsal s la coscucia d la mdició d las profudidads cada prfil vrtical y d las distacias parcials tr prfils. Supoido ua variació lial tr las difrts profudidads mdidas, s obti la forma d cada fraja y por tato l ára. Evtualmt, ya sa para rducir l timpo total dl aforo (midido mos prfils d vlocidad) o para dismiuir l rror d la mdida d la scció trasvrsal, s pud tomar más mdidas d profudidad (coocr mjor la forma dl lcho) qu d vlocidad. E todo caso, lo más ficit (dsd l puto d vista dl sfurzo asociado) sul sr la xpricia dl técico aforador qu idtifiqu corrctamt los cambios sigificativos d profudidad dl lcho ittado mdir profudidads todas stas discotiuidads dl prfil dl fodo, auqu la achura d las frajas o sa costat. Es dcir qu la solució d aumtar idiscrimiadamt la catidad d prfils vrticals pud sr corrcta pro o s dmasiado ficit y a vcs o s ada práctica, spcialmt cuado l timpo total dl aforo stá acotado (por jmplo por posibls variacios u oscilacios dl caudal, o simplmt por tmas d costs). 3.5 Mdida d la vlocidad putual La posició y la catidad d frajas la cuals s divid la scció d aforo para mdir prfils d vlocidad, stá fució d la achura, forma y rgularidad d la scció, la variabilidad dl flujo o oscilació dl ivl d agua, duració dl aforo, rugosidad irrgularidad dl fodo (xistcia d vgtació, pidras, obstáculos, posibilidad d rosió, tc.), tr muchos otros. El critrio (ISO748, 2001) gralmt utilizado auqu poco práctico para su uso campo s qu la catidad d frajas vrticals dod s mid la vlocidad, db sr tal qu l caudal cada ua d llas o supr l 10% dl caudal total a mdir, como forma oritativa idicadora d la calidad dl aforo. Para ralizar la mdida d la vlocidad s csario qu l j horizotal dl istrumto sa parallo a la dircció dl flujo, asgurado qu la vlocidad mdida sa la d la dircció pricipal dl flujo y o haya iflucia d igua compot d la vlocidad l plao d la scció trasvrsal. Otro aspcto importat s qu l flujo o s va afctado por igua prturbació durat l procso d mdida, por jmplo por la posició d la prsoa qu mid dtro dl río o d cualquir obstáculo l agua (ramas, pidras, oscilació dl ivl, prscia d vórtics o flujos gativos crca d las márgs, tc.). Estos aspctos (qu coforma los rrors spurios) ifluy ormmt la calidad dl aforo, sido la formació adcuada d los técicos y la utilizació d procdimitos y protocolos dtallados d trabajo, la mjor hrramita para prvirlos. 4 Cálculo dl aforo Exist divrsas mtodologías d cálculo dl aforo por l método ára-vlocidad, sgú como s cosidr l promdio d las vlocidads cada fraja, las aproximacios qu s haga para l lcho y las márgs, la catidad d putos mdidos cada vrtical o la mtodología para la itgració d las vlocidads, tr otros. A cotiuació s dscrib los métodos más utilizados, dod V i s la vlocidad promdio cada prfil i, h i s l calado l prfil i y b i, i+1 s la achura d la fraja tr los prfils d vlocidad i i+1 (vr figura 1).

4 4.1 Método d la scció mdia Est método (ISO748, 2001), tambié s llamado Ma-Sctio Mthod, Simpl Avrag Mthod o "Scció Mdia" (OMM, 1994). El caudal parcial cada fraja o pal s igual al producto dl promdio d vlocidads por l promdio d los calados d dos prfils coscutivos ( los xtrmos d la fraja) por la distacia tr prfils o acho d fraja (vr figura 1). El caudal total s obti a partir d la suma d los caudals parcials. = 1 i = 1 V i + V 2 i + 1 h i + h 2 Dado qu l puto i=1 los calados y las vlocidads so ulos, la primra fraja (tr 1 i 2), tdrá u caudal parcial igual a: q 1,2 = (V 2 / 2 ) (h 2 / 2) b 1,2 i + 1 b i, i + 1 Figura 1 Dfiició d variabls dl método d la scció mdia Lo mismo para la última fraja d la scció, dbido a qu la vlocidad y l calado dl último puto (i=) so ulos. La hipótsis s qu la vlocidad y l calado dismiuy lialmt hasta cro co la distacia a las márgs. S dbrá comprobar l campo si la ralidad difir mucho d sa hipótsis, si s así s ralizará las modificacios los caudals parcials d las frajas xtrmas. 4.2 Método d la scció ctral Est método (ISO748, 2001), tambié s coocido como Midsctio Mthod (Hrschy, 1978) o "Smiscció" (OMM, 1994). El caudal parcial q o s calcula para cada fraja tr prfils d vlocidad, sio para u ára tr los ctros d las frajas (vr figura 2). El caudal parcial q s obti como l producto dl ára dl prfil d vlocidad fv i (vlocidad mdia por l calado l prfil i) por l acho d iflucia d st prfil, qu s calcula como la distacia tr ctros d frajas cotiguas (o tambié l térmio mdio d las distacias a los prfils cotidos). = 1 i= 2 bi 1, i + b V ihi 2 S obsrva qu los xtrmos (para i = 1 y i = ) l calado s cro (la sumatoria va dsd i = 2 hasta i = -1) por lo qu s ifravalora l caudal parcial q 1 y q qu circula las áras comprdidas tr l ctro d la primra (o última) fraja y l marg. Evidtmt, si la vlocidad stas frajas s muy baja o las frajas ti ua ára pquña, l rror l caudal total srá pquño. E caso cotrario, s cosidrará algua aproximació para stos caudals. i, i+ 1 Figura 2 Dfiició d variabls dl método d la scció ctral

5 4.3 Cálculo d la vlocidad mdia d cada prfil La vlocidad mdia d cada prfil vrtical s obti por divrsos métodos muy xtdidos hidromtría (OMM, 1994; ISO748, 2001) como la mdició putual d la vlocidad a 0,6 d la profudidad, a 0,2 y 0,8, o midido a divrsos itrvalos la vrtical itgrado l prfil, tr muchos otros (ACA, 2004). Las mdicios d vlocidad putuals pud ralizars mdiat difrts istrumtos como molits, vlocímtros acústicos Dopplr, vlocímtros lctromagéticos, tc., auqu tambié pud ralizars mdiat u prfilador Dopplr (ADCP) qu mid simultáamt muchas vlocidads ua misma vrtical. Los métodos d itgració dl prfil d vlocidads tambié pud sr variados, como por jmplo la rgla parabólica d Simpso, o cualquir otra itgració matmática d la curva vlocidad-calado. A psar d la xistcia d divrsas formas rlativamt simpls d calcular la vlocidad mdia d cada prfil, dichas mtodologías stá furtmt ligadas al procdimito d mdició campo y a las codicios dl lcho y las márgs, qu s lo qu la mayoría d mauals y ormas dja totalmt a critrio dl técico aforador. E st aspcto ( la lcció d cuatas vlocidads putuals y a qu profudidads s mdirá y su corrspodit rlació co l postrior método d cálculo) o s ha profudizado dtall la ormativa y mauals xistts hasta ahora, i tampoco cómo afcta a los rrors fials d la mdida. La ralidad d cada río, rira y curso d agua, así como sus codicios aptas para la mdició, varía d u trritorio a otro y por lo tato s difícil prstablcr u úico método para la mdició d las vlocidads y postrior cálculo d la vlocidad mdia d cada prfil. Por jmplo l método más xtdido, qu s l d u puto d mdida a 0,6 d la profudidad (60% d la profudidad), sólo s corrcto lchos co poca vgtació y si la prscia d obstáculos, y dod l istrumto qu s utilic puda sr itroducido a dicha profudidad (s dcir ti qu habr suficit calado, lo qu muchas riras y pquños cursos catalas o simpr ocurr). Dbido a stos icovits, s muy comú qu durat los aforos s ralic mdidas d vlocidad a profudidads o stádars (difrts d 60%, 20%, 80%, tc. d la profudidad) y por lo tato dba utilizars mtodologías spcialmt adaptadas para la itgració dl prfil d vlocidads dtro dl método d cálculo dl aforo. Otro aspcto qu o sul dfiirs co claridad los difrts mauals, ormativas y programas d cálculo s l cálculo d la vlocidad dl flujo crcaa al fodo para la itgració dl prfil. Alguos métodos propo la utilizació d u factor d rducció d la vlocidad (rspcto d la vlocidad mdida más crcaa al fodo) fució dl tipo d lcho, su rugosidad y prscia d vgtació u obstáculos, otros propo ua ly d dcrcimito potcial (1/6) o u dcrcimito lial y otros casos s propo u porctaj fijo d la vlocidad mdida. Estos aspctos pud ifluir mayor o mor grado l rsultado dl aforo fució d la ubicació d la mdida d vlocidad más crcaa al fodo, dl calado total, d la prscia d vgtació, tc., y por lo tato db cotrolars para podr dtrmiar l grado d icrtidumbr l cálculo dl caudal. El programa d cálculo ERCAT, prcisamt hac hicapié la posibilidad d ralizar l cálculo d la vlocidad mdia dl prfil, ya sa mdiat los métodos tradicioals (1, 2, 3 o más putos) o bi co ua itgració simpl por tramos qu s totalmt rproducibl sus pasos y forma d cálculo, así como la posibilidad d dfiir l critrio d cálculo para la dfiició d la vlocidad dl flujo crcaa al lcho para ralizar la itgració o la vlocidad las márgs. Todos stos aspctos qu o s calcula dirctamt la mtodología para la dtrmiació d la icrtidumbr (ISO748, 2001) db sr tidos cuta a la hora d hacr l cálculo dl aforo porqu ifluy l rror fial d la mdida d caudal. 5 La icrtidumbr los aforos La icrtidumbr d la mdició d caudals ha sido xtsamt tratada la bibliografía spcífica, tato mauals d hidromtría, como ormas ISO (por j. 748, 5168, tc.), pro la mayoría d los casos dsd u puto d vista muy tórico y si aplicacios cocrtas (xcpto por los jmplos pioros d R.W. Hrschy la década dl 70). La falta d aplicació y jmplos cocrtos, s spcialmt importat si admás s ti cuta las divrsas formas d cálculo y mtodologías para aforar, así como la divrsidad d caucs y codicios particulars idiosicrasia d cada trritorio y sus técicos. E u curso d agua o caal, gral o s posibl dtrmiar l rror d la mdida xactamt, pro pud hacrs aálisis d las mdicios idividuals qu so rquridas para obtr l caudal y hacrs stimacios stadísticas d la probabl magitud dl rror. La stimació stadística d la magitud dl rror s domia icrtidumbr d la mdició. A psar d sta difrciació stricta, sul cofudirs muchos casos l uso coloquial o práctico la trmiología icrtidumbr co la d rror dl caudal mdido.

6 E gral las futs d icrtidumbr para aforos cursos d agua stá rlacioadas a la mdida d la achura, d la profudidad, a la dtrmiació d la vlocidad putual y d la vlocidad mdia, y s clasifica d la siguit forma: Icrtidumbr Sistmática: dbidos a rrors dl quipo ormalizado d mdida (ocasioado cuado l istrumto stá mal calibrado o o stá ajustado a u patró coocido). No s v afctado por la rptició d mdidas, y úicamt s pud rducir utilizado las mdicios quipos más prcisos (o s posibl rducirlos aumtado l úmro d mdicios). La magitud d la icrtidumbr s costat o varía sgú ua ly coocida. S cosidra los siguits valors stimativos para codicios ormals pro qu pud modificars fució dl tipo d aforo, istrumto utilizado y curso d agua: La icrtidumbr la mdida dl acho ( b ) igual a 0,5%, la icrtidumbr la mdida dl calado ( h ) igual a 0,5% y la icrtidumbr dbido a la calibració dl istrumto ( i ) igual a 1% (ISO748, 2001). Icrtidumbr Alatoria: rlacioado co la disprsió d las mdicios ihrts al fómo físico. La magitud d stos rrors varía d forma imprvisibl cuado s rpit mdidas codicios idéticas y s rduc rpitido varias vcs la misma pruba codicios iguals. E pricipio, s pud cosidrar qu s pud ajustar a ua distribució ormal. S ti cuta la icrtidumbr la mdida dl acho ( b ), la icrtidumbr la mdida dl calado ( h ), la icrtidumbr asociada al úmro d vrticals utilizadas l aforo ( ), la icrtidumbr asociada al úmro d putos d mdida d la vlocidad cada vrtical ( p ), la icrtidumbr dbido al timpo d mdició d la vlocidad ( t ) y la icrtidumbr dbido a la calibració dl istrumto d mdida ( i ). E la aplicació ERCAT, los rrors alatorios s calcula a través d fucios qu rprsta las cuacios d ajust a los valors tabulados la ISO 748 y las publicacios d Hrschy. La icrtidumbr total s dtrmia combiado la icrtidumbr sistmática total ( ) y la icrtidumbr alatoria total ( ): 2 2 [ ' ' ' ] 1/ 2 = ± + La icrtidumbr alatoria pud calculars co l método complto (izquirda) aalizado cada prfil o mdiat u método simplificado supoido qu los rrors alatorios so similars cada fraja (drcha): 2 ' = ± ' + 1/ [ ( b h V ) ( ' b + ' h + ' t + ' p + ' i )] ' = ± ' + ( ' + ' + ' + ' + ' ) i= 1 b h t p i i= 1 2 b h V La icrtidumbr sistmática s calcula mdiat la siguit cuació: [ '' + '' '' ] 1/ 2 '' = ± + b Más dtalls d stas cuacios y su obtció pud cotrars Hlmbrcht (2004) y ACA (2003). S dstaca claramt la gra importacia rlativa l cálculo d la icrtidumbr d la catidad d prfils vrticals mdidos (o sa la catidad d frajas) qu ti u pso más importat qu, por jmplo, la catidad d putos d vlocidad mdidos ua vrtical. Es dcir qu para dismiuir la icrtidumbr, s más importat mdir más prfils vrticals (co profudidads y vlocidads) qu pocos prfils pro co muchas vlocidads putuals cada vrtical. Por so, las ormativas itracioals, sul rcomdars la utilizació d 20 frajas u aforo, auqu stá claro qu sta catidad dpdrá d la forma, tipología, rgularidad, tc. dl curso d agua a mdir. El método complto para l cálculo dl rror rquir qu l rror s calcul juto co l cálculo dl aforo, o al mos coocido todas las variabls itrmdias dl cálculo. Fialmt cab dstacar qu gra part d los rrors (spcialmt los spurios) pud limiars co las siguits mdidas: prsoal co xpricia y dbidamt formado, utilizació d u maual d procdimitos dtallado (dsd la lcció dl lugar hasta l cálculo dtallado), matimito priódico dl lugar d mdida, dl istrumtal y d los accsorios, y rvisió d los datos siguido procdimitos stádar d calidad. h i 1/ 2 6 Aplicació para l cálculo d la icrtidumbr La hrramita qu s prsta s domia ERCAT ( catalá Eia d Rcrca i Coixmt d Aforamts al Trritori, s dcir Hrramita d Ivstigació y Coocimito d Aforos l Trritorio) y fu dsarrollada para la ACA prmitido, d forma sitética lo siguit:

7 cálculo d aforos dirctos mdiat divrsos tipos d istrumtos (molit, Dopplr, lctromagético, ADCP, tc.) y co divrsas mtodologías sgú los mauals dl ACA, cálculo d las icrtidumbrs parcials y totals co l método simplificado o complto, cálculo d las curvas d gasto ( sus difrts tipologías y mdiat rgrsios, putos dummy, forzado por u puto, xtrapolació, curvas históricas, rcupració d ajusts, tc.) y la rprstació d las badas d cofiaza asociadas a las icrtidumbrs mcioadas, cálculo d ídics y stadísticas rlacioadas al aforo, quipos istrumtos, dispoibilidad d bas d datos qu icorpora toda la iformació, gráficos y cálculos parcials, disño toro.net co la posibilidad d fucioar rd y co divrsos prmisos d trada Figura 3 Arriba: Prfils vrticals d vlocidad calculados, así como la mdia y los porctajs d profudidad. Abajo: Patalla co las variabls para l cálculo dl aforo y l cálculo dl rror asociado ERCAT graba los datos d campo procdts d futs divrsas fichros d aforo co formato úico y stádar, qu maja todos los datos rgistrados campo, icluso los rsultados dl aforo d istrumtos totalizadors co sus difrts variabls (como los qu ti dataloggr icorporado). S igrsa mdiat u ombr d usuario y cotrasña, qu stá adaptado co 3 prfils: usuario stádar (sólo pud vr rsultados d aforos validados), usuario mdio (pud vr todos los aforos, icluso los qu o stá validados, pro o pud ditar) y usuario xprto (pud scribir la Bas d Datos, ditar, validar, modificar parámtros, tc.).

8 La hrramita mustra d forma gráfica y umérica las vlocidads mdidas y la vlocidad mdia obtida, así como la ubicació d las vlocidads putuals mdidas la vrtical dl prfil (figura 3). Tambié s mustra formato d tabla l rsum d las pricipals variabls dl cálculo dl aforo dircto co las opcios slccioadas icluydo l cálculo dl rror dl aforo, dod s obsrva los valors para cada vrtical (achura, profudidad, catidad d putos mdidos, timpo d mdició, vlocidad mdia, tc.) así como l caudal qu pasa por cada fraja y su porctaj rspcto dl total, y los rrors parcials alatorios y sistmáticos dl método complto. E otras pstañas s obsrva los datos ya grabados la bas d datos, las sccios trasvrsals, l dtall dl cálculo d las vlocidads, los rsultados dl método simplificado, los iforms prdfiidos y los gráficos d isotacas. El gráfico d los datos d aforo prmitirá visualizar: la scció trasvrsal icluydo l fodo dl cauc y la suprfici, los vctors vlocidad orig dl aforo, la vlocidad mdia obtida las vrticals, las lías d igual vlocidad (isotacas) y l porctaj dl caudal qu atravisa cada scció d cálculo. S obsrva la figura 4 la rprstació qu s raliza d la scció trasvrsal dl cauc, los prfils vrticals aforados, la ubicació y magitud d los vctors d vlocidad putual y, para cada fraja, ua lía araja idicado l porctaj d caudal parcial y la lía putada mostrado la curva d vlocidads mdias. Figura 4 Scció trasvrsal, prfils vrticals, vctors vlocidad, % d caudal y curva d vlocidads La hrramita gstioa para l cálculo ua bas d quipos d aforo co sus caractrísticas y cuacios. La bas d datos coti los parámtros d calibració qu prmit calcular automáticamt las vlocidads a partir d los datos d campo (rvolucios). Dicha bas d datos almaca tambié las coordadas d la scció d cada aforo, las obsrvacios fctuadas durat l aforo, l istrumto, l ombr dl quipo qu aforó, la fcha, códigos, rsultados parcials, tc. Cab dstacar qu la mtodología d cálculo ti cuta las aproximacios d rugosidad tato dl fodo dl cauc como d las márgs, así como las difrcias l cálculo a la hora d aforar ua scció atural irrgular o ua scció artificial y muy rgular como u caal d rigo o hidroléctrico. La utilizació dl cálculo dl rror prmit cuatificar la bodad dl aforo así como d los cálculos ralizados y dscartar a priori o slccioar como buo u aforo para itgrar la curva H-. El módulo d cració y gstió d curvas d gasto, ti icorporado la opció d badas d cofiaza (figura 5 arriba). La aplicació ERCAT dispo d u módulo capaz d ralizar stadísticas sobr ua slcció d los aforos ralizados, lgidos por timpo, por istrumto o por quipo d aforo. S grafica las icrtidumbrs dicho príodo y para las mdidas slccioadas, cotra l caudal o l producto caudal por vlocidad (figura 5).

9 Figura 5 Arriba: Gstor d curvas d gasto cofigurabl. Mdio: Rsultados dl cálculo dl rror por l método simplificado. Abajo: Estadísticas d rrors por quipos, istrumtos, puto d cotrol y fcha.

10 La stadística prmit comprobar si la fiabilidad d u quipo técico o humao prmac stabl l timpo a través d la comprobació dl rror fució dl caudal o dl producto caudal por vlocidad. Dicho idicador (l producto d la vlocidad mdia dl aforo por l caudal total mdido V x ) prmit valuar l grado d dificultad dl aforo, d forma qu puda stablcrs si la icrtidumbr asociada a la mdida s acptabl o o. Por jmplo u aforo co u caudal muy lvado durat ua avida, s difícil d mdir co xactitud por la fluctuació d ivls, oscilacios, flotats y por las codicios dl río gral durat stos vtos, y por lo tato s acptará ua icrtidumbr mayor qu ua mdida codicios ormals. El icrmto d la vlocidad tambié aumta la dificultad al aforo, ya qu l caudal pud o sr muy importat (como ua rira d gra pdit) pro la vlocidad sr muy lvada, lo qu tambié dificulta l aforo y prmit la acptació d u rror mayor al habitual. 7 Coclusios Tato la gstió y plaificació d rcursos hídricos, como l sguimito d pisodios, cotrol d caudals ambitals y d drivacios, o para l coocimito dl mdio, s d gra importacia cotar co datos d caudal fiabls y d calidad coocida y dtrmiada. Los datos d caudal, trasformados lugo iformació qu sittic l coocimito, so la bas para ua bua gstió itgrada y sostibl d los rcursos. Por lo tato, o basta co mdir mucho, sio qu s imprscidibl mdir bi y coocr cuál s la calidad d los datos co los qu s toma dcisios importats, s stablc límits lgals, sacios, dlimitacios, s llva a cabo dtrmiadas mdidas o icluso s aaliza l comportamito d ustros ríos la dició d los auarios hidrológicos. La hrramita iformática ERCAT prmit calcular ficazmt los caudals sgú procdimitos adaptabls a las sigularidads dl trritorio, quipos y rd fluvial qu s rquira, y dtrmiar la icrtidumbr d los caudals aforados qu postriormt sirv para calibrar las curvas d gastos y dtrmiar los caudals circulats por u caal, u río o cualquir curso d agua. La utilizació dl cálculo d icrtidumbrs ha prmitido coocr mjor, o sólo la calidad d los datos mdidos, sio tambié comparar objtivamt l dsmpño d istrumtos d mdició difrts, quipos y prsoal d aforos, coocr la disprsió d variabls l timpo, valuar l comportamito d u dtrmiado puto d cotrol icluso propor mjoras los procdimitos d trabajo tato d campo como d gabit para l cálculo d caudals. Fialmt l uso d los idicadors y stadísticas qu calcula ERCAT prmit, juto al Maual d Aforos d la ACA (actualmt rvisió) y al Maual dl Modlo d Srvicio d Hidrología, facilitar la xtralizació d los srvicios d aforo así como su cotrol y sguimito objtivo, dado máxima prioridad a la calidad fial dl rsultado buscado. 8 Rfrcias bibliográficas ACA (2003) "Toria d'rrors 7268-MMDS-DT02" Documto técico dl Maual dl Modl d Srvi d Hidrologia, Uitat d Hidrologia Suprficial, Agècia Catalaa d l Aigua (ACA) ACA (2004) Maual d'aforamts 7305-MM-HI-Protocol-v6 Maual dl Modl d Srvi d Hidrologia, Uitat d Hidrologia Suprficial, Agècia Catalaa d l Aigua (ACA). Maual actualmt rvisió (2011). DVWK (1990) "Maual for Watr Lvl Gaugig ad Discharg Masurmt (Dutschr Vrbad für Wassrwirtschaft ud Kulturbau, DVWK) Hlmbrcht, J. t al. (2004) Estudio d viabilidad y rdacció d u pligo d bass para la cotratació d u srvicio d matimito, uso y calibració d istrumtos d mdida d caudals, proycto rdactado para la Agècia Catalaa d l Aigua (ACA), como bas para l Maual d Aforos d la Uidad d Hidrología. Hrschy, R.W. (1978) Hydromtry. Pricipls ad Practics Joh Wily ad Sos OMM (Orgaizació Mtorológica Mudial) (1994) Guía d prácticas hidrológicas: Adquisició y procso d datos, aálisis, prdicció y otras aplicacios. OMM º 168, ISBN UNE-EN ISO748 (2001) Mdida d caudal d líquidos caals abirtos. Métodos d xploració dl campo d las vlocidads" (AENOR) d acurdo a la ISO 748:1997. Actualmt ya ha salido la vrsió ISO748:2009.