1.9. EVALUACIÓN DE RECURSOS Y APORTACIONES SUPERFICIALES

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1 Clase.9 Pág. de 2.9. EVALUACIÓN DE RECURSOS Y APORTACIONES SUPERFICIALES.9.. Establecimiento de una red de aforos.9... Objetivo La red de aforos tiene un doble objetivo: Uso cotidiano para el control del consumo y gestión de los recursos. La red se utiliza como elemento de cuantificación de la situación hídrica del momento, es decir, en tiempo real (gestión): - Seguimiento de riadas. - Evaluación de sequías. - Balances hídricos. - Otros. Uso de datos históricos para la planificación, el diseño y la prevención. La red como generadora de una base de datos histórica (>20 años), con la mayor continuidad posible, que permite realizar estudios de características muy diversas: - Caudales de diseño para obras civiles. - Caudales mínimos: régimen de mantenimiento. - Recursos hídricos. - Otros. Es una base de datos de propósito general Criterios de utilización Evaluación de los caudales circulantes en los ríos y derivaciones: La red de aforos debe ser lo suficientemente densa para obtener esta información, y estará en función de: - Distribución homogénea/heterogénea de la pluviometría. - Geología.

2 Clase.9 Pág. 2 de 2 - Vegetación. - Orografía. - Morfología de la red fluvial. - Morfología de la red de canales. - Morfología de la red de tuberías o canalizaciones existentes. - Otros. Análisis de infiltraciones, surgencias y vertidos especiales. El río puede presentar algunos tramos en los que cede agua al acuífero subyacente. Para estimar este caudal se sitúan estaciones de aforo antes y después de estos tramos en los que se produce infiltración. En el caso de los vertidos al mar, deben ser estudiados y cuantificados situando estaciones de aforo cerca de la desembocadura del mar, con el objetivo de estimar unos recursos potenciales en el caso de aplicar una correcta regulación. Planificación y diseño de infraestructuras subterráneas. Disponer de la serie de aportaciones allí donde se prevea la construcción de presas. Conocimiento de las aportaciones y de valores máximos de los caudales de las avenidas, mediante un limnígrafo. Evaluación de riesgos catastróficos. Disponer de datos cuantitativos para los estudios de inundaciones o sequías por ejemplo Curva de caudales clasificados La curva de caudales clasificados corresponde a la serie de caudales diarios del año, ordenados de mayor a menor. Se representa el número de días del año en que se ha producido un caudal mayor o igual que el expresado en ordenadas, es decir, el número de orden en la lista que ocupa un determinado caudal.

3 Clase.9 Pág. 3 de Definiciones Con la curva de caudales clasificados, se pueden definir una serie de puntos que caracterizan el tipo de régimen. De manera que puede evaluarse la regularidad/irregularidad del régimen de un río, es decir el tiempo de permanencia en el cauce del río de un determinado caudal. Se trata de una curva de frecuencias, es decir que si se divide los valores del eje de las abcisas por 365 días, se obtiene la frecuencia relativa, o en estimación, la probabilidad de que se presente un caudal igual o mayor que el que se representa en ordenadas. Q (m 3 /s) Q ci Q c Q MC Q Q ci Caudal máximo instantáneo anual. Q c Caudal máximo medio diario anual. Q MC Caudal máximo igualado o superado 0 días al año. Q mc Caudal mínimo igualado o superado todo el año, salvo los 0 días más secos. Q cs Caudal del día más seco. Q 90 Q s Q Mm Q 270 Q Qdt Q mc Q c t (días) Módulo o caudal medio anual: n Q = Qi n

4 Clase.9 Pág. 4 de 2 Q 90, Q 270 = caudal superado 90 y 270 días al año, respectivamente. Q Mm = Caudal característico de aguas medias: Q Mm = 80 Q s : Caudal semipermanente igualado o superado el 50% de los días del año Qdt Estadística de la curva de caudales clasificados A cada año le corresponde una curva de caudales clasificados, como la descrita anteriormente. Se puede escoger la envolvente inferior y superior de todos los años y, para cada valor de t(días), se obtiene una serie de valores formados por el correspondiente valor de la curva clasificada de cada año. Q (m 3 /s) Función densidad de probabilidad para un caudal superado t días al año Año real Envolvente máxima Envolvente mínima Media 365 t (días)

5 Clase.9 Pág. 5 de Distribución de frecuencia de las aportaciones Definición Es un curva en la que las abcisas son las aportaciones anuales y en ordenadas la probabilidad que se presente una aportación menor que un valor dado. Esta probabilidad se calcula dividiendo el número de aportaciones existentes iguales o mayores al valor del caudal, por el número total de aportaciones de la serie. Objetivos: regulación interanual. Método de cálculo: Para cada año se puede realizar la representación de la curva de caudales acumulados del caudal en función del tiempo, de manera que se puede calcular el volumen de agua que ha circulado a través de la estación de aforos en función del tiempo transcurrido. Si Q es el caudal en el instante t correspondiente, entonces V = t. 0Qdt Por ejemplo, para el año n: Q Volumen = Aportación del año n (Hm 3 /año) A continuación se puede realizar el estudio de frecuencia de esas aportaciones de la serie de N años. Se ordenan las aportaciones anuales: t Longitud de la serie: N Orden del año: n n Frecuencia: F = N +

6 Clase.9 Pág. 6 de 2 El resultado es el siguiente gráfico: A (hm 3 /año) Clasificación: 0 < F < 0,5: muy húmedos 0,5 < F < 0,35: húmedos 0,35 < F < 0,65: medios 0,65 < F < 0,85: secos 0,85 < F < : muy secos Muy húmedos Húmedos Medios Secos Muy secos 0 0,5 0,35 0,65 0,85 F La definición de los límites es orientativa, ya que es totalmente analítica y basada en percentiles estadísticos discrecionales en cada caso Curvas de aportación mensuales Definición En este caso se representan las aportaciones mensuales de manera que se obtienen series de doce curvas para cada año. Son curvas de igual probabilidad de ocurrencia de las aportaciones mensuales.

7 Clase.9 Pág. 7 de 2 Objetivos: comparar el comportamiento del año en curso con el de la serie completa y conocer los comportamientos mensuales de las aportaciones. Método de cálculo: Se representa la curva de distribución para cada mes: A (hm 3 /mes) (m 3 /s) (l/s/km 2 ) Año de comparación Húmedos Medios Muy húmedos Percentil (%) 25% 50% Secos Muy secos oct nov dic ene feb mar abr may jun jul ago sep 75% 95% Año hidrológico De las doce curvas de distribución, puede obtenerse unas curvas de aportaciones mensuales con su probabilidad de que sean igualadas o superadas. Se señala en la curva de distribución de cada mes las aportaciones con una probabilidad determinada, y se unen los puntos con igual probabilidad Cálculo de percentiles Percentiles: Similar a la función de distribución de aportaciones. Primero se ordenan de mayor a menor: n F% ( ) = 00 N+ Variables: - Aportaciones: hm 3 /mes o - Caudales medios mensuales: m 3 /s o - Caudales específicos medios: l/s/km 2 A veces, se utiliza este sistema para: - Caudales diarios máximos anuales (Q c ): m 3 /s - Caudales instantáneos máximos anuales (Q ci ): m 3 /s

8 Clase.9 Pág. 8 de Contraste de datos de aforo Concepto Detectar errores en los datos y utilizar métodos de corrección de los mismos. Hay que tener en cuenta la naturaleza y el origen de los datos. Datos de aforo entre estaciones: El sistema más deseable es comparar los datos entre estaciones cercanas, topológicamente conectadas y/o hidrológicamente homogéneas. Teniendo en cuenta: - Regadíos, estiaje. - Avenidas. - Epoca húmeda. A B - Canales. C D E Balance de la cuenca: A C = A A + A B A D + Intermedias Proporcionalidad que se establece solamente en cuencas similares AC AE hidrológicamente: S S C E Donde S c es la superficie de la cuenca drenante hasta el punto C. Datos de aforo pluviométricos En caso de no ser posible las relaciones entre estaciones de aforo, o de observar incongruencias, se utiliza de manera complementaria la relación con estaciones pluviométricas próximas, hidrometeorológicamente significativas y fiables. Se realiza el cálculo del hidrograma a partir del yetograma y luego se integra para determinar las aportaciones totales. x P A c = C P S + Residuo S C Siendo C el coeficiente de escorrentía (Método racional) P el valor de la precipitación S la superficie de la cuenca

9 Clase.9 Pág. 9 de Dobles acumulaciones Es un método que sirve para revisar las incongruencias o errores producidos en la realización de aforos. Relación entre dos estaciones o entre una estación y sus antecedentes. Se comparan los valores acumulativos. Se representa a continuación las aportaciones de 2 estaciones de aforos, X e Y relacionadas entre sí por una relación lineal, para un mismo periodo. Se representa en los ejes de coordenadas las acumulaciones sucesivas de las dos series, siendo la resultante una recta siguiendo la relación lineal antes mencionada. y (hm 3 ) Disfunciones Cambio circunstancial Cambio sistemático Homogéneo x (hm 3 ) - Comportamiento homogéneo sin anomalías: una recta. - Cambio sistemático (anomalía que se produce a partir de un momento concreto): un codo o cambio de pendiente. - Cambios circunstanciales (error que se produce en un momento determinado pero que no se va repitiendo): una recta paralela. - Disfunciones: irregularidades.

10 Clase.9 Pág. 0 de Curvas de desviaciones acumuladas Es otro método que compara las curvas obtenidas para varias estaciones, comprobando los puntos con desviaciones. Permite ver mejor las desviaciones que el de dobles acumulaciones. y* (hm 3 ) ( y) = ( ) final x y* y x final x (hm 3 ).9.6. Relleno de series Concepto En la realidad, es frecuente disponer de series de datos con errores o con falta de valores, o que correspondan a estaciones cercanas a los puntos de interés, o que se trate de series no lo suficiente largas como para obtener valores extremos de las aportaciones. El relleno de series se utiliza con diversos fines: - Mejoras de datos con irregularidades. - Periodos sin datos. - Correlación a punto sin series. - Generación de series sintéticas.

11 Clase.9 Pág. de Métodos Proporcionalidad de cuencas En caso de cuencas cercanas e hidrológicamente similares, se puede obtener los datos estableciendo una proporcionalidad de sus superficies: Q P S = C Q2 P2 S2 n m P y P 2 : pluviometría en la cuenca y 2 S : superficie de la cuenca Q y Q 2 : caudal en la cuenca y 2 Si n y m son la unidad, C sería el coeficiente de escorrentía que será el mismo para las dos cuencas consideradas. Aportaciones específicas Se supone que en el punto donde necesitamos los datos, existen aportaciones específicas relacionadas a la superficie de la cuenca de la misma manera que en cuencas vecinas. Se representa en abcisas la superficie (S) y en ordenadas las aportaciones específicas para cada año o mes (A/S). De manera que se puede interpolar el punto que nos interesa según su superficie de cuenca. A/S (m 3 /s/km 2 ) A i /S j Año i A n /S j Año j S (km 2 ) Ley de precipitación-coeficiente de escorrentía Estima las características hidrológicas del período y de las cuencas a analizar. Es decir, partiendo de los valores de pluviometría se estima los valores

12 Clase.9 Pág. 2 de 2 faltantes, aplicando un coeficiente de escorrentía que corresponderá a una determinada aportación de lluvia. A/S (mm) X C e = 0,40 X C e = 0,25 X C e = 0,0 Precipitación anual (mm) Estudio del balance hídrico Cálculo de aproximación de la escorrentía aplicable cuando la serie de datos de pluviometría y temperatura es suficientemente completa y de periodos más largos. Escorrentía = Precipitación Evapotranspiración Potencial (que depende de la temperatura)