UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERA GEOGRFICA, AMBIENTAL Y ECOTURISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA AMBIENTAL

INFORME DE INSTRUMENTOS HIDROLOGICOSCURSO: HIDROLOGIA I

POR:BAUTISTA BAYGORREA, MichaelINOUE VELARDE, Jos HitoshiQUINTERO URBAY, Franck Jeysson

PROFESOR:GOMEZ LORA, Walter

LIMA- PER2015

INDICE

INTRODUCCION3II. OBJETIVOS52.1. Objetivo general52.2. Objetivos especficos5III. MARCO TEORICO63.1. Instrumentos hidrolgicos63.2. Medicin de la precipitacin63.2.1. Pluvimetro73.2.2. Pluvigrafo73.2.3. Medicin de la precipitacin por radar83.3. Medicin de la capa de nieve93.3.1. Equipo extractor de muestras de nieve93.3.2. Nivmetros103.4. Medicin de la evaporacin y evapotranspiracin113.4.1. Tanque de evaporacin113.4.2. Evapormetros y lismetros123.5. Medicin del nivel de ros, lagos y embalses133.5.1. Limnmetros133.5.2. Limngrafos143.6. Medicin para aforos directos143.6.1. Flotadores143.7. Medicin de la velocidad del caudal153.7.1. Medicin con molinete hidromtrico153.7.2. Tubo de Pitot153.8. Medicin de la infiltracin163.8.1. Infiltrmetros de carga constante163.8.2 Simuladores de lluvia173.9 Medicin de aguas subterrneas173.9.1 Piezmetro18IV. CONCLUSIONES19V. BIBLIOGRAFA20

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Pluvimetro7Figura 2. Tipos de pluvigrafos8Figura 3: Equipo extractor de muestras de nieve10Figura 4. Nivmetro radiactivo11Figura 5: Tanque de evaporacin12Figura 6: Evapormetro y lismetro13Figura 7. Limnmetros14Figura 8. Limngrafos de flotador .14 Figura 9. Limngrafos de flotador y Pozo amortiguador14Figura 10. Molinete hidromtrico15Figura 11. Tubo de Pitot16Figura 13. Simuladores de lluvia17Figura 14. Piezmetro18

INTRODUCCION

La humanidad ha generado un sin nmero de eventualidades en las que se ha visto el desarrollo de su creatividad, plasmado en el afn de utilizar los recursos del ambiente, como producto de su curiosidad y el querer conocer las cosas que lo rodean, ha desarrollado, formas de obtener informacin, y utilizando este mtodo lograron estudiar a uno de los recursos mayormente utilizados a lo largo de los aos, y del cual se posee mucha informacin, investigaciones e incluso normativas para su adecuada utilizacin.El agua al ser un recurso invaluable en el hombre, ha venido presentando cambios durante muchos aos, y producto de estos cambios se han venido desarrollando nuevas formas de conocerla, medirla o estimarla, tratarla y preservarla, debido a esta importancia el informe de investigacin a continuacin ve la necesidad de permitir al lector comprender la importancia de los instrumentos hidrolgicos que determina el estado actual del recurso hdrico, as como la demanda del mismo, teniendo en cuenta su distribucin espacial y temporal, que permita establecer lineamientos a seguir para su proteccin, y que sirva de base a los usuarios del recurso y planificadores, para considerar su uso y disponibilidad en proyectos actuales y futuros, por ello la informacin recopilada nos detalla la utilizacin de los instrumentos hidrolgicos para cada tipo de medicin. As tenemos en el primer apartado los instrumentos que se utilizan en la medicin de precipitaciones, luego la medicin de la capa de nieve, seguidas de las mediciones de la evaporacin y evapotranspiracin, del nivel de ros, lagos y embalses, de aforos directos, de velocidad del caudal, de la infiltracin y finalmente la medicin de aguas subterrneas. Con este trabajo se pretende proporcionar conciencia en la utilizacin de mediciones hdricas, del mismo modo motivar a la preparacin profesional de los estudiantes de la carrera de ingeniera ambiental como futuros investigadores de un recurso tan vital como el agua.

II. OBJETIVOS2.1. Objetivo generalDar a conocer la utilizacin de los instrumentos hidrolgicos y la importancia de estos en la investigacin del agua.2.2. Objetivos especficos Mostrar los diversos instrumentos hidrolgicos de cada tipo de medicin Detallar la utilidad de los instrumentos hidrolgicos

III. MARCO TEORICO3.1. Instrumentos hidrolgicosEl agua se encuentra en la Tierra en cantidades considerables en sus tres estados fsicos: lquido, slido y gaseoso. Se encuentra tambin en los tres principales ambientes accesibles al hombre: la atmsfera, los mares y ocanos, y los continentes. Como el agua pasa fcilmente de un ambiente a otro y de una fase a otra, segn el entorno, es una materia dinmica tanto en espacio como en tiempo. El ciclo hidrolgico se puede considerar, desde un punto de vista conceptual, como un sistema con diversas variables: unas representan las transferencias hdricas y otras las masas de agua presentes en los espacios donde se pueden acumular. En general, la ciencia de la hidrologa no abarca todo el ciclo hidrolgico, sino que se limita a la parte continental del ciclo y a sus interacciones con los ocanos y la atmsfera. En vista de que el hombre pasa una gran parte de su tiempo en la superficie terrestre, y de que el agua es a la vez indispensable para la vida y un peligro potencial para la misma, el conocimiento hidrolgico es inestimable para la supervivencia de la humanidad y su bienestar. Una manera frecuente de adquirir este conocimiento es realizando mediciones puntuales de los almacenamientos y caudales de agua en el tiempo y el espacio con el uso de los instrumentos hidrolgicos. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)3.2. Medicin de la precipitacinSe ha desarrollado una variedad de instrumentos y tcnicas para obtener informacin de las diferentes fases de la precipitacin. Los instrumentos para medir la cantidad y la intensidad de la precipitacin son los ms importantes. Dentro de los instrumentos utilizados para registrar la precipitacin, se tienen los de observacin directa, registradores (pueden ser de diferentes tipos), acumuladores y los automticos cuya funcin es registrar en forma continua las actividades pluviomtricas y su transmisin directa a la zona de inters para los anlisis correspondientes. (Ordoez, 2011)El objetivo principal de cualquier mtodo de medicin de las precipitaciones es obtener muestras representativas de la precipitacin en la zona a que se refiera la medicin. En hidrologa, es fundamental medir el valor exacto de las precipitaciones. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)3.2.1. PluvimetroEs un recipiente abierto, cuyos lados sean verticales, puede utilizarse para medir la lluvia; sin embargo, debido a los efectos del viento y el salpicado, las mediciones no son comparables a menos que sean del mismo tamao, forma, y estn expuestos de un modo similar. El pluvimetro estndar del U.S. National Weather Service tiene un colector con un dimetro de 20 cm. Las caractersticas ms importantes respecto a su instalacin son: que la boca del pluvimetro se encuentra a 1.50 m del suelo, que va sujeto por un soporte lateral a un poste cuyo extremo superior est cortado en bisel y que es fcilmente desmontable del soporte para hacer la lectura.

Figura 1. Pluvimetro3.2.2. PluvigrafoSon los instrumentos destinados a medir la distribucin de la lluvia en el tiempo en un determinado lugar. Con ellos se conoce la cantidad de lluvia a travs del tiempo y tambin su intensidad. De las cinco clases o tipos, los ms utilizados son: pluvigrafo de flotador sin sifn automtico, de flotador con sifn automtico, de balanza y de oscilacin.Pluvigrafo de cubeta basculante: El agua que cae en el colector se dirige a un compartimiento en donde hay dos cubetas: cuando cae 0,1 mm de lluvia se llena una de las cubetas producindose un desequilibrio que hace que la cubeta se voltee, vertiendo su contenido en una vasija y moviendo el segundo compartimiento al lugar correspondiente. Cuando la cubeta se voltea acta un circuito elctrico, haciendo que una pluma produzca una marca sobre un papel colocado en un tambor giratorio. Pluvigrafo de balanza: Pesa el agua o la nieve que cae en una cubeta situada sobre una plataforma con resorte o bascula. El aumento en peso se registra en una carta. El registro muestra valores acumulados de precipitacin. (Ordoez, 2011)

Figura 2. Tipos de pluvigrafos3.2.3. Medicin de la precipitacin por radarEl radar permite detectar la posicin y el desplazamiento de las zonas de precipitaciones, y algunos tipos de radar pueden hasta proporcionar una evaluacin de la intensidad de las precipitaciones en las zonas comprendidas dentro de su alcance. Para fines hidrolgicos, el alcance eficaz del radar es en general de 40 a 200 kilmetros, segn las caractersticas del radar como el haz de antena, la potencia de salida y la sensibilidad del receptor. El alcance hidrolgico del radar se define como la distancia mxima a la que sigue siendo razonablemente vlida la relacin entre la intensidad de los ecos de radar y la intensidad de las lluvias. La intensidad de las precipitaciones en cualquier zona, dentro del alcance hidrolgico, se puede determinar si el radar est dotado de un control de intensidad de recepcin debidamente calibrado. Las precipitaciones atenan las seales de radar, efecto que aumenta cuando se emplean radares de longitud de onda corta. Adems, los radares que funcionan en longitudes de onda larga no detectan las lloviznas ni las nevadas con tanta facilidad como los que funcionan con menor longitud de onda. La eleccin de una longitud de onda adecuada depende de las condiciones climticas y de los objetivos previstos. Las tres bandas de radar indicadas en el cuadro 1 se utilizan para la observacin de las precipitaciones. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)Cuadro 1Banda de frecuencia de los radares Banda Frecuencia (MHz) Longitud de onda (m)

S 1 500 5 200 0,193 0,0577C 3 900 6 200 0,0769 0,0484X 5 200 10 900 0,0577 0,0275

3.3. Medicin de la capa de nieveLa nieve que se acumula en una cuenca fluvial constituye una reserva natural de donde procede la mayor parte del abastecimiento de agua para una cuenca. Las predicciones de las disponibilidades de agua son de gran inters para granjeros, agricultores, compaas de navegacin fluvial y servicios relacionados con la produccin de energa, el abastecimiento de agua y el control de inundaciones. Se pueden realizar pronsticos seguros de la escorrenta estacional de una cuenca vertiente, debida a la fusin de la nieve, despus de algunos aos de observacin.3.3.1. Equipo extractor de muestras de nieveEl equipo consta, por lo general, de un tubo de metal o de plstico (a veces de varias partes para facilitar el transporte), con un cortanieves fijo en su extremo inferior y una escala graduada a lo largo de su cara exterior; de un dinammetro o romana para pesar las muestras de nieve extradas; de un soporte de alambre para mantener el tubo mientras se pesa y de herramientas para la manipulacin del instrumento. En la figura 3 se muestran todas las partes del equipo utilizado para nieve profunda que se describen de la manera siguiente:a) Tubo extractor; b) dinammetro; c) soporte; d) llave de tubo; e) llave de tuerca; f) cortanieves; g) roscas de acoplamiento; h) escala graduada. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)

Figura 3: Equipo extractor de muestras de nieve3.3.2. NivmetrosCon los nivmetros se mide la nieve precipitada. Son necesarios cuando la cantidad de nieve es considerable es considerable y su funcin es ms fcil. Son los mismos pluvimetros con algunas modificaciones. La ms comn es la supresin de embudo para aumentar su capacidad, y la colocacin en el interior de dos tabiques verticales que se cortan normalmente a lo largo del eje del cilindro, esto evita que los remolinos del viento saquen la nieve recogida. Para facilitar la fusin de la nieve dentro del cilindro se pone cloruro de calcio anhdrido, tambin se puede fundir aadiendo agua caliente. En ambos casos se descuenta la cantidad de agua medida la substancia utilizada para fundir la nieve.Existen nivmetros radiactivos, basados en el amortiguamiento que experimenta la intensidad de la radiacin de un foco emisor al atravesar un cierto espesor de substancia, es este caso nieve, amortiguamiento que es proporcional a dicho espesor. El foco emisor suele estar constituido por una pequea cantidad de material radiactivo encerrada en una capsula de plomo de gruesas paredes con una abertura en su porcin superior. Dicha cpsula queda alojada en el suelo y sobre su vertical, en el eje del haz de radiacin, a suficiente distancia va un contador Geiger-Miller que registra la intensidad de radiacin que llega hasta l, y puede emitir a su vez este registro. (Maderey, 2005)

Figura 4. Nivmetro radiactivo3.4. Medicin de la evaporacin y evapotranspiracinLa estimacin de la evaporacin de extensiones de agua libre o de superficies terrestres, as como de la transpiracin de la vegetacin, es de gran importancia para los estudios hidrolgicos. Por ejemplo, la estimacin de la evaporacin puede ser decisiva en la determinacin de la factibilidad de un sitio de embalse y es de utilidad para determinar los procedimientos ordinarios de operacin de un sistema de embalses. La evaporacin y la evapotranspiracin son tambin elementos importantes en cualquier estudio del balance hdrico. Los modelos conceptuales en hidrologa requieren valores promedios estimados de la evapotranspiracin en cuencas. En la actualidad es imposible medir directamente la evaporacin o la evapotranspiracin de grandes superficies. Sin embargo, se han establecido diversos mtodos indirectos que dan resultados aceptables. 3.4.1. Tanque de evaporacinPara calcular la evaporacin de lagos y embalses se utilizan frecuentemente los registros de evaporacin obtenidos por medio de tanques de evaporacin. Existen numerosos modelos de tanques de evaporacin: unos son cuadrados y otros circulares; unos estn instalados por encima del nivel del suelo, y otros estn enterrados de forma que el nivel de agua coincida aproximadamente con el del terreno. Los tanques o tinas de evaporacin se instalan a veces sobre plataformas flotantes en lagos o masas de agua.

Figura 5: Tanque de evaporacin3.4.2. Evapormetros y lismetrosLa evapotranspiracin se puede estimar por medio de evapormetros y lismetros, mediante mtodos de balance hdrico o balance trmico, con ayuda del mtodo de difusin turbulenta o mediante diferentes frmulas empricas basadas en datos meteorolgicos observados. El uso de evapormetros y lismetros permite una medida directa de la evapotranspiracin de superficies de terreno diferentes y la evaporacin del suelo situado entre espacios cultivados. Estos instrumentos han demostrado ser suficientemente sencillos y exactos siempre que se satisfagan todos los requisitos concernientes a su instalacin y a las tcnicas observacin. La transpiracin de la vegetacin se estima como la diferencia entre los valores de evapotranspiracin y de evaporacin del terreno medidos al mismo tiempo. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)

Figura 6: Evapormetro y lismetro (A) terreno en estudio; B) balanza; C) Recoleccin del agua de drenaje; D) Recoleccin del agua de escorrenta)3.5. Medicin del nivel de ros, lagos y embalsesEl nivel de agua de ros, lagos y embalses se usa directamente para la prediccin de crecidas, para la delimitacin de zonas con riesgo de inundacin y para el diseo de estructuras en cursos o masas de agua o cerca de ellas. Cuando se relaciona con los caudales de las corrientes o con el volumen de almacenamiento de embalses y lagos, el nivel de agua se utiliza como base para determinar el caudal o el volumen de agua almacenada.El nivel o altura del agua es la altura de la superficie del agua de una corriente, lago u otra masa de agua con relacin a una determinada referencia. En general, debe ser medida con una exactitud de un centmetro.3.5.1. Limnmetros En hidrometra prctica se emplean varios tipos de limnmetros para las mediciones del nivel. Los limnmetros ms utilizados son los siguientes: escala vertical graduada; escala inclinada o de rampa; indicador de alambre y pesa instalado en una estructura por encima de la corriente; varilla, cinta o alambre graduado, para medir la distancia hasta la superficie del agua. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)

Figura 7. Limnmetros

3.5.2. LimngrafosLos limngrafos son aparatos que registran las variaciones del nivel del agua. Son dos los sistemas fundamentales de funcionamiento de estos aparatos: uno basado en el registro del movimiento de un flotador y otro basado en el registro de la variacin de presin de agua. (Maderey, 2005)

Figura 8. Limngrafos de flotador Figura 9. Limngrafos de flotador y Pozo amortiguador

3.6. Medicin para aforos directosEn este punto se enumeran distintos aparatos utilizados para la medicin directa del caudal circulante por una seccin de un ro o canal, aforo directo, medida utilizada tambin para establecer o comprobar la curva de gasto nivel-caudal.3.6.1. FlotadoresSe pueden utilizar flotadores de superficie o de varilla. Los flotadores de superficie deben sumergirse a una profundidad inferior a la cuarta parte de la profundidad del agua. No se debern emplear cuando se tema que la medicin pueda ser afectada por el viento. Los flotadores de varilla pueden sumergirse a una profundidad superior a la cuarta parte de la profundidad del ro. Los flotadores de varilla no deben rozar el lecho del canal. Durante los perodos en que las maniobras en el ro pueden ser peligrosas, se pueden emplear, como flotadores naturales, rboles o fragmentos de hielo que floten en el ro. (E.O.I, 1987)3.7. Medicin de la velocidad del caudalEl caudal de un ro, es decir la cantidad de agua que fluye a travs de una seccin transversal, se expresa en volumen por unidad de tiempo. El caudal en un tiempo dado puede medirse por varios mtodos diferentes y la eleccin del mtodo depende de las condiciones de cada sitio.3.7.1. Medicin con molinete hidromtricoEste mtodo es ms exacto para medir la velocidad media de un ro. Consiste en introducir un aparato especialmente diseado, que se llama molinete, el cual tiene una hlice o rueda de aspas o copas que gira impulsada por la corriente y mediante un mecanismo elctrico, transmite por un cable el nmero de revoluciones por minuto o por segundo con que gira la hlice. Esta velocidad angular se traduce despus a velocidad del agua usando una frmula de calibracin que previamente se determina para cada aparato en particular. (Organizacin Meteorolgica Mundial, 1994)

Figura 10. Molinete hidromtrico3.7.2. Tubo de PitotPitot ide un procedimiento de medida de la velocidad del agua en un punto mediante la utilizacin de dos tubos doblados en ngulo recto, colocados verticales, uno con el doblez a favor de la corriente y el otro en contra de manera que el agua fluya en su interior. La diferencia de niveles proporciona el dato de velocidad. (E.O.I, 1987)

Figura 11. Tubo de Pitot3.8. Medicin de la infiltracin Para medir la infiltracin de un suelo se usan los infiltrmetros, que sirven para determinar la capacidad de infiltracin en pequeas reas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo. Los infiltrmetros se usan con frecuencia en pequeas cuencas o en reas pequeas o experimentales dentro de cuencas grandes. Cuando en el rea se presenta gran variacin en el suelo y vegetacin, sta se subdivide en subreas relativamente uniformes, de las cuales haciendo una serie de pruebas se puede obtener informacin aceptable.3.8.1. Infiltrmetros de carga constantePermiten conocer la cantidad de agua que penetra en el suelo en un rea cerrada a partir del agua que debe agregarse a dicha rea para mantener un tirante constante, que generalmente es de medio centmetro. Los infiltrmetros de carga constante ms comunes consisten en dos aros concntricos, o bien en un solo tubo; en el primer tipo, se usan dos aros concntricos de 23 y 92 cm de dimetro respectivamente, los cuales se hincan en el suelo varios centmetros. El agua se introduce en ambos compartimentos, los cuales deben conservar el mismo tirante. El objeto del aro exterior es evitar que el agua dentro del aro interior se expanda en una zona de penetracin mayor que el rea correspondiente; la capacidad de infiltracin del suelo se determina a partir de la cantidad de agua que hay que agregar al aro interior para mantener su tirante constante. La limitacin ms seria para el uso de cilindros infiltrmetros es que su emplazamiento en el suelo provoca un cierto grado de alteracin de sus condiciones naturales (destruccin de la estructura o compactacin produciendo cierta variacin en la cantidad de agua). Adems, la interfase entre el suelo y el lado del cilindro metlico puede causar una entrada anormal de agua, resultando un mayor volumen de agua que se infiltra en un tiempo dado.

Figura 12. Infiltrmetros de carga constante3.8.2 Simuladores de lluviaCon el objeto de evitar en lo posible las fallas de los infiltrmetros de carga constante, se usan los infiltrmetros que simulan la lluvia, aplicando el agua en forma constante al suelo mediante regaderas. (Ordoez, 2011)

Figura 13. Simuladores de lluvia3.9 Medicin de aguas subterrneasLas fluctuaciones en los niveles de las aguas subterrneas reflejan cambios en su almacenamiento en los acuferos. Se pueden identificar dos grupos principales de fluctuaciones: las de perodo largo, como las causadas por cambios estacionales en la recarga natural y el bombeo persistente, y las de perodo corto, como por ejemplo, las causadas por los efectos de perodos breves de bombeo intermitente, cambios baromtricos y por efecto de la marea. En general, no es necesario realizar mediciones continuas ya que los niveles del agua subterrnea responden generalmente con lentitud a los cambios de origen externo.3.9.1 PiezmetroUn piezmetro, es una tubera de dimetro pequeo, abierta en ambos extremos, generalmente no perforada (excepto en el extremo inferior, una longitud pequea, no superior a 5-20 cm), de modo tal, que no se produzcan filtraciones entre la pared exterior del tubo y el suelo, y permitir que toda el agua que ingrese a su interior lo haga slo por el extremo inferior.El piezmetro indica solamente la presin hidrosttica del agua subterrnea en un punto especfico del suelo, localizado en el extremo inferior. Del mismo modo se usan para determinar las condiciones del agua subterrnea cuando se sospecha la presencia de presin artesiana (acufero confinado). (Villn, 2007)

Figura 14. Piezmetro

IV. CONCLUSIONES

Ponindonos a observar el contexto presente, nos damos cuenta que la tecnologa ha desarrollado grandes aportes para la comprensin y el manejo de muchos recursos. A la par las investigaciones han procurado afinar su objetivo en otorgarnos informacin precisa en la comprensin de varios temas que a la actualidad son de inters colectivo. El estudio del agua, es quiz hasta la actualidad uno de los principales motivos de investigacin, y debido a que este recurso viene a ser limitado para el consumo humano se han desarrollado mtodos de tratarla y preservarla; as tambin se observa gran nmero de herramientas que se utilizan para su determinacin y de esta forma poder analizarla.El presente trabajo nos dio a conocer el uso correcto de los diversos tipos de instrumentos de medicin hidrolgica, la cuales se detallaron y explicaron de una adecuada manera para su comprensin; durante la revisin bibliogrfica se encontr que la gran mayora de estos, son mejorados, y en algunos casos alcanzan una mejor medicin hidrolgica.

V. BIBLIOGRAFA

1. Campos, A. (1998). Procesos del ciclo hidrologico. Mexico: Universitaria Potosina.2. Chamorro, G. (2008). GUA DE HIDROMETRA DE AGUAS SUPERFICIALES. Obtenido de Medicin del Nivel de agua: http://www.senamhi.gob.pe/pdf/aprendiendo_hidrometria.pdf3. E.O.I. (17 de Noviembre de 1987). MASTER EN INGENIERA MEDIOAMBIENTAL Y GESTIN DEL AGUA. Obtenido de CAUDALES EN RIOS. INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y REDES. : http://api.eoi.es/api_v1_dev.php/fedora/asset/eoi:45239/componente45237.pdf4. Maderey, L. (2005). Principios de hidrogeografa, estudio del ciclo hidrolgico. Mxico: UNAM.5. Ordoez, J. (2011). SENAMHI. (S. G. Lima, Editor) Obtenido de CICLO HIDROLGICO: http://www.gwp.org/Global/GWP-SAm_Files/Publicaciones/Varios/Ciclo_Hidrologico.pdf6. Organizacin de los Estados Americanos . (s.f.). Medicin de Lluvia y Nivel de Agua de los ros. Obtenido de https://www.oas.org/dsd/publications/Unit/oea91s/08Paso3.pdf7. Organizacin Meteorolgica Mundial. (1994). GUA DE PRCTICAS HIDROLGICAS. Ginebra, Suiza: OMMN 168.8. Villn, M. (2007). Drenaje (Primera ed.). Costa Rica: Tecnolgica.

pg. 11