Estudio.hidrologico.hidraulico.y.ambiental.rio.Risaralda.2010

ESTUDIO HIDROLGICO, HIDRULICO Y AMBIENTAL DEL RO RISARALDA MEDIANTE CAMPAAS DE

MUESTREO DE LAS VARIABLES AMBIENTALES Y DE SEDIMENTOS PARA EL TRAMO FINAL DE LOS ROS

RISARALDA Y MAPA

INFORME FINAL

FASE 2.

Presentado a: Corporacin Autnoma Regional

de Risaralda CARDER

Instituto de Estudios Ambientales - IDEA -

Grupo de Trabajo Acadmico en Ingeniera Hidrulica y Ambiental

Manizales, Diciembre de 2010

ESTUDIO HIDROLGICO, HIDRULICO Y AMBIENTAL DEL RO RISARALDA MEDIANTE CAMPAAS DE MUESTREO DE LAS VARIABLES AMBIENTALES Y DE SEDIMENTOS PARA EL TRAMO FINAL DE LOS ROS

RISARALDA Y MAPA. INFORME FINAL

2

CONTENIDO

LISTA DE TABLAS ............................................................................................. 5

1. INTRODUCCIN ...................................................................................... 15

2. OBJETIVOS .............................................................................................. 16

2.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 16

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................... 16

3. GRUPO PARTICIPANTE .......................................................................... 17

4. SITIOS DE MUESTREO ........................................................................... 18

5. COMPOMENTE HIDRULICA ................................................................. 21

5.1. CURVAS DE CALIBRACIN .............................................................. 24

5.1.1. Construccin de Curvas de Calibracin ........................................ 24

5.1.2. Almacenamiento de las curvas de calibracin .............................. 28

5.2. AFOROS LIQUIDOS ........................................................................... 28

5.2.1. Nivel del agua ............................................................................... 30

5.2.2. Toma de datos de nivel ................................................................ 31

5.2.3. Aforo lquido ................................................................................. 32

5.3. AFOROS SLIDOS ............................................................................ 54

5.3.1. Monitoreo de sedimentos ............................................................. 55

5.4. RELACIONES DE LA GEOMETRA HIDRULICA PARA LA

VELOCIDAD DEL FLUJO Y EL CAUDAL..................................................... 65

5.4.1. La geometra hidrulica ................................................................ 65

5.4.2. La ecuacin del flujo considerando directamente la geometra

hidrulica simplificada (lineal) ................................................................... 67



3

5.4.3. La geometra hidrulica generalizada ........................................... 67

5.4.4. La ecuacin del flujo (no lineal) considerando directamente la

geometra hidrulica generalizada ............................................................ 69

6. COMPONENTE HIDROLGICA .............................................................. 82

6.1. MODELACIN HIDROLGICA .......................................................... 83

7. COMPONENTE AMBIENTAL -ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AGUA. . 86

7.1. SITIOS DE MUESTREO ..................................................................... 87

7.2. MEDICIN DE CAUDAL ..................................................................... 87

7.3. TIPO DE MUESTREO ......................................................................... 88

7.4. PARAMETROS ANALIZADOS ........................................................... 89

7.4.1. Tipo de ensayo y norma tcnica utilizada ..................................... 89

7.5. RESULTADOS DE LA CAMPAA DE MONITOREO ......................... 90

8. COMPONENTE AMBIENTAL ................................................................. 104

8.1. CONCEPTO DE BIOINDICADOR AMBIENTAL O DE HBITAT ...... 107

8.2. COMUNIDAD PERIFTICA ............................................................... 108

8.3. MATERIALES Y MTODOS ............................................................. 109

8.3.1. Seleccin de los sitios de muestreo ............................................ 109

8.3.2. Tcnicas de muestreo ................................................................ 109

8.3.3. Especificaciones de muestreo por punto. ................................... 112

8.4. ANLISIS DE DATOS DE LA INFORMACIN OBTENIDA EN LA

COLECTA DE MACROINVERTEBRADOS ACUTICOS .......................... 117

8.4.1. Biological Monitoring Working Party: ndice bitico semicuantitativo

BMWP. 117



4

8.4.2. Riqueza de Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera EPT y

ELPT 118

8.5. RESULTADOS OBTENIDO CON EL MUESTRO DE

MACROINVERTEBRADOS ACUTICOS .................................................. 119

8.5.1. Comunidad perifitica. .................................................................. 119

8.5.2. Levantamiento vegetal ................................................................ 122

8.5.3. Comunidad de macroinvertebrados acuticos ............................ 127

8.6. RECOLECCIN DE MUESTRAS DE BIOINDICADORES

(HORMIGAS) EN ECOSISTEMAS. RESULTADOS PRELIMINARES ....... 153

8.6.1. Ubicacin del muestreo de fauna y vegetacin. ......................... 153

8.6.2. Muestreo ..................................................................................... 153

8.6.3. Variables Fsicas ........................................................................ 157

8.6.4. RESULTADOS Y DISCUSIN ................................................. 157

8.6.5. ANLISIS DE RESULTADOS .................................................... 184

9. RECOMENDACIONES ........................................................................... 186

10. BIBLIOGRAFA ..................................................................................... 191



5

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 . Puntos de muestreo seleccionados sobre el ro Risaralda y el ro

Mapa 18

Tabla 2. reas acumuladas de las cuencas aferentes de los diferentes puntos

de muetreo. 21

Tabla 3. Tcnica utilizada en cada uno de los puntos de aforo 29

Tabla 4. Valores para realizar la correlacin de la velocidad. 51

Tabla 5. Ecuaciones para el molinete tipo OTT/C31 y la hlice 1-239599 de

acuerdo al modo de fijacin de ste. 52

Tabla 6. Datos de velocidades y caudales registrados en el punto de muestreo

puente Negro en la primera salida de campo. 53

Tabla 7. Caudales obtenidos durante las campaas de aforo 54

Tabla 8. Nmero de Partculas segn el rango (mm). 57

Tabla 9. Clculo de los D50 y D90 de las muestras de material de fondo

recolectadas. 61

Tabla 10. Resultados de la granulometra (material suspendido) salida uno. 63

Tabla 11. Resultados de la granulometra (material suspendido) salida dos. 63

Tabla 12. Caudales medios para evaluacin del estudio fsico qumico (m3/s). 87

Tabla 13. Parmetros a analizar y norma tcnica utilizada con base en

Standard Methods APHA-AWWA_WEF 20th edition. 89

Tabla 14. Parmetros fsicos para el primer muestreo. 90

Tabla 15. Parmetros qumicos para el primer muestreo. 90

Tabla 16. Primer muestreo. Anlisis de metales pesados para el sitio nmero

6. Ro Risaralda Puente Mocatn, va La Virginia Apia. 91

Tabla 17. Parmetros fsicos para el segundo muestreo. 92



6

Tabla 18. Parmetros qumicos para el segundo muestreo. 92

Tabla 19. Anlisis de metales pesados para el sitio nmero 6. Ro Risaralda

Puente Mocatn, va La Virginia Apia. Segundo muestreo 93

Tabla 20. Parmetros fsicos para el tercer muestreo. 94

Tabla 21. Parmetros qumicos para el tercer muestreo. 94

Tabla 22. Parmetros fsicos para el cuarto muestreo. 95

Tabla 23. Parmetros qumicos para el cuarto muestreo. 96

Tabla 24. Parmetros fsicos para el quinto muestreo. 97

Tabla 25. Parmetros qumicos para el quinto muestreo. 97

Tabla 26. Resumen de resultados. 98

Tabla 27 . Distancias entre cada uno de los puntos de medicin. 99

Tabla 28. Organismos perifticos encontrados en los puntos de muestreo. 121

Tabla 29. Inventario vegetal correspondiente al levantamiento realizado en los

seis puntos de muestreo. 124

Tabla 30. Lista de especmenes colectados con su respectiva clasificacin

(familia y morfoespecie) y valores de BMWP. 136

Tabla 31. Subfamilias de Formicidae y generos capturados en Winkler. 162

Tabla 32. Submailias de Formicidae y generos capturados en Corner. 163

Tabla 33. Abundancia por localidad para Winkler y Corner. 174

Tabla 34. Riqueza de Margaleff por localidad para Winkler y Corner. 178

Tabla 35. Riqueza de Margaleff por localidad y por mes para Winkler y Corner.

179



7

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Sitios de muetreo seleccionados sobre el ro Risaralda. ................... 19

Figura 2. Sitios de muetreo seleccionados sobre el ro Risaralda y el ro Mapa.

......................................................................................................................... 20

Figura 3. Mapa de las reas acumuladas en los puntos de muestreo. ............ 22

Figura 4. Mapa de la direccin del flujo enla zona de influencia de los diferentes

puntos de muestreo. ......................................................................................... 23

Figura 5. Curvas de nivel vs Caudal, rea y velocidad. .................................... 26

Figura 6. Puntos de aforo seleccionados en la seccin. Fuente:

www.ineter.gob.ni ............................................................................................. 36

Figura 7. Ejemplo del mtodo de la trayectoria. ............................................... 42

Figura 8. Tubo de Pitot. .................................................................................... 42

Figura 9. Tpico medidor Venturi. ..................................................................... 43

Figura 10. Canaleta Parshall (nzdl.sadl.uleth.ca). ............................................ 44

Figura 11. Vertedero. ....................................................................................... 44

Figura 12. Aforo qumico de una corriente. ...................................................... 46

Figura 13. Aforo con Flotador. Fuente: www.siar.cl .......................................... 50

Figura 14. Relacin Caudal - Ancho para el punto de muestreo en Puente

Lzaro. ............................................................................................................. 70

Figura 15. Relacin Caudal - Velocidad para el punto de muestreo en Puente

Lzaro. ............................................................................................................. 71

Figura 16. Relacin Caudal - rea para el punto de muestreo en Puente

Lzaro. ............................................................................................................. 71

Figura 17. Relacin Caudal Profundidad hidrlica para el punto de muestreo

en Puente Lzaro. ............................................................................................ 72



8

Figura 18. Relacin Caudal Ancho para el punto de muestreo en Puente

Remolinos. ....................................................................................................... 72


Remolinos. ....................................................................................................... 73

Figura 20. Relacin Caudal rea para el punto de muestreo en Puente

Remolinos. ....................................................................................................... 73

Figura 21. Relacin Caudal Profundidad hidralica para el punto de muestreo

en Puente Remolinos. ...................................................................................... 74


Negro. .............................................................................................................. 74

Figura 23. Relacin Caudal Velocidad para el punto de muestreo en Puente

Negro. .............................................................................................................. 75

Figura 24. Relacin Caudal rea para el punto de muestreo en Puente Negro.

......................................................................................................................... 75

Figura 25. Relacin Caudal Profundidad hidrulica para el punto de muestreo

en Puente Negro. ............................................................................................. 76

Figura 26. Relacin Caudal Ancho para el punto de muestreo La Cristalina. 76

Figura 27. Relacin Caudal Velocidad para el punto de muestreo La

Cristalina. ......................................................................................................... 77

Figura 28. Relacin Caudal - rea para el punto de muestreo La Cristalina. ... 77

Figura 29. Relacin Caudal Profrundidad hidrulica para el punto de

muestreo La Cristalina. .................................................................................... 78

Figura 30. Relacin Caudal Ancho para el punto de muestreo ro Mapa. ..... 78

Figura 31. Relacin Caudal Velocidad para el punto de muestreo ro Mapa. 79

Figura 32. Relacin Caudal rea para el punto de muestreo ro Mapa. ........ 79



9


ro Mapa. .......................................................................................................... 80

Figura 34. Relacin Caudal - Ancho para el punto de muestreo en La Virginia.

......................................................................................................................... 80

Figura 35. Relacin Caudal - Velocidad para el punto de muestreo en La

Virginia. ............................................................................................................ 81

Figura 36. Relacin Caudal - rea para el punto de muestreo en La Virginia. . 81


en La Virginia. .................................................................................................. 82

Figura 38. Esquema conceptual del movimiento vertical en cada celda segn el

modelo TETIS .................................................................................................. 84

Figura 39. Esquema para la toma de muestras puntuales. .............................. 88

Figura 40. Propiedades fsicas medidas en el primer muestreo. ...................... 90

Figura 41. Propiedades qumicas medidas en el primer muestreo. .................. 91

Figura 42. Propiedades fsicas medidas en el segundo muestreo. .................. 92

Figura 43. Propiedades qumicas medidas en el segundo muestreo. .............. 93

Figura 44. Propiedades fsicas medidas en el tercer muestreo. ....................... 94

Figura 45. Propiedades qumicas medidas en el tercer muestreo. ................... 95

Figura 46. Propiedades fsicas medidas en el cuarto muestreo. ...................... 96

Figura 47. Propiedades qumicas medidas en el cuarto muestreo. .................. 96

Figura 48. Propiedades fsicas medidas en el cuarto muestreo. ...................... 97

Figura 49. Propiedades qumicas medidas en el cuarto muestreo. .................. 98

Figura 50 . Relacin entre Temperatura y caudales. ...................................... 100

Figura 51. Relacin entre las concentraciones de oxgeno disuelto con el

caudales. ........................................................................................................ 100



10

Figura 52. Relacin entre las concentraciones de oxgeno disuelto con el

caudales. ........................................................................................................ 101

Figura 53. Relacin entre la turbidez y el caudal. ........................................... 101

Figura 54. Relacin entre la turbidez con el rea. .......................................... 102

Figura 55 . Datos de la turbidez con relacin al caudal en las corrientes

estudiadas. ..................................................................................................... 102

Figura 56. Datos de la turbidez con relacin al rea de influencia. ................ 102

Figura 57. Relacin entre la conductividad y el caudal. ................................. 103

Figura 58. Datos de la conductividad con relacin al caudal en las corrientes

estudiadas. ..................................................................................................... 103

Figura 59 . Relacin entre las cantidades de fsforo y el caudal. .................. 104

Figura 60. Ejemplos de la toma de muestras con red D y red Surber. ........... 110

Figura 61. Esquema de trabajo y separacin de muestras de bentos en

laboratorio. ..................................................................................................... 111

Figura 62. Metodologa empleada para hallar el ndice BMWP...................... 118

Figura 63. Metodologa empleada para hallar ndices biticos. A. EPT o riqueza

de Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera. B. ELPT o riqueza de Elmidae,

Plecoptera y Trichoptera. ............................................................................... 118

Figura 64. Localizacin de las comunidades perifticas en los cuerpos de agua.

....................................................................................................................... 119

Figura 65. Riqueza y abundancia de especies a lo largo de los meses de

muestreo. ....................................................................................................... 128

Figura 66. Valores de los ndices de calidad BMWP y EPT. .......................... 129

Figura 67. Relaciones entre slidos sedimentables y EPT para cada punto de

muestreo. ....................................................................................................... 131



11

Figura 68. Comportamiento de las variables BMWP y turbidez a travs del

tiempo de muestreo y posibles relaciones entre las mismas.......................... 133

Figura 69. Comportamiento de las variables Caudal y Abundancia a travs del

tiempo de muestreo y posibles relaciones entre las mismas.......................... 135

Figura 70. Valor del BMWP para el mes de marzo. ....................................... 148

Figura 71. Valor del BMWP para el mes de abril. ........................................... 149

Figura 72. Valor del BMWP para el mes de mayo. ......................................... 150

Figura 73. Valor del BMWP para el mes de junio. .......................................... 151

Figura 74. Valor del BMWP para el mes de julio. ........................................... 152

Figura 75. a. Montaje de trampas Winkler. b. Montaje de trampas Corner. 156

Figura 76. Nmero de individuos capturados en los 5 muestreos. ................. 158

Figura 77. Nmero de individuos capturados en los 5 muestreos de Winkler. 159

Figura 78. Nmero de individuos capturados en los 5 muestreos de Corner. 160

Figura 79. Morfotipos con mayor nmero de capturas en los puntos del

muestreo, con Winkler. ................................................................................... 164

Figura 80. Morfotipos con mayor nmero de capturas en los puntos del

muestreo, con Corner. .................................................................................... 165

Figura 81. Morfotipos con mayor nmero de capturas en el punto 1 con Winkler.

....................................................................................................................... 166

Figura 82. Morfotipos con mayor nmero de capturas en el punto 1 con Corner.

....................................................................................................................... 166


....................................................................................................................... 167


....................................................................................................................... 168



12


....................................................................................................................... 169


....................................................................................................................... 169


....................................................................................................................... 170


....................................................................................................................... 170


....................................................................................................................... 171


....................................................................................................................... 172


....................................................................................................................... 173


....................................................................................................................... 173

Figura 93. Distribucion de abundancias para el muestreo Winkler. ................ 176

Figura 94. Distribucion de abundancias para el muestreo Corner.................. 176

Figura 95. Estimadores de riqueza para el muestreo Winkler. ....................... 181

Figura 96. Estimadores de riqueza para el muestreo Corner. ........................ 181

Figura 97. Dendrograma de similitud de Bray Curtis para el muestreo de

Winkler. .......................................................................................................... 182

Figura 98. Dendrograma de similitud de Bray Curtis para el muestreo de

Corner. ........................................................................................................... 183



13

LISTA DE FOTOGRAFAS

Fotografa 1. Puente Lzaro, ro Risaralda ...................................................... 33

Fotografa 2. Puente Remolinos, ro Risaralda................................................. 33

Fotografa 3. Puente Negro, ro Risaralda. ....................................................... 34

Fotografa 4. Punto colgante, ro Mapa. ........................................................... 34

Fotografa 5. Ro Mapa, ro Mapa. ................................................................... 35

Fotografa 6. Puente Mocatn Va Apa; La Virginia R. Risaralda. ................... 35

Fotografa 7. Soporte para el malacate del molinete universal desarrollado por

el grupo de trabajo de aforos............................................................................ 37

Fotografa 8. Molinete universal utilizado en los aforos por suspensin. ......... 37

Fotografa 9. Aforo por vadeo en el ro Mapa. .................................................. 38

Fotografa 10. Recoleccin directa del material de fondo. ............................... 59

Fotografa 11. Draga de muestreo de fondo..................................................... 59

Fotografa 12. Muestreador integrador de muestras. ....................................... 60

Fotografa 13. Muestreador se sedimentos en suspensin. ............................. 60

Fotografa 14. Toma de muestras y medicin de variables en campo. Rio Mapa.

......................................................................................................................... 88



14

LISTA DE ANEXOS

Anexo 1. Clasificacin taxonmica de los especmenes encontrados en los seis

puntos de muestreo. ....................................................................................... 189



15

1. INTRODUCCIN

Las corrientes y los cuerpos de agua son considerados fuentes primordiales para la existencia del hombre, por lo que tienen que ser cualificados y cuantificados por medio de mediciones o aforos para dar apoyo a ciencias como la hidrologa, la hidrulica, la ecologa, la qumica y la biologa entre otras. Es por medio de estas herramientas cientficas, arrojadas por las diferentes ciencias aplicadas, que han ayudado a que en la actualidad exista un creciente inters por parte de las entidades ambientales (CORPOCALDAS, CARDER) y relacionados (Alcaldas, autoridades mineras) de desarrollar una gestin ambiental integral de las cuencas de Caldas y Risaralda; por ende buscan conocer, proteger y manejar los ecosistemas fluviales de ambos departamentos, ejecutando proyectos como este, que permitan evidenciar los cambios de los ros en el tiempo, desarrollando criterios fsicos-qumicos y biolgicos que permitan estimar el efecto y magnitud de las intervenciones antrpicas, para garantizar la utilizacin racional y sostenible de la oferta hdrica. Por estas razones, dentro de este proyecto se procede a recopilar informacin bsica y puntual de fauna (hormigas como grupo indicador, macroinvertebrados y comunidades perifiticas) y vegetacin del cauce del ro Risaralda (tramo final e la cuenca del Ro Risaralda), como datos que servirn de herramienta de partida para evaluar el estado de conservacin del ecosistema de la ribera del ro, y generar las bases cientficas para el desarrollo de planes de manejo y/o restauracin, adems de procurar hacer una explotacin sostenible de los recursos por parte de la industria y las comunidades de la zona.



16

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Presentar los resultados obtenidos en las diferentes campaas de muestreo de variables.

2.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Realizar aforos por vadeo en el ro Mapa y aforos en suspensin sobre el ro Risaralda.

Identificar las condiciones fsicas, qumicas y bacteriolgicas de lnea base en los ros Risaralda y Mapa.

Identificar las comunidades de hormigas como indicadores del estado ambiental en los seis puntos de muestreo de la ribera Risaralda, tramo Final.

Identificar la vegetacin presente en los seis puntos de muestreo de la ribera Risaralda, tramo Final.

Identificar los macroinvertebrados y comunidad perifitica en los seis puntos de muestreo de la ribera Risaralda, tramo Final.

Tomar muestras del transporte del sedimento para determinar la capacidad de transporte de material de arrastre en los ro Mapa y Risaralda



17

3. GRUPO PARTICIPANTE

El Grupo de Trabajo Acadmico en Ingeniera Hidrulica y Ambiental de la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales es la unidad encargada de llevar a cabo esta investigacin en el marco de los proyectos ejecutados por el Instituto de Estudios Ambientales. El personal adscrito al proyecto de investigacin presenta fortalezas en las reas de aforos lquidos y slidos, muestreo de variables ambientales, hidrulicas y sedimentolgicas en el tramo final de los ros Risaralda y Mapas. Grupo de trabajo conformado por las siguientes personas: INGENIEROS CIVILES: Jorge Julin Vlez Upegui

Joan Nathalie Surez Hincapi

INGENIEROS QUMICOS: Adela Londoo Carvajal

Mara Fanny Ocampo B

Gabriel Hernando Cadavid Lady Andrea Fuertes Carlos Humberto lvarez BILOGAS: Paola Carolina Acero Luz ngela Galindo OPERARIO DE LABORATORIO: Jos Wilmar Aguirre Gmez ESTUDIANTES DE INGENIERA CVIL: Mauricio Tamayo Jimnez

Federico Gmez Benavides Alex Hurtado Quintero Jairo Andrs Pardo Ros Andrs Mauricio Tavera

AUXILIAR DE CAMPO: Gabriel ngel Morales Varn Luis Snchez

AUXILIAR DE LABORATORIO: Jos Edwin Gmez

PERSONAL LABORATORIO DE AGUA: John Edwar Alzate B.

AUXILIAR ADMINISTRATIVO: Hctor Fabio Albarn



18

4. SITIOS DE MUESTREO

Los sitios escogidos para los diferentes aforos y muestreos se seleccionaron en la visita de reconocimiento realizada en el mes de enero. A estos se les agreg un punto extra de monitoreo sobre el ro Mapa, denominado Finca Npoles, ubicado ms o menos 1 km aguas abajo del punto puente colgante, debido al aumento de los niveles del agua se debo aforar por suspensin. En la Tabla 1 se relacionan las coordenadas planas, con origen choc, de los diferentes puntos de muestreo:

Tabla 1 . Puntos de muestreo seleccionados sobre el ro Risaralda y el ro Mapa

Punto Corriente Lugar de muestreo Latitud Longitud Elevacin

(m)

1 Ro Risaralda Puente Lzaro 1139053.341 1063202.69 1086

2 Ro Risaralda Puente Remolinos 1136957.391 1056869.834 965

3 Ro Risaralda Puente Negro 1133818.626 1043114.695 965

4 Ro Mapa La Cristalina-Puente Colgante

1128658.409 1048794.682 1044

5 Ro Mapa Ro Mapa 1131314.152 1041721.315 975

6 Ro Risaralda Puente Mocatn Va Apa; La Virginia 1132250.372 1033753.514 1253



19

Figura 1. Sitios de muetreo seleccionados sobre el ro Risaralda.



20

Figura 2. Sitios de muetreo seleccionados sobre el ro Risaralda y el ro Mapa.



21

5. COMPOMENTE HIDRULICA

Para el desarrollo de esta componente el insumo bsico fue la informacin obtenida en los diferentes puntos de muestreo (aforos lquidos y muestras granulomtricas), correspondientes a su vez a los sitios seleccionados en la visita de reconocimiento realizada en el mes de enero relacionados en el tem anterior y toda la informacin cartogrfica. La informacin recogida permito, adems, dar una caracerizacin bsica a las cuencas de las corrientes estudiadas. En la Tabla 2 se pueden apreciar las reas de drenaje aacumuladas relacionadas a cada uno de los puntos de muestreo. Tabla 2. reas acumuladas de las cuencas aferentes de los diferentes puntos

de muetreo.

CUENCA AFERENTE REAS (km2)

Puente Lzaro 517

Puente Remolinos 635

Puente Negro 856.7

La Cristalina 258.7

Ro Mapa 281.9

Puente Mocatn, Va Apa; La Virginia 1261



22

Figura 3. Mapa de las reas acumuladas en los puntos de muestreo.



23

Figura 4. Mapa de la direccin del flujo enla zona de influencia de los

diferentes puntos de muestreo.



24

Se presenta a continuacin una serie de definiciones relacionados con los temas desarrollados durante el estudio hidrulico, y otros que aclaran la necesidad de informacin para las actividades de las fases futuras del estudio.

5.1. CURVAS DE CALIBRACIN

Las curvas de calibracin o de gastos son las definen la relacin que existe entre el nivel y el caudal. Esta relacin se puede determinar despus de realizar muchas mediciones de caudales y niveles para definir una curva continua de gastos. Es tradicional buscar relaciones de tipo potencial entre las variables hidrulicas segn evidencias empricas encontradas en todo el mundo, por lo que normalmente se trata de ajustar curvas de tipo potencial (Leopold, Wolman y Miller, 1964).

5.1.1. Construccin de Curvas de Calibracin

La mayora de corrientes y ros, especialmente los no aluviales exhiben control permanente, por lo que la relacin entre el nivel y el caudal se expresa como:

Q = a (H-H0)b

En donde Q es el caudal en m/s, H es el nivel en m, H0 es el nivel en m al cual el caudal es igual a cero y a y b son las constantes hidrulicas de la curva de calibracin. Esta expresin puede ser expresada grficamente si dibujan aritmtica o logartmicamente los niveles con su correspondiente caudal. Los mejores valores de a y b son obtenidos por el mtodo de los mnimos cuadrados. Sin embargo, de acuerdo a la geometra del cauce de la seccin, la cual se conoce a travs de perfiles transversales, estos coeficientes a y b no son necesariamente los mismos para todo el rango de niveles, por ejemplo existen cauces en donde a determinado nivel sufren un ensanchamiento brusco por lo que la curva puede cambiar. La principal incgnita en la ecuacin es el H0, para lo cual existen mtodos alternativos para su determinacin. Existen algunas secciones de control no permanentes, es decir, que la relacin existente entre el nivel y el caudal no es nica, por lo tanto cambia con el tiempo. Esto se debe bsicamente a cambios en las caractersticas de la seccin por crecimiento de vegetacin; a los fenmenos de sedimentacin o socavacin en cauces aluviales; a la influencia de las mareas en las secciones y a los efectos de flujo no estable que ocasionan los cambios del nivel abruptos. En estos casos es imprescindible que se tengan aforos lquidos frecuentemente, que permitan por un lado actualizar las curvas de calibracin y por otro lado analizar detalladamente los fenmenos que se presentan para establecer las relaciones correctas entre el nivel y el caudal.



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Todos los cauces estn sometidos a cambios continuos de sus caractersticas hidrulicas, por eso es muy importante el sitio donde se encuentra ubicada la estacin de aforo, este sitio debe seleccionarse de acuerdo a criterios que garanticen la estabilidad de la seccin y la mayor cercana del flujo de la corriente al rgimen uniforme. Cuando los cauces son inestables, varan las condiciones hidrulicas del mismo de tal forma que se presenta el fenmeno de histresis en la curva de calibracin, este fenmeno indica que la curva de gastos durante el proceso de crecientes o durante la rama ascendente del limnigrama es diferente a la curva de gastos que se observa durante la rama descendente debido a que la pendiente de la lnea de energa vara notablemente entre ambos. Por lo tanto, el proceso de construccin de curvas de calibracin para cauces inestables debe tomar en consideracin este efecto. Para la seleccin del lugar para la instalacin de las estaciones hidrolgicas, uno de los requerimientos primordiales es la estabilidad de la seccin. Sin embargo, en la naturaleza, se presentan casos en los cuales no es factible cumplir esta condicin y an as es necesario efectuar el seguimiento de los caudales. En este trabajo se presenta la rutina de construccin de curvas de gasto para cauces estables e inestables. La capacidad de transmisin hidrulica de un cauce se representa por su caudal, y por la relacin que este guarda con un determinado nivel; cuando los cauces son estables, las curvas de gastos se caracterizan por una relacin uno a uno entre caudal y nivel; la monoyectividad de esta relacin se puede determinar por la dispersin entre la magnitud del caudal aforado y el valor de caudal obtenido por medio de la curva de calibracin obtenida. Desde el punto de vista prctico la dispersin entre estas magnitudes no debe superar el error sistemtico del aforo, de acuerdo con la literatura tcnica el error sistemtico de los aforos realizados en la red de observaciones del IDEAM en promedio no supera el 10%, por lo tanto para considerar que una curva de calibracin, en una determinada seccin, presenta una relacin estable o monoyectiva es necesario, que la dispersin entre los caudales aforados y los obtenidos a travs de la curva de gasto, no supere ese 10%, que corresponde al promedio del error sistemtico de las metodologas de aforo recomendadas por el IDEAM. Inicialmente no se tiene informacin acerca de la estabilidad del punto escogido para el aforo de caudales, por lo tanto es necesario, despus de las primeras campaas de medicin, evaluar la estabilidad de la seccin. El proceso de construccin es tradicionalmente una rutina manual en la que la opinin del especialista es muy importante. Existen algunos aplicativos semiautomticos para la construccin de curvas de calibracin, pero estos por



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lo general carecen del elemento necesario para la evaluacin de la estabilidad de la curva. El proceso de construccin de las curvas contiene los siguientes pasos:

Verificacin del resumen de aforos: Consiste en un simple anlisis de concordancia entre los valores que se presentan en el resumen de aforos, por lo general se realiza para evitar errores de trascripcin de datos.

Creacin de los grficos nivel vs caudal, nivel vs rea, nivel vs velocidad: Para contar con la posibilidad de analizar integralmente el comportamiento hidrulico de la seccin se dibujan, en un mismo plano cartesiano, con referencia a un solo eje de ordenadas H (nivel) y a varios ejes de abscisas Q, A, y v (Caudal, rea y velocidad) tal como se muestra en la Figura 5

Figura 5. Curvas de nivel vs Caudal, rea y velocidad.

Trazado de las curvas medias por los campos de puntos: Realizar un proceso de ajuste por mnimos cuadrados, o por cualquier otro mtodo, ajustando una ecuacin analtica a cada campo de puntos (caudales, reas y velocidades). Para que las curvas no intercepten los orgenes de las abscisas de cada curva se trasladan hacia la derecha con respecto al origen de la curva que le antecede. Para facilitar el anlisis, al lado de los puntos se puede subscribir el nmero del aforo.

Verificacin de las grficas: Si la amplitud de los caudales es muy grande, cuando el cociente entre el caudal mximo aforado y el caudal mnimo aforado es igual o mayor que 20, la parte inferior de las curvas



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se grafican en una escala mayor (5-10 veces), lo cual permite definir con mayor exactitud los caudales de estiaje. La relacin nivel vs rea tiene una configuracin regular si la seccin tiene una forma muy parecida a la descrita para la curva nivel vs caudal, exceptuando algunos puntos de quiebre donde la seccin cambia de forma bruscamente. En condiciones de flujo uniforme, la forma de la curva nivel vs velocidad presenta una ligera curvatura hacia la izquierda, lo que refleja el aumento de rugosidad cuando los niveles alcanzan la altura de las orillas con vegetacin de ribera.

Verificacin de la relacin entre los caudales observados y calculados: Es necesario comparar los caudales observados durante los aforos con los que se obtienen a travs de la curva ajustada de nivel vs caudal y verificar que los errores no sean significativos.

Evaluacin de la estabilidad de la curva de gasto: La dispersin que se presenta entre los caudales aforados y los caudales ajustados es justificada por el error sistemtico de la metodologa de aforo, factores hidrulicos y morfolgicos. La dispersin por error sistemtico de la metodologa de aforo es aleatoria y por lo tanto su influencia es balanceada ya que se presenta, alternadamente, con signos positivos y negativos. La influencia de factores hidrulicos y morfolgicos puede ocasionar una alta dispersin en la curva debido a que no se cumple totalmente la hiptesis del rgimen de flujo uniforme, y produce la aparicin del fenmeno de histresis en la curva, lo que ocasiona que para un mismo nivel se relacionen, como mnimo, dos caudales. La dispersin de la curva H = f(Q) se calcula como:

En donde, es el error de la mtodologa, siendo N es el nmero de

aforos utilizados para construir la curva, k es el grado de libertad de la

ecuacin de regresin, Qi es el caudal aforado en el nivel Hi, es el

caudal obtenido de la curva ajustada bajo nivel Hi. Entonces, la curva se considera estable s el error no es mayor del 10%.

Construccin de la tabla de calibracin: si se disponen de aforos la curva se elabora realizando el ajuste respectivo, teniendo en cuenta que para



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los niveles altos no se disponen de aforos y se hace necesario extrapolar las curvas de calibracin.

5.1.2. Almacenamiento de las curvas de calibracin

Cuando se obtienen las curvas de gastos, se pueden almacenar de dos maneras:

Forma tabulada: Se extraen los puntos de la curva de la curva de calibracin en forma de tabla. La extraccin se hace de forma que se puedan interpolar los puntos intermedios, lineal o exponencialmente, sin errores importantes en la estimacin del caudal.

Forma funcional: Puede ser con una una ecuacin terica (o modificada) para una estructura de aforo, una funcin ajustada por computador a los puntos aforados, que es una automatizacin del proceso manual de ajuste de curvas o con una funcin ajustada a los puntos de una tabla preparada en la forma tabulada.

La informacin anterior pone de manimifesto que las curvas de calibracin slo se pueden determinar despus de realizar muchas mediciones de caudales y niveles para definir una curva continua de gastos o caudales representativa.

5.2. AFOROS LIQUIDOS

La medicin de la cantidad de agua es lo que interesa y sirve de referencia para las variables ambientales e hidrulicas. Debido a la gran cantidad de factores que alteran, transforman y modifican las corrientes de agua, se hace necesaria la captacin de informacin confiable, que de alguna manera sirva para modelar y relacionar satisfactoriamente los caudales que circulan por las corrientes naturales con las dems variables. Son las estaciones hidromtricas los sitios encargados de medir las diferentes variables de inters en la medicin de la cantidad de agua. Las mediciones se realizan de forma indirecta, ya que no existe un aparato que mida realmente el caudal circulante por los ros naturales, por este motivo se debe recurrir a mediciones indirectas, ya sea del nivel del agua, de la presin que ejerce el agua o de la concentracin de ciertas sustancias qumicas en el agua. En la Tabla 3 se relaciona la forma de medicin para la obtencin del caudal en los diferentes puntos de aforo en cada una de las salidas realizadas.



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Tabla 3. Tcnica utilizada en cada uno de los puntos de aforo

SALIDA n PUNTO n SITIO FECHA OBSERVACIONES

1

1 R. Risaralda-Puente Remolinos Marzo 18 de 2010 Molinete Universal C31

2 R. Risaralda-Puente Negro Marzo 17 de 2010 Molinete Universal C31

3 R. Mapa- La Cristalina Marzo 16 de 2010 Minimolinete, hlice #3

4 Ro Mapa Marzo 16 de 2010 Minimolinete, hlice #3

5 R. Risaralda-Puente La Virginia Marzo 18 de 2010 Molinete Universal C31

2

1 R. Risaralda-Puente Lzaro Abril 21 de 2010 Molinete Universal C31

2 R. Risaralda-Puente Remolinos Abril 21 de 2010 Molinete Universal C31

3 R. Risaralda-Puente Negro Abril 21 de 2010 Molinete Universal C31

4 R. Mapa- La Cristalina Abril 22 de 2010 Minimolinete, hlice #3

5 Ro Mapa Abril 22 de 2010 Minimolinete, hlice #3

6 R. Risaralda-Puente La Virginia Abril 20 de 2010 Molinete Universal C31

3

1 R. Risaralda-Puente Lzaro Mayo 19 de 2010 Molinete Universal C31

2 R. Risaralda-Puente Remolinos Mayo 19 de 2010 Molinete Universal C31

3 R. Risaralda-Puente Negro Mayo 19 de 2010 Molinete Universal C31

4 R. Mapa- La Cristalina Mayo 20 de 2010 Flotador, distancia media 20 m

5 Ro Mapa 2 Mayo 18 de 2010 Minimolinete, hlice #3

6 R. Risaralda-Puente La Virginia Mayo 18 de 2010 Molinete Universal C31

4

1 R. Risaralda-Puente Lzaro Junio 22 de 2010 Molinete Universal C31

2 R. Risaralda-Puente Remolinos Junio 19 de 2010 Molinete Universal C31

3 R. Risaralda-Puente Negro Junio 19 de 2010 Molinete Universal C31

4 R. Mapa- La Cristalina Junio 21 de 2010 Flotador, distancia media 20 m

5 Ro Mapa

6 R. Risaralda-Puente La Virginia Junio 21 de 2010 Molinete Universal C31

5

1 R. Risaralda-Puente Lzaro Julio 20 de 2010 Molinete Universal C31

2 R. Risaralda-Puente Remolinos Julio 20 de 2010 Molinete Universal C31

3 R. Risaralda-Puente Remolinos II Julio 20 de 2010 Molinete Universal C31

4 R. Risaralda-Puente Negro Julio 21 de 2010 Molinete Universal C31

5 R. Mapa-Puente finca Npoles Julio 19 de 2010 Molinete Universal C31

6 R. Mapa- La Cristalina Julio 19 de 2010 Flotador, distancia media 20 m

7 Ro Mapa



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5.2.1. Nivel del agua

Para la medicin del nivel de agua se considera ste con respecto a un punto de referencia, de manera que, durante el estudio de la corriente de agua sea posible indicar la variacin en su elevacin con respecto al origen en todo momento. Existen diferentes tipos de medidores de nivel como son los limnmetros, los maxmetros (observacin directa), limnicontacto y los limngrafos, estos ltimos con la ventaja que realizan un registro continuo en el tiempo de los niveles del ro. El limnmetro es un instrumento de medida tambin conocido como mira, semejante a una regla graduada, dispuesta en la orilla del cauce, en un punto prximo a la parte ms profunda de la seccin, con el objetivo de lograr una adecuada apreciacin de sus fluctuaciones. Independiente del material en el cual sea elaborado (como lmina o hierro), es indispensable pensar en las condiciones a las que va a estar sujeto, de manera que, pueda resistir sus efectos y tener buena durabilidad. El limnmetro debe estar bien empotrado, puesto que, es necesario una fijacin estable, por ejemplo, en acero, roca o concreto. El sitio debe permitir una lectura fcil y segura, conviene colocarlo a una profundidad menor a la mnima, y a una altura mayor a la mxima elevacin esperada del ro. Finalmente, se recomienda revisar peridicamente el buen estado del instrumento, para no incurrir en errores, y realizar el mantenimiento adecuado. El maxmetro, independiente de la forma como opere, es un instrumento encargado de dejar huella, rastro o marca palpable del nivel alcanzado en una creciente; que puede ser una serie de depsitos o recipientes incorporados en un cilindro con orificios que permiten la entrada de agua a cada uno de los mismos, dejando una cantidad evidente en el recipiente ms elevado hasta donde haya llevado el nivel del cauce. Se debe encontrar asociado al limnmetro, es decir, debe tener igualmente un punto de referencia, debe estar empotrado correctamente para evitar movimientos, normalmente est construido en vidrio, fibra o de otro material atendiendo las necesidades, y finalmente, debe llevarse un mantenimiento adecuado, en este caso, despus de cada dato suministrado, limpiar los recipientes o marcas dejadas segn sea el caso. El limnicontacto es un sistema de polea, contrapeso y flotador, de manera que, el flotador este sobre la lmina de agua, y la cuerda o cable que une estos tres elementos determina la variacin del nivel con respecto a un punto de referencia. Este conjunto se utiliza en zonas elevadas como puentes, donde el punto de referencia se encuentra fijo y determinado. Algunos incluyen una sonda luminosa que emite una seal cuando toca la superficie del agua y otros



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utilizan una sonda de presin, que mide la presin hidrosttica de una columna de agua y la convierte en una seal elctrica transmitida a una pantalla. El limngrafo es un instrumento mucho ms preciso que los mencionados anteriormente, con un sistema mecnico o electrnico de registro, dejando a un lado la observacin directa del nivel, y disminuyendo los errores humanos, obtiene un mayor volumen de informacin por medio de una lectura continua en el tiempo. Basado en un sistema semejante al limnmetro de contacto, est formado por un cuerpo sensible como un flotador (o en el caso de un limngrafo manomtrico basado en aire), un sistema inscriptor de la variacin del nivel y un perceptor del transcurso del tiempo; registra la informacin en un medio receptor, el cual puede ser un papel especial, marcado por una tinta o lpiz, ya sea el caso, con duracin de 30, 60 o 90 das, dependiendo de las especificaciones del instrumento. Este instrumento est en una caja, protegido de factores externos, e instalado como un limnmetro, de tal forma que se puedan tomar medidas adecuadas de la variacin en el nivel, igualmente, se deben tener las consideraciones anteriores para su buen funcionamiento y registro, as como cambiar el papel cada vez que sea necesario. Existen muchos tipos de limngrafos, los cuales contienen especificaciones de instalacin, operacin y mantenimiento, no obstante, funcionan con el mismo principio.

5.2.2. Toma de datos de nivel Segn las recomendaciones y estandarizaciones de la O.M.M., en las estaciones de medicin se deben tomar nivel a las 6:00 a.m., y a las 6:00 p.m., sin olvidar, las observaciones relevantes realizadas a lo largo de la toma de la informacin.

Control de la informacin: Es importante, analizar la informacin que se obtiene en cada una de las Estaciones Hidromtricas, ya que, pueden verse afectados por muchos factores, tales como, exceso de informacin, o datos registrados de forma inadecuada, de manera que, se puedan tomar decisiones acertadas para lograr un apropiado registro de informacin. Los cambios en el nivel del cauce, pueden ser a veces alarmantes o tal vez coherentes, eso depende del contexto que estemos estudiando, por ejemplo, si el rgimen del ro es aluvial, las fluctuaciones posiblemente seran bajas, mientras que para un rgimen montaoso, se pueden obtener grandes variaciones.



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5.2.3. Aforo lquido Cuando hablamos de medicin del agua hacemos alusin al trmino AFORO, ya que este, constituye un mtodo para analizar la cantidad de agua que es transportada a travs de una seccin transversal de un cauce en un tiempo y momento determinado.

Debido a la inexistencia de instrumentos o mtodos que permitan el registro continuo de datos a travs del tiempo, se realizan mediciones peridicas, con la finalidad de relacionar cierto nivel del ro con el caudal que es transportada a travs de la seccin en cuestin, de tal forma que, se puede dibujar una curva de calibracin o descarga.

5.2.3.1 Seleccin de los sitios adecuados para realizar aforos

En la medida de lo posible, optar por tramos de rectos de la corriente, sino es posible, se debe hacer correccin por ngulo de desviacin (ms adelante se dar detalle en la seccin de Correccin por ngulo).

El contorno del tramo seleccionado, preferiblemente debe ser de taludes naturales sobresalientes y firmes, de manera que, cuando incurran crecidas de la corriente de agua, no se erosione demasiado, y por consiguientes, hallan cambios en la seccin.

Aunque en la realidad es complicado, encontrar distribuciones de velocidad constante a lo largo de la seccin (basndonos en el estudio realizado en el Ro Risaralda), y aun ms, cuando se realizan aforos por suspensin en los puentes que dividen la seccin del ro, debido a las columnas que soportan el mismo, causando remolinos, reflujos y altas velocidades, se hace necesario buscar tramos con las menores perturbaciones en el flujo de la corriente.

Buscar lechos que caractericen debidamente la seccin a estudiar, evitando as por ejemplo, obstculos en el mismo.

Siendo el caso necesario, facilitar la construccin de instalaciones (tarabitas, cables, puentes) que permitan realizar con mayor comodidad y facilidad los aforos pertinentes.

A continuacin se relacionan los diferentes puntos seleccionados para la obtencin de informacin:



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Fotografa 1. Puente Lzaro, ro Risaralda

Fotografa 2. Puente Remolinos, ro Risaralda.



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Fotografa 3. Puente Negro, ro Risaralda.

Fotografa 4. Punto colgante, ro Mapa.



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Fotografa 5. Ro Mapa, ro Mapa.

Fotografa 6. Puente Mocatn Va Apa; La Virginia R. Risaralda.

5.2.3.2 Formas para aforar:

Basados en el estudio a realizar, la precisin, exactitud, informacin necesaria, seccin a estudiar, caudal, condiciones del entorno, entre muchas otras,



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debemos implementar un estudio detallado que nos permita identificar el sistema de aforo ms adecuado en cada sitio de inters, de manera que, se pueda emplear de una forma apropiada, para obtener datos coherentes, significativos y caractersticos del lugar.

Sistemas de aforos: a. Mtodos rea-velocidad b. Mtodos que utilizan contracciones c. Mtodo de aforo directo d. Otros sistemas SISTEMAS QUE COMPROMETEN REA-VELOCIDAD:

Figura 6. Puntos de aforo seleccionados en la seccin. Fuente: www.ineter.gob.ni

Aforo por suspensin: Llamado as, por la forma como se realiza el aforo, de manera que la persona que lo realiza no est en contacto con la corriente de agua, a causa de, profundidades significativas, regmenes de flujo elevados o cualquier caracterstica que impida realizar la medicin directamente en la seccin (caso del ro Risaralda y Finca Npoles en el ro Mapa). Generalmente se llevan a cabo desde elevaciones tales como puentes, en tramos adecuados para aforar como se explico con anterioridad (seleccin de los sitios adecuados para realizar aforos), o si no es posible, desde construcciones dispuestas para realizar los mismos, tales como, tarabitas o cables. Equipo y personal requerido:

- Personal (inspector y aforador)

- Molinete Universal (toma de revoluciones)



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- Malacate (explicado en la seccin de Instrumentacin)

- Soporte para el malacate (Estructura Diseada, cables o tarabita)

- Lastre de 30, 60 o 100 kg. (estabilizador del molinete en la corriente)

- Formato o planilla de registro.

Fotografa 7. Soporte para el malacate del molinete universal desarrollado por el grupo de trabajo de aforos.

Fotografa 8. Molinete universal utilizado en los aforos por suspensin.



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Aforo por vadeo: A diferencia del anterior, las mediciones necesarias se hacen directamente en la seccin, donde la corriente de agua es menor, al igual que las profundidades, y se hace posible el registro adecuado de lo datos, sin comprometer al personal a cargo (Ro Mapa). Equipo y personal requerido:

- Personal (inspector y aforador)

- Soga (para determinar el ancho del ros y los puntos de medicin)

- Minimolinete

- Varilla graduada o no graduada

- Metro

- Contador

- Formato o planilla de registro

Fotografa 9. Aforo por vadeo en el ro Mapa.

Procedimiento para la toma de datos en el campo:

Se divide la seccin de inters, en diferentes tramos, tomando como punto de referencia, un sitio que no vare a lo largo de las campaas de aforos (un poste, una varilla del puente, un rbol debidamente marcado), que represente el punto cero en el abscisado de un lado al otro a lo largo de la seccin, marcando la primera abscisa desde el punto de referencia



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hasta donde la profundidad es cero (es decir, donde empieza la seccin del cauce, por ejemplo a 50 centmetros del punto de referencia), y de ah en adelante, abscisando los puntos donde se tomaran la medida (cada 1, 1.5 o 2 metros de separacin, dependiendo de la profundidad y del ancho), de tal forma que cada tramo (entre abscisa y abscisa) no tenga ms del 10% del caudal, y a su vez, comprometa una parte significativa del mismo. Es importante resaltar, que en parte, la precisin de la descarga calculada, depende del nmero de tramos seleccionados, no obstante, tampoco se debe exagerar en la toma de informacin, que haga el trabajo ms extenso e innecesario.

En cada punto, se mide la profundidad desde la lmina de agua hasta el lecho, de manera que, segn el instrumento utilizado procedemos de la siguiente forma:

- Minimolinete: Se hace uso de una varilla graduada, siendo el caso de que haga parte del molinete para facilitar la medida de la profundidad, y la disposicin del mismo a la distancia necesaria de la profundidad para realizar las correspondientes mediciones (a 0.2, 0.6 o 0.8 como se explica a continuacin). Si la varilla con la que se sostiene el molinete, no tiene graduacin, se hunde la varilla hasta tocar el lecho, se hace la marcacin respectiva, y luego con un metro se mide la longitud que se hundi.

- Molinete Universal: Utilizamos el malacate, provisto de un cable coaxial, que permite descender el molinete y el lastre desde el puente o punto de elevacin, hasta la lamina de agua y posteriormente, hasta el lecho (profundidad mxima de la seccin en el punto de medida). En el caso del Ro Risaralda, se hicieron todos los aforos por suspensin en los puentes: La Virginia, Lzaro, Puente negro, Remolinos y Finca Npoles, utilizando un lastre de 30kg, que se encuentra a 28cm, lo que se hizo fue bajar el lastre hasta que estuviera sobre la superficie del agua, poner el contador de profundidad del malacate (en este caso en metros) en ceros, y seguir bajando hasta que este toque el lecho, de manera que, el dispositivo nos seale la profundidad en ese punto. Si no estamos provistos de lastre (utilizado para darle horizontalidad y estabilidad al molinete cuando este en contacto con la corriente), se hace el mismo procedimiento que si se tuviera lastre, pero bajando es el molinete. Es importante mencionar, que en este caso, se debe hacer una correccin al ngulo que se desve el molinete en la corriente de la



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horizontalidad esperada cuando es mayor a 8, y no puede ser mayor de 30.

Con el instrumento utilizado en cada sistema de aforo (molinete universal o minimolinete se toman las medidas pertinentes, de la siguiente manera:

Segn la profundidad en cada abscisa y precisin de la informacin, se utiliza el Mtodo de los Puntos Reducidos, en el cual, se toman medidas a diferentes profundidades de la lmina de agua (0.2, 0.6, 0.8 de la profundidad o las que sean necesarias), en este caso, revoluciones o nmero de vueltas de la hlice, en determinado tiempo. Segn el instrumento utilizado:

- Minimolinete: Encontramos la profundidad al 20%, 60%, 80% o donde sea necesaria la medicin (multiplicando el 0.2, 0.6 o 0.8 por la profundidad), y con la varilla de apoyo colocamos el molinete a la profundidad respectiva desde la superficie de la lmina de agua.

- Molinete Universal: El procedimiento es mucho ms complejo, ya que el malacate est provisto de un dispositivo para medir profundidades, de manera que, solo se calcula la profundidad y bajando el molinete hasta la superficie de la lmina de agua (con o sin lastre), y luego se desciende lo necesario para la medida.

Para llevar el registro de la informacin se elaboran unas tablas o formatos, de manera que, la informacin que se obtiene pueda ser leda, analizada e interpretada con facilidad y claridad.

Clculo de la Velocidad (V) y el caudal (Q): Con base en los datos registrados en las tablas o formatos, se calcula la velocidad en cada uno de los puntos con base en la frmula del molinete y la hlice usados, para luego ser promediada en cada seccin (entre abscisa y abscisa), de la siguiente forma:

Mtodo de un Punto

V prom = V 0.6

Mtodo de dos puntos

V prom = ( V 0.2 + V 0.8 ) / 2



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Finalmente, por diversos mtodos se determina el rea en cada seccin, y multiplicndola por su velocidad promedio correspondiente, se encuentra el caudal en cada uno de los puntos, para luego ser sumados y poder encontrar el caudal promedio de toda la seccin.

AFOROS QUE UTILIZAN CONTRACCIONES Se caracteriza por expresar el gasto como una funcin exponencial de la forma: Q = Khx, donde la carga hidrulica (h) es elevada a un exponente (x) y multiplicada por el coeficiente de descarga (K).1.

Mtodo de la trayectoria: A travs de la fsica se calcula la velocidad del fluido en una determinada tubera, la cual expulsa un chorro de agua que dibuja una trayectoria aproximadamente semiparablica. Este mtodo relaciona las ecuaciones generales de cada libre, para hallar la velocidad por medio del tiempo necesario para hacer el recorrido. Finalmente, teniendo la velocidad y el rea de la seccin transversal de la conduccin se halla el gasto descargado o caudal.

1 BRIONES SNCHEZ, Gregorio. Aforo del Agua. Trillas S.A., Mxico D.F., p. 9

Mtodo de tres puntos

V prom =0.25 ( V 0.2+ V 0.6 +

V 0.8 )

Mtodo de cinco puntos

V prom =0.1 ( V sup + 3V 0.2 +3 V 0.6 +2 V

0.8 + V fondo)



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Figura 7. Ejemplo del mtodo de la trayectoria.

Mtodo del tubo de Pitot: es un instrumento utilizado para hallar la presin en un punto del flujo, el cual consiste en un tubo en forma de L, abierto por lado y lado, el cual ser sometido un lado a la presin atmosfrica y otro lado al flujo. Se utilizan dos tubos de Pitot, para lograr apreciar la altura de la lamina de agua, uno colocado con la boquilla en direccin del flujo y otro en contra, cada uno de estos va a marcar cierta presin del flujo, y la diferencia entre ambas alturas va a resultar la altura de la lmina de agua. Con la frmula de la carga por velocidad (h = v2/2g) se puede encontrar la velocidad, y consecuentemente, hallar el caudal con el rea de la seccin transversal de la boquilla. Para mayor precisin es necesario tomar diversas medidas, en diferentes puntos

Figura 8. Tubo de Pitot.



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Medidores de Venturi: Mtodo fundamentado en el teorema de energa de Bernoulli, el medidor de Venturi consta de tres secciones: la primera es un cono que reduce la seccin de entrada, la segunda un tramo de transicin, con dimensiones iguales a las del cono en la parte disminuida, y la tercera, otro cono que aumenta la seccin hasta lograr el ancho normal. Con este medidor utilizado para el clculo de caudales en tuberas, y con base en la ecuacin de descarga para un medidor de Venturi, que relaciona la variacin del nivel piezomtrico y el cambio en la energa cintica, e igualmente, las reas comprometidas en los conos de entrada y de salida del venturmetro, se puede calcular el caudal que pasa por la tubera.

Figura 9. Tpico medidor Venturi.

Flujo a travs de orificios y compuertas: El uso de un orificio en un canal o en una tubera, relaciona la formula bsica utilizada en este tipo de aforo, Q = v.A , con la diferencia de que el rea debe ser corregida pro la contraccin sufrida por el direccionamiento del flujo a travs del orificio (circular, rectangular, cuadrado, entre otros) y le teorema de Torricelli, la velocidad de salida a travs de un orificio, es igual a la velocidad adquirida por un cuerpo que cae libremente desde una altura h por encima del cuerpo de la abertura2. Canaleta de medicin Parshall: Este mtodo es una evolucin de los vertederos, ya que a pesar de que son mtodos demasiado simples, se crea una prdida de carga realmente alta por la deposicin de sedimentos. Por este motivo, se desarrollo una canaleta, que evitara este fenmeno, que hiciera que el caudal fluya libre o sumergido, y la altura crtica ocurra en la seccin contrada del canal., y finalmente un resalto hidrulico en la salida.

2 IBID. P. 60



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Figura 10. Canaleta Parshall (nzdl.sadl.uleth.ca).

Estructuras aforadoras: Se denomina Vertedero, a la muesca o cortada que tiene una pared perpendicular al flujo, y a travs de la cual va a pasar el mismo. En este mtodo se relacionan varias definiciones:

- Cresta: Borde por el cual pasa el fluido.

- Manto: Altura del agua que pasa por la cresta.

- Carga: Agua derramada.

- Velocidad de acercamiento: Velocidad del canal de acceso.

Figura 11. Vertedero.



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El material con que se construye un vertedero vara mucho, desde fibra de vidrio y plstico hasta placas de metal, y el nombre del vertedero, se relaciona con la forma del mismo. Para calcular el caudal simplemente se relaciona la formula de cada vertedero, siendo la ms bsica la de los vertederos rectangulares. Tipos de Vertederos

- Vertedero de pared delgada, utilizado en pequeos ros, con poco transporte de sedimentos.

- Canales aforadores, corrientes pequeas con transporte de sedimentos.

- Vertederos de pared gruesa, empleados para ros grandes.

MTODOS DE AFORO DIRECTO Como su nombre lo indica, busca encontrar el caudal de una forma directa, es decir, relacin inmediata entre el volumen que pasa en un tiempo definido.

Aforo volumtrico: Se utiliza principalmente para medir caudales pequeos, y consiste bsicamente en determinar el tiempo que tarda en llenarse un recipiente cuyo volumen ha sido establecido previamente. Se necesita entonces un cronmetro y el recipiente a ser llenado. El caudal es la razn entre el volumen del recipiente y el tiempo que tard en llenarse.

Aforo Gravimtrico: Es un procedimiento semejante al anterior, con la diferencia de que no se tiene definido el volumen del recipiente, sino que se pesa la cantidad del lquido recolectado, se obtiene su volumen dividiendo dicho peso por el peso especfico del lquido, y con el tiempo cronometrado se calcula el caudal.

Aforo por trazadores: Tambin llamado aforo qumico, este mtodo se basa en la inyeccin de una sustancia con concentracin conocida que es incorporada al flujo aguas arriba, de manera que, se mida la concentracin abajo y se pueda determinar el caudal correspondiente sin necesidad del conocimiento del rea de la seccin. Es utilizado en sitios donde no es posible usar el molinete como instrumento para aforar, en donde el rgimen del flujo es torrencial, el lecho es inestable o tal vez, la profundidad del flujo es poca, entre otras. Trazador: toda sustancia que incorporada a un proceso fsico o qumico permita estudiar su comportamiento y evolucin, por ejemplo, colorantes, elementos radiactivos, sustancias solubles o materiales slidos.



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Equipo y personal requerido:

Personal (inspector, aforador ya auxiliar) Trazador Conductmetro Cronmetro Botella de Mariotte Cinta mtrica Dos probetas Baldes graduados Frascos de 100 ml Agua destilada Tablas y formatos Radios porttiles

Figura 12. Aforo qumico de una corriente.

Requisitos de un trazador

- Debe ser una sustancia que no altere la composicin del receptor, tal como, la densidad, temperatura o viscosidad.

- Es importancia que pueda ser medido en el sitio a estudiar.

- No puede contaminar el medio receptor.



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- Que no se encuentre en el ro (en este caso), o que este en cantidad mnimas.

- Que se pueda disolver fcilmente, y su concentracin pueda ser medida por mtodos sencillos.

Clases de Trazadores: Es importante tener completo conocimiento tanto del tipo y caractersticas del trazador, como del medio al que va a ser aplicado, para realizar una buena medicin y evitar daos como contaminacin.

- Cloruro de Sodio: Encontrarlo en el mercado es realmente fcil, ya que es muy conocido como la sal comn (NaCl), la cual es incorporada al medio, y su grado de disolucin es igual a 600 gramos por litro.

- Dicromato de Sodio: Tiene el mismo grado de dilucin del Cloruro de Sodio, y es muy utilizado como trazador, ya que permite anlisis del colormetro muy buenos, con bajas concentraciones del mismo.

- Cloruro de Litio: Tiene solubilidad de 600 gramos por litro, y el anlisis con fotomtrico puede realizarse con concentraciones de litio aproximadamente de 0.001 gramos por litro.

- Rodamina W: Muy utilizada en las estaciones de aforos donde por medio de un fluorimetro se puede detectar las concentraciones de 5 a 10 p.p.m. (partes por milln).

- Elementos Radioactivos: Como es de esperarse, los efectos que producen para el medio son relativamente significativo, por este motivo se limita su uso. Se puede utilizar un dosmetro para determinar su concentraciones por medio de la sonda que se coloca en al corriente, y en ocasiones se utilizan elementos como sodio 24 y yodina 131.

Seleccin del sitio de aforo: Se debe seleccionar un tramo recto, que en la medida de lo posible, produzca la mezcla ms homognea posible, por este motivo, es bueno encontrar secciones donde se generen turbulencias, halla buena rugosidad o estemos en presencia de cantos rodados, para lograr una buena dilucin. Para elegir la longitud del tramo, entre la parte de incorporacin del trazador y la la parte de medicin se estableci la siguiente ecuacin:

Donde: b = ancho del ro d = profundidad media de la corriente C = coeficiente de Chezy para el tramo (15 < C < 30) G = aceleracin de la gravedad



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El coeficiente de Chezy, est determinado por diversos autores, que se pueden consultar en la literatura correspondiente (Hidrulica de Canales Abiertos, Ven Te Chow), y que basados en el criterio del ingeniero, o la persona a cargo, puede decir la elegir la ms apropiada. Procedimiento para la aplicacin del trazador y el clculo del caudal (Q): Existen dos formas de aplicar la sustancia que se va incorporar en el cauce, y de igual manera, para hallar el caudal correspondiente; a continuacin se explican ambas metodologas:

- Mtodo de la inyeccin continua: Se inyecta el trazador en el ro de forma constante y continua, con el propsito de, lograr una mezcla homognea a lo largo de la seccin de medida aguas abajo. LA determinacin de la concentracin que resulta, basndose en la concentracin inicial, nos permite encontrar un valor aproximado del caudal.

Donde: Qtr = Caudal de inyeccin C1 = Concentracin de la solucin incorporada C2 = Concentracin resultante en la seccin de muestreo

De manera que, el caudal (Q) se obtenga aplicando la siguiente frmula:

Donde: Co = Concentracin inicial de la corriente

- Mtodo de la inyeccin Instantnea: Parecido al anterior, con la diferencia que el trazador se inyecta todo en una solo incorporada; es importante resaltar, que la precisin del mtodo est basada en la homogeneidad de la mezcla, y que la concentracin de la sustancia en la seccin a analizar sea aproximadamente constante y cumpla con la siguiente ecuacin:



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Donde: C2 = Concentracin resultante

T = tiempo toma toda la muestra en pasar por un punto de la seccin

Donde: V = Volumen de la solucin inyectada en litros

= Sumatoria de concentraciones parciales por tiempo parcial

Donde: Co X T = Concentracin inicial de la corriente por tiempo

total T = tiempo en que toda la solucin cruza por el punto de muestreo

La precisin en el muestreo tambin est sujeta a que los sedimentos, organismos u materiales en el ro no absorban el trazador.

Tiempo de aplicacin del trazador: Para el caso de inyeccin continua, se grfica desde el momento en que empieza a registrarse la conductividad aguas abajo versus el tiempo, hasta que la conductividad se haga constante. Para el caso de inyeccin instantnea, comienza cuando empieza a registrarse conductividad y termina hasta que vuelva a la inicial. Aunque existen unas formulas para encontrar el tiempo necesario aproximado para la muestra, lo importante es tomar diferentes medidas que caractericen significativamente el comportamiento del trazador. Peso del trazador: Donde: Qa = Caudal aproximado T = Tiempo del muestreo



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Co = concentracin esperada OTROS SISTEMAS DE AFORO

Aforo con Flotadores: Comnmente usados en estudios que no requieren mucha precisin, caso en que solo sea informativo o de clculo ligero, para determinar el caudal que pasa por una seccin determinada. Al igual que los sistemas anteriores se basa en el principio de rea-velocidad, con la diferencia de que las velocidades no son promediadas, ya que solo se tiene la velocidad superficial, la cual debe ser corregida para encontrar la velocidad media en cada tramo de la seccin.

Figura 13. Aforo con Flotador. Fuente: www.siar.cl

Equipo y personal requerido:

- Personal (Inspector y aforador)

- Flotadores

- Cinta mtrica o soga

- Formato o planilla de registro

- Cronmetro

- Si es el caso, Comunicadores.

Procedimiento para la toma de datos en el campo:

- Despus de seleccionar tramo recto adecuado para realizar el aforo, se toman varias secciones transversales, con suficiente espaciamiento



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entre s, de tal forma, que se logre una medicin adecuada del tiempo entre cada seccin.

- El flotador utilizado no debe ser en lo posible, afectado por el viento, y como mximo, se puede sumergir la cuarta parte del mismo.

- Se procede a colocar el flotador en una parte ms arriba de la seccin a medir, para que este alcance una velocidad uniforme antes de llegar al sitio de medida; posteriormente se hace se toma el tiempo que tarda el flotador en desplazarse cierta distancia, con un cronmetro y con la distancia previamente establecida.

- Para medir la profundidad se utilizan mtodos topogrficos.

- Se deben hacer entre 15 y 30 mediciones, para lograr una buena aproximacin y aplicacin del mtodo; al igual que, tomar un lapso entre 15 y 20 segundos en recorrer el flotador la distancia, basndose en el rgimen del flujo.

Clculo de la Velocidad (V) y el Caudal (Q) La velocidad se calcula directamente de la formula:

V = d x t Donde: d, es la distancia entre las secciones transversales

t, es el tiempo que tarda en recorrer dicha distancia

Se debe realizar una correccin de la velocidad, multiplicando por un factor F, que depende de la relacin entre la profundidad de inmersin del flotador y la profundidad en el punto de medicin.

Tabla 4. Valores para realizar la correlacin de la velocidad.

Donde: F, factor por el que se multiplica la velocidad.

R F

0.10 o menos 0.86

0.25 0.88

0.50 0.90

0.75 0.94

0.95 0.98



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R, relacin entre la profundidad de inmersin y la profundidad del agua.

El caudal se halla multiplicando la velocidad media de la seccin por el rea de la seccin transversal media de la misma. Un programa de monitoreo de variables relacionadas con el estudio (arrastre de sedimentos, calidad del agua, etc.) debe ir acompaado indefectiblemente de la medicin de la cantidad de agua en el momento del monitoreo y la toma de muestras, conocido como aforo de la corriente. La tcnica de realizacin de dichos aforos depende de las condiciones geomtricas e hidrulicas de la corriente, y ser establecida en el momento mismo de su realizacin. Es decir, no se tiene una misma tcnica ni un mismo nivel de complejidad para una corriente que pueda vadearse (aforo por vadeo) que para otra que no lo permita (aforo por suspensin). De todas formas, la Universidad cuenta con experiencia y equipos suficientes para la realizacin de cualquier tipo de aforos. La ecuacin de la hlice 1-239599 del molinete tipo OTT/C31 segn la calibracin del instrumento suministrada por el fabricante, y que cumple la Normativa ISO 3455 es la siguiente, de acuerdo al modo de fijacin (Ver Tabla 5).

Tabla 5. Ecuaciones para el molinete tipo OTT/C31 y la hlice 1-239599 de acuerdo al modo de fijacin de ste.

Modo de Fijacin Ecuacin promedio

Sobre barra de 20 mm n 0,76

0,76 n

V = 0,2320 n +0.015

V = 0,2478 n +0.003

Molinete suspendido con pieza central de 25 kg

n 0,79

0,79 n

V = 0,2320 n +0.015

V = 0,2471 n +0.003


n 0,73

0,73 n

V = 0,2320 n +0.015

V = 0,2484 n +0.003


n 0,67

0,67 n

V = 0,2320 n +0.015

V = 0,2499 n +0.003

Se relacionan a continuacin el resultado obtenido luego de realizar el clculo del caudal en la primera salida en el sitio de Puente Negro (ver Tabla 6) como ejemplo del proceso realizado. Los resultados obtenidos para los otros puntos de muestreo, en las diferentes salidas, se relacionan en el archivo magnetico del presente informe.



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Tabla 6. Datos de velocidades y caudales registrados en el punto de muestreo puente Negro en la primera salida de campo.

ESTACIN: PUENTE NEGRO CORRIENTE:Ro Risaralda LH-AF001

TIEMPO DE MEDIDA(s) 30

NIVEL INICIAL: Estable

NIVEL FINAL: Estable

Dato 1 Dato 2 Dato 3 Media

1 8.80 0.00 1.10 0.48 0.26 0.17 0.02

0.80 0.77

0.60 0.58 24 17 20 20 0.678 0.172

0.20 0.19

Sup

0.80 1.22

0.60 0.92 74 68 79 74 2.456 0.610

0.20 0.31

Sup

0.80 1.44

0.60 1.08 101 94 98 98 3.256 0.807

0.20 0.36

Sup

0.80 1.36

0.60 1.02 89 94 96 93 3.100 0.769

0.2

Estudio.hidrologico.hidraulico.y.ambiental.rio.Risaralda.2010

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