Caudal
La definición genérica de caudal está asociada a la cantidad de agua que pasa por una sección del río por unidad de tiempo, esta relación entre el volumen de agua y el tiempo se mide en metros cúbicos por segundo (en el sistema internacional), m3/s. [1]
En hidrología medir el caudal de agua en una sección del río se llama "aforar". [2]
En hidrología medir el caudal de agua en una sección del río se llama "aforar". [2]
El control del caudal de los ríos es de básica importancia ya que permite conocer los cambios que se producen y tomar decisiones sobre sus consecuencias.
Recogida de datos: altura del agua
En nuestro país esta tarea se realiza en las estaciones de aforo, en ellas hay una escala en una pared externa (limnímetro) como la que se ve en la imagen, que marca la altura del agua del río en ese punto. Estos datos son recogidos utilizando distintos sistemas, un ejemplo de modelo que une el sistema manual con otro digital se explica en el vídeo de la Confederación Hidrográfica del Ebro.
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| Estación de aforo del río Cabe a a su paso por Ribas Altas |
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| Datos actualizados en la web http://saih.chminosil.es/index.php?url=/datos/ficha/estacion:A033/area:HID |
Recogida de datos: velocidad del agua
Otra variable a estudiar es la velocidad del agua, esta nos permitirá aproximar el caudal del río por el método área-velocidad.
Para medir la velocidad del agua se utilizan distintos mecanismos, molinetes, flotadores, ecosondas, etc. En las estaciones de aforo las secciones son conocidas por lo que sólo deben recoger los datos de la altura y la velocidad.
El siguiente paso es estimar el caudal del río en ese lugar multiplicando el área por la velocidad. Para cometer menos error se debe calcular el caudal en varios puntos de la misma sección y hallar el caudal medio. También se pueden hacer ajustes según el tipo de terreno del cauce donde estamos haciendo la medida.
Recogida de datos: área de la sección del cauce del río
Para medir el área de la sección también hay diversos métodos, en este vídeo de la UPV (Universidad Politécnica de Valencia) nos explican cómo hacerlo. [3]
PREDICCIONES del caudal del río: Q=f(H)
El nivel del agua H se relaciona con el caudal Q mediante una fórmula llamada "curva de gasto". En general a mayor caudal mayor nivel de agua. Hay que mencionar que en cada punto del río esta curva es diferente aunque tiene características similares.
La curva de gasto se obtiene por correlación, ajustando los pares de datos (altura, caudal) después de hacer un número determinado de mediciones.
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| http://www.iagua.es/sites/default/files/images/medium/curva_de_gasto_0.png |
En el curso básico sobre hidrología de la web COMET MetEdu (sección 5-Relaciones nivel-caudal), se puede obtener más información sobre la forma en la que se utiliza la curva de gastos y cómo se realizan las estimaciones. [5]
Otras versiones de la curva de gastos y un interesante resumen sobre medidas de caudales puede consultarse en el documento sobre aforos del profesor Javier Sánchez San Román del departamento de Geología de la Universidad de Salamanca [6].
Propuesta de aula: diseñar un caudalímetro
A partir de un conjunto de actividades estimaremos el caudal de un río de nuestra zona.
Para ello vamos a diseñar un caudalímetro (basado en la Ley de Hook y la presión dinámica), que fabricaremos utilizando una impresora 3D (en las optativas de 1º de Bachillerato de Tecnología Industrial y Diseño e impresión 3D). También se estimará la sección del río donde se medirá el caudal (matemáticas de ESO). Una vez recogidos los datos interpolaremos la curva de gastos (matemáticas de 1º de Bachillerato) y se estimarán nuevos valores para otras alturas del nivel del río.
Más información sobre esta actividad en entradas posteriores.
Primer prototipo de caudalímetro
Los alumnos de 1º de Bachillerato, en clases de Tecnología Industrial, han calculado la constante elástica del muelle que vamos a utilizar en el aparato de medición del caudal del río por presión. A este aparato lo han bautizado con el nombre de Peixemol.
Para dicho cálculo se ha realizado la práctica de la Ley de Hooke, en la que la fuerza que se aplica para comprimir/alargar un muelle es directamente proporcional a la constate elástica de dicho muelle.
Hemos hecho un vídeo explicativo de todo el proceso.
FUENTES
[5] https://www.meted.ucar.edu/index_es.php COMET-Met-Ed curso básico de hidrología https://www.meted.ucar.edu/training_course.php?id=40
Información adicional sobre las estaciones de aforo, mapa con su ubicación y anuario de aforos CEDEX (2013-2014) http://ceh-flumen64.cedex.es/anuarioaforos/default.asp
Más información sobre cómo medir caudales
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