1. INTRODUCCIN

1.1. Generalidades

En la distribucin del agua de riego, la Hidrometra tiene como objetivo principal, medir y registrar los caudales de agua que son captados, derivados y distribuidos a los usuarios, a travs de los sistemas de riego.

En este manual se presenta las orientaciones tcnicas, que debe conocer el personal responsable de la distribucin del agua de riego de las Organizaciones de Usuarios, de tal manera que los caudales de agua captados y entregadas a los usuarios sean los ms aproximados posible, que se obtienen por medio de estructuras hidrulicas y equipos hidromtricos debidamente diseados y calibrados. La precisin de la medicin del agua, garantiza una mejor eficiencia en la distribucin y como consecuencia mejora la recaudacin de la tarifa. La Gerencia Tcnica de la Junta de Usuarios conocer los volmenes de agua captados, distribuidos y entregados a los usuarios.

Este manual est dirigido al personal de las organizaciones de usuarios encargados de la operacin y mantenimiento de los sistemas de riego: sectoristas, guardamayores, tomeros, jefes de operacin y mantenimiento y Gerentes Tcnicos; etc

1.2. Conceptos y Definiciones.

La Hidrometra se encarga de medir, registrar, calcular y analizar los volmenes de agua que circulan en una seccin transversal de un ro, canal o tubera en la unidad de tiempo.

Para los fines del presente manual, la hidrometra tiene como propsitos medir el agua, planear, ejecutar y procesar la informacin que se registra en el sistema de riego; a travs del cual se puede:

a) Conocer el volumen de agua disponible en la fuente (hidrometra a nivel de fuente natural)b) Conocer el grado de eficiencia de la distribucin (hidrometra de operacin)

Sistema Hidromtrico.

Es el conjunto de actividades y procedimientos que permiten conocer los caudales de agua que circulan en los cauces de los ros y canales de un sistema de riego, con el fin de registrar, procesar y programar la distribucin del agua. El sistema hidromtrico tiene como soporte fsico la red hidromtrica.

Red Hidromtrica.

Es el conjunto de puntos de control ubicados estratgicamente en el sistema de riego.

Puntos de Control.

Son los lugares donde se registran los caudales de agua que circulan por una seccin hidrulica que pueden ser: estaciones hidromtricas, estructuras hidrulicas, compuertas, cadas, vertederos, medidores Parshall, RBC, ASC (Aforador Sin Cuello), miras, etc.

Registro hidromtrico.

Es la recopilacin de todos los datos de caudales que circulan por la seccin de un determinado punto de control.

Dependiendo de la ubicacin del punto de control, los registros pueden ser: De caudales en ros. De salidas de agua de reservorios. Caudales captados y entregados al sistema de riego; Etc.

Reporte.

Puede darse las siguientes acepciones:- Comunicacin en tiempo real de los datos de campo al responsable de la operacin del sistema.-Resultado del procesamiento de un conjunto de datos obtenidos, en el cual normalmente una secuencia de caudales medidos se convierten en volmenes por perodo mayor ( m3/da, m3/ mes, etc)

Medicin de agua.

Es la cuantificacin del caudal de agua que pasa por la seccin transversal de un conducto (ro, riachuelo, canal, tubera) de agua; tambin se le conoce como aforo caudal de agua.

Para cuantificar el caudal de agua se puede utilizar la siguiente frmula:

Q = A x V (1)

Donde:

Q = Caudal o Gasto (m3/s)A= rea de la seccin transversal (m2)V = Velocidad media del agua en la seccin hidrulica (m/s)

2. IMPORTANCIA

La hidrometra permite conocer los datos de caudales y volmenes en forma oportuna y veraz. La informacin hidromtrica tambin permite lograr una mayor eficiencia en la programacin, ejecucin y evaluacin del manejo del agua en un sistema de riego.

El uso de una informacin hidromtrica ordenada permite:

a. Dotar de informacin para los pronsticos de la disponibilidad de agua, esta informacin es importante para elaborar el balance hdrico y planificar la distribucin del agua de riego.

b. Monitorear la ejecucin de la distribucin del agua de riego.

c. La informacin hidromtrica tambin permite determinar la eficiencia en el sistema de riego y de apoyo para la solucin de conflictos.

En el Grfico N 01, se muestra la ubicacin y la relacin de la hidrometra con la rutina de operacin del sistema.11

Grfico N 01

3. MEDICIN DE AGUA

A.VELOCIDAD-AREAEn estos sistemas de mensura es necesario medir ambos componentes independientes y la descarga es el producto de ambos, es decir se aplica la expresin Q = VxA. La velocidad determinada es, desde luego, la velocidad promedio de la seccin. En este grupo se hallan:

Medida por correntmetro. Medida flotadores. Gradiente / Seccin.

El primero requiere utilizar el correntometro y los resultados son muy eficientes y aunque algo laborioso es de fcil ejecucin. El de flotadores es un mtodo de campo, fcil pero exige un gran cuidado para obtener resultadas satisfactorios. El tercero corresponde a la aplicacin de las ecuaciones.

Q = C . A . R 1/2 . S 1/2

Donde:

Q : Caudal.V : Velocidad del agua.A : rea de la seccin.R : Radio hidrulico = A/P,P : permetro mojado.S : Gradiente del cauce.C : Coeficiente dependiente de la rugosidad y del radio hidrulico.

A.I.MEDIDA DEL REA.

Para medir la seccin se aplican mtodos geomtricos simples. En general se trata de dividir la seccin en tringulos y trapecios cuyas dimensiones son fciles de obtener y las reas fciles de calcular. El rea total es la suma de las parciales. La medida de las dimensiones se hace empleando a diversos mtodos de campo. En cauces pequeos se hace vadeando el ro, en otros casos se utiliza pequeos puentes o pasarelas (de construccin simple y econmica).

En los cauces mayores, donde no haya un puente que permita establecer una estacin, es usual adoptar andariveles u oroyas adecuadamente instaladas. En los ros navegables se puede utilizar embarcaciones pequeas, de fcil manejo, pero es necesario acompaar mtodos (a veces complejos) de mensura de distancias y definicin de trayectorias. En cada caso se definir el mtodo mas adecuado pero, como regla general, se proceder muy cuidadosamente.

1. SECCIONES REGULARES.

Es el caso de canales y, en general acueductos, cuyas dimensiones de diseo (y construccin) son conocidas, su forma es definida y su rea tambin conocida. En todo caso son fciles de medir.

2. SECCIONES IRREGULARES.

La seccin es dividida en trapecios y tringulos mediante medidas en vertical (profundidad del agua) que hacen de bases de las figuras distancias horizontales entre dichas verticales que surgen de catetos (tringulos, rectngulos) o altura (trapecios).

Las distancias horizontales deben ser medidas sobre la superficie del agua y las profundidades referidas a puntos fijos, en cada caso. A.2. MEDIDA DE LA VELOCIDAD DEL AGUA.

Es el problema ms importante de los aforos. Como se indico hay hasta tres mtodos para medir esa velocidad y cualquiera de ellos tienen ventajas y desventajas que hay que evaluar cuidadosamente cuando se va a decidir acerca de su aplicacin. En todos los casos como regla general, requieren cuidado y preocupacin al aplicarlos. Para medir velocidades hasta de 1.00 m/s las dificultades son pequeas, pero estas crecen geomtricamente para velocidades superiores.

1. POR CORRENTMETRO.

El correntmetro (los hay de varias marcas) es un instrumento que convierte velocidades angulares en tangenciales. Las velocidades angulares son mediadas en tantas revoluciones por unidad de tiempo (segundos, minutos) que luego, con el auxilio de tablas especificas para cada correntometro, segn calibran individual, se traducen a velocidades lineales.

Con este aparato se puede medir las velocidades de los filamentos lquidos que discurren a cualquier profundidad, asegurando as mejores y mas precisos aforos.

En cuanto a la forma de hacer las mensuras, en si mismo, hay varias alternativas cuya aplicacin depender de las exigencias del caso y del ingenio del operador. El fundamento de las variantes disponibles esta en los principios relacionados con el movimiento del agua antes explicado.

2. POR FLOTADORES.

Es un mtodo de campo, rpido y que no requiere de aparatos especiales pero si exige observar ciertas condiciones tanto para el cauce como para la corriente misma, que no siempre se puede conseguir a fin de reducir los errores al mnimo compatible con el mtodo. El sistema es simple: se lanza sucesivamente a la corriente objetos capaces de flotar y se mide el tiempo que invierte cada uno en recorrer una distancia predeterminada.

El fundamento de este mtodo es que los objetos flotantes se mueven a la misma velocidad que el agua, en el cual flotan, por consiguiente medir la velocidad del objeto flotante es medir la del filamento en el cual se mueven.

Los resultados que se obtengan son proporcionalmente satisfactorios al mayor o menor cumplimiento de los requisitos que luego son descritos.

CONDICIONES DEL CAUCE.

El cauce del cual se va a medir la descarga debe ser, a lo largo del tramo necesario, de seccin tan constante como sea posible. La longitud del tramo de control depende de la magnitud de la corriente que se va a medir y va desde un mnimo de 10 mts hasta un mximo de 100 mts, tanto aguas arriba como aguas debajo de la seccin de la medida. El tramo elegido debe ser de trayectoria recta o casi.

SECCIN DE CONTROL: MEDIDA DEL REA.

Se medir el rea de la seccin de aforos por cualquiera de los mtodos conocidos. Cuando el tramo es muy largo o haya variacin de secciones se medir las de los extremos del tramo y se promediarn con la del control. Si fuese necesario se medir algunas intermedias ms.

Este proceso se aplicar cuando las diferencias entre secciones estn dentro de lmites admisibles.

TARUGOS.

Troncos de madera, ya sea de seccin circular o cuadrada, que puedan ser observados fcilmente.

DETERMINACIN DE LA VELOCIDAD.

La velocidad superficial, promedio, es la obtenida mediante los flotadores multiplicada por el factor de correccin que corresponda. El operador deber observar, cuidadosamente, las condiciones del cauce para definir el factor apropiado.

El caso ms frecuente corresponde a valores entre 0.85 y 0.95, con una media, ms probable, de 0.85.

3. MEDIANTE LA GRADIENTE HIDRULICA.

Este mtodo se basa en la aplicacin de la frmula de Chezy a la cual s a echo referencia. Los pasos son:

MEDIDA DEL REA.

Se mide el rea de la seccin de control. Se dispondr del rea y del permetro mojado. Se determina el valor del radio hidrulico para cada tirante de agua.

DETERMINACIN DE LA GRADIENTE HIDRULICA.

Determinar la gradiente del pelo de agua no es un problema fcil. Se har mediante un aparato adecuado: un nivel de ingeniero, un teodolito eligiendo, cuidadosamente, los puntos que debern estar situados a distancias apropiadas entre ellos.

Cuando los ros son muy anchos los cuales presentan, generalmente gradiente muy suaves, habr que tomar niveles sobre varios puntos y en ambas mrgenes para obtener resultados adecuados disponiendo de la gradiente ms precisa.

COEFICIENTE DE RIGUROSIDAD.

Es el paso ms difcil de resolver. La observacin debe ser sumamente cuidadosa y el criterio muy claro. Si fuese necesario y posible se har una apreciacin mediante una medida al correntmetro por ejemplo, para ajustarlo mejor, en todo caso hay que tener en cuenta los criterios dados en el cuadro.

B. MEDIDA DIRECTA.

La medida, en estos sistemas, es inmediata y por observacin directa de los aparatos ad hoc con los cuales es necesario efectuarla. Los ms importantes son:

Medidores. Tipo Parshall, por ejemplo, y otros. Vertederos. Aberturas, por contraccin.

Adems de estos y aplicables a casos diferentes de los cauces naturales y/o canales abiertos es posible mencionar varios ms, muchos de ellos muy ingeniosos. Como: Flumes Venturi, Tubos Pitot, Boquillas, Gravimtrico, Volumtrico, Mtodo Gibson, Orificios, Mtodo California, por Colorantes, Qumico, etc.

B.1.PROCESOS DIRECTOS.

Consiste en la medicin directa en recipiente de un volumen conocido. Se mide el tiempo obtenindose:

Q = Vol t

Cuanto mayor es el tiempo de determinacin, tanto mayor es la precisin. Este proceso, generalmente es aplicable en los casos de pequeas descargas, como por ejemplo, de fuentes, riachuelos, manantiales y tuberas de pequeo dimetro. En los laboratorios de hidrulica, la medicin directa de los caudales puede ser hecha en un tanque o depsitos de dimensiones conocidas. Se puede adems emplear una balanza (medida por el peso).

B.2.ORIFICIOS

Los orificios son aplicados para el control y medida de caudal en recipiente, tanques y tuberas. En las instalaciones de tratamiento de agua, son empleados frecuentemente, orificios calibrados y ajustables, para medir caudal de soluciones qumicas. El nivel del agua es mantenido constante por una vlvula de boya.

B.3.BOQUILLAS

Boquilla de Kennison, es una boquilla calibrada, cuyo empleo es indicado para la medida de caudal en tuberas que conducen lquidos lodoso. En las instalaciones de aguas negras, las boquillas Kennison son empleadas comnmente para la determinacin de caudal de lodos. El caudal es determinado por la posicin de la vena en rgimen de descarga libre. El Brasil fue uno de los primeros pases en emplearla.

B.4 VERTEDORES

Los vertedores son de empleo generalizado en hidrometra. Deben ser tomados los siguientes cuidados:

a.- Se debe usar un vertedor de tipo experimental.b.- La carga debe ser libre.c.- La cresta debe ser bien tallada y debe quedar en posicin horizontal.d.- Toda agua debe pasar sobre el vertedor.e.- La carga H debe ser medida aguas arriba, a una distancia comprendida entre cerca de 3H y 10H y nunca inferior a 2.5H.

Dimensiones sugeridas y lmites de aplicacin para vertedores rectangulares (con contracciones rectangulares):

LmitesDe caudal,L/sHmax,cmL,cmB,cmE,cmC,cmD,cm

2.0 85.05.7 160.07.0 225.09.4 480.014.2 650.021.0 990.0

30.538.038.045.545.545.530.545.561.091.5122.0183.0121.5151.5183.0213.5274.0351.091.599.0106.5122.0122.0137.0

45.553.061.061.076.084.045.545.553.061.061.076.0

Los vertedores rectangulares ms usuales son los de contraccin completa.

Adoptndose, con aproximacin, las dimensiones indicadas a continuacin, se puede obtener una apreciable precisin.

C = 2H y D = 3H

B.5.MEDIDORES DE RGIMEN CRTICO

Los medidores de rgimen critico pueden consistir en un simple estrechamiento adecuado de seccin, en rebajamiento o en la elevacin del fondo, o aun en una combinacin conveniente de estas singularidades, capaz de ocasionar el rgimen critico.

Hay una gran variedad de medidores de ese tipo, siendo bastante conocido los medidores Parshall. Los medidores Parshall son constituidos por una seccin convergente, una seccin estrecha y una seccin divergente, dispuestas conforme muestra la figura.

Los medidores Parshall son muy indicados para la medida del caudal de alcantarillas, por el hecho de no presentar aristas vivas u obstculos a la corriente liquida. Como la perdida de carga es relativamente pequea, su empleo tiende a generalizarse.

4. Red Hidromtrica

La red Hidromtrica es el conjunto de puntos de medicin que se tiene dentro de un sistema de riego. Los puntos de medicin deben ser adecuadamente ubicados a fin de determinar el caudal que circula en toda la red hidrulica.La secuencia a seguir en la aplicacin de la rutina de hidrometra, se describe a continuacin :

4.1. Importancia de la red hidromtrica.

La operacin y control de la red hidromtrica es de gran importancia por que permite conocer, graduar y controlar la informacin hidromtrica en los puntos de control de tomas principales y secundarias de las comisiones de regantes. Adems permite hacer el seguimiento o monitoreo de la Campaa Agrcola; en actividades de cobranza (Volmenes entregados, volmenes facturados); anlisis de eficiencia y/o prdidas (conduccin, distribucin); as como tambin tener actualizada la base de datos de volmenes de agua

4.2. Funcionamiento de la red hidromtrica y calibracin de estructuras de medicin.

Es necesario programar peridicamente actividades para evaluar el comportamiento hidrulico de todas las estaciones hidromtricas y calcular la discrepancia con los aforos realizados; que debe ser menor del 5% entre los datos obtenidos por aforos con correntmetro y la curva de gastos de la estructura seleccionada.En casos de presentarse estructuras con discrepancias mayores de 5%, la Gerencia Tcnica de la Junta de Usuarios, debe proceder a la evaluacin de las mismas que pueden ser rehabilitadas y calibradas.

5. Sistema de Informacin Hidromtrica

Comprende la generacin, procesamiento, anlisis, uso y archivo de la informacin generada por la red hidromtrica.

5.1. Establecimiento de mtodos y formatos de registro

La informacin obtenida en la red a travs de los puntos de control de la red hidromtrica, requiere de la adecuacin y aplicacin de formatos de registro, segn el mtodo de aforo a emplearse.

Esta informacin hidromtrica debe ser generada en los siguientes niveles:

- Infraestructura mayor (almacenamiento y captacin)- Infraestructura menor (conduccin y distribucin)- Usuarios (distribucin)

La frecuencia de la recopilacin de la informacin hidromtrica generada, debe efectuarse segn las necesidades de la operacin del sistema de riego.

- Diaria- Semanal- Mensual- Anual.

5.2. Programa de Mediciones

Definida la localizacin de los puntos de control y el mtodo de aforo a emplear se procede a la ejecucin de las mediciones a travs de los tcnicos de la Junta y Comisiones de regantes. Durante la aplicacin de los mtodos se tomarn en cuenta los errores que ya han sido detectados anteriormente a fin de evitar la repeticin de los mismos y por ende realizar la depuracin respectiva.

Los caudales obtenidos debern registrarse inmediatamente despus de efectuada la lectura.

5.3. Procesamiento e interpretacin de informacin.

Los datos levantados por los tcnicos de la Junta de Usuarios y Comisiones de Regantes en los diferentes puntos de control utilizando los formatos de registro establecidos, son entregados segn la frecuencia establecida al personal responsable de hacer las operaciones aritmticas necesarias para el clculo de parmetros que nos permiten conocer como se comportan la fuente de abastecimiento y los canales principales del sistema de riego. La supervisin, verificacin y aprobacin de la informacin estar a cargo de la Gerencia Tcnica de la Junta de Usuarios. En caso se cuente con un sistema automatizado de procesamiento de datos, la digitacin de los registros de la base de datos estar a cargo del personal de cmputo de la Junta de Usuarios.

En muchas Juntas de Usuarios los datos que se toman en la estructura o estacin segn sea la frecuencia, se envan en los formatos establecidos a la oficina de operacin y mantenimiento de la Junta de Usuarios, pudiendo ser estos: horarios, diarios, semanales, quincenales, mensuales y anuales. Con esta informacin se mantiene actualizada la base de datos, permitiendo a la vez hacer el seguimiento o monitoreo de las ocurrencias del sistema mayor de riego, determinacin de eficiencias y prdidas de agua en la red de riego.

5.4 Utilizacin de la informacin de la red hidromtrica en la operacin de la red de riego.

La salida y distribucin oportuna de la informacin obtenida es enviada a la unidad de operacin y mantenimiento de la Junta de Usuarios y Comisiones de Regantes, para ser utilizadas como elementos de apoyo para realizar los reajustes del programa de distribucin de agua, que permitan una correcta operacin del sistema de riego.

En los formatos N 5, 6 y 7, se utilizan para determinar los volmenes de agua recibidos del sistema y los distribuidos con la finalidad de estimar los volmenes de perdidas y facturar adecuadamente el agua entregada en una determinada rea o sector de riego

5.5. Documentacin y archivo.

Se necesita concentrar y conservar toda la informacin, tanto de base de datos, como la procesada en cuadros, tablas, grficos, y otros en archivos y sistemas de cmputo en un lugar apropiado, porque es importante a fin de tomar las decisiones adecuadas para la operacin del sistema de riego.

El anlisis y utilizacin de la informacin para ser usadas en otras rutinas de O&M, es de responsabilidad de la Gerencia Tcnica y de los directivos de Junta de Usuarios y Comisiones de Regantes.

El grfico N 2. Muestra la secuencia del sistema de informacin hidromtrica.

Grfico N 2 Sistema de Informacin Hidromtrica

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