Resumen de Hidrometria

1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y
AMBIENTAL
HIDROLOGÍA APLICADA
TRABAJO #1
RESUMEN DE HIDROMETRÍA
Dr. ING. LAUREANO ANDRADE
JUAN PABLO HERRERA C.
PERÍODO 2015-B
05/10/2015

2. OBJETIVO GENERAL:
Reforzar y complementar los conocimientos adquiridos por los estudiantes sobre hidrometría
necesarios para el curso de HIDROLOGÍA APLICADA.
OBJETIVO ESPECÍFICO:
 Aprender cómo se obtiene y procesan los datos hidrológico provenientes de las estaciones
hidrológicas.
 Refrescar y consolidar los conocimientos adquiridos en hidrología básica para la
construcción de una curva de descarga y posteriormente analizarla.
METODOLOGÍA:
Consultar diferentes parámetros y conocimientos de Hidrología Básica para posteriormente
ponerlos en práctica en la realización de un trabajo para evaluar los conocimientos adquiridos.
DESARROLLO DEL TRABAJO
1. ESTACIONES HIDROLÓGICAS
1.1 DEFINICIÓN
Sitio donde se realizan manual o sistemáticamente mediciones y observaciones de
elementos hidrológicos necesarios para el estudio e investigación de fenómenos
relacionados con el régimen de un afluente, que son necesarios para llevar a cabo algún
proyecto, dispuesto a satisfacer algún fin.
Constituyen la base para los estudios hidrológicos,además su precisión se verálimitada
por la frecuencia del número de mediciones.
El conjunto de éstas estaciones de las conoce como red de estaciones hidrométricas y
ambientales.
1.2 TIPOS
1.2.1 ESTACIÓNDE RED BÁSICA
Suministran información básica de las variables en observación para el
estudio a nivel de una región, sustentando sus principios a zonas con
características hidroclimáticas homogéneas.
1.2.2 ESTACIÓNDE RED ESPECÍFICA
Se utiliza para obtener información que permita el estudio y descripción
específicos y detallados de una zona en particular con características fuera
de lo común a zonas generales.
1.3 EQUIPAMIENTOE INSTRUMENTACIONES
Una estación tradicional hidrológica consta de un vertedero que se encarga de
encauzar la zona y permite estabilizar el agua; los aforos y medidas se realizan en
una caseta de instrumentación ubicada cerca al lecho del río, ésta esté comunicada
con el afluente por un pozo. Dentro de la caseta se encuentran aparatos de medida
tales como: limnígrafo, limnímetro, sonda piezométrica y regularmente un torno
que mueve un micromolinete para realizar aforos directos.

3. Limnígrafo.
Aparato registrador del nivel libre de una corriente de agua, según
una curva llamada limnigrama.
Limnímetro.
Aparato que mide altura del agua sin registrarla, este debe estar
perfectamente nivelado y alineado.
Sondapiezométrica.
Aparto que sirve para medir el nivel de agua en el interior de un
pozo.
Micromolinete.
Aparato que sirvepara medir la velocidaddelagua en un canal
abierto, que puede variar desde una pequeña escorrentía
hasta una gran inundación. Su principio se basa en la
proporcionalidad entre la velocidad del agua y la velocidad
angular resultante del rotor.

4. 1.4 PROCEDIMIENTOS DE OBTENCIONDE LAINFORMACIÓNHIDROLÓGICAEN
LAS ESTACIONES
El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección
de un cauce natural es de mucha importancia para llevar a cabo unos confiables
estudios hidrográficos. De acuerdo a la necesidad de registros de calidad y en
cantidad, se instalan equipos de manera continua o permanente o de una manera
puntual o instantánea.
Las mediciones continuaso permanentes requieren de la instalaciónde una estación
medidora (limnimétrica) y de una estación registradora (limnigráfica).
Otra forma es mediante el auxilio de un operador que reside o trabaja en las
proximidades de la estación se registra periódicamente en planillas los niveles
observados a horas preestablecidas y todo otro evento relevante para el
funcionamiento de la estación, pero no siempre se estará sujeto a la confiabilidadya
que dependerá de la responsabilidad y empeño del trabajador con sus obligaciones.
Todos estos datos son llenados en formularios cuyacapacidades mensual, estos son
llevados a las oficinas para posteriormente ser procesados.
La institución a cargo de la medición de los parámetros hidrológicos es el INAHMI
(Instituto Nacional de Meteorología e Hidrografía) en los llamados Anuarios, donde
encontramos información tal como: caudales, niveles de agua, sedimentos, entre
otros parámetros.
2. PROCESAMIENTOBÁSICODE LAINFOMACIÓN
2.1 NIVELES
Los niveles medios diarios de agua en ríos se obtienen en estaciones con limnigrafo por
el promedio diario de todas sus lecturas; mientras que con el limnimetro el promedio
de las dos lecturas diarias.
2.2 CAUDALES
Se calcula a partir de sus lecturas limnimetricas o limnigráficas aplicando la ecuacióno
curvas de descarga.
2.3 SEDIMENTOS
Se realizan mediante procedimientos específicos,de muestras tomadas en el campo. Se
obtiene la concentración en (Kg/m3).
2.4 INFORMACIONDE POZOS Y VERTIENTES
Mediante cálculos y utilizando formatos preestablecidos, se registran los niveles y
otros parámetros de aguas subterráneas.
2.5 HIDROQUÍMICA
Se realizan análisis de muestras superficiales y subterráneas, para así definir su calidad,
composición y los efectos que estos pueden causar.
2.6 CURVAS DE DURACIÓNGENERAL
Trazado de curvas de duración general conseries de caudales medios diarios usando el
método de Hazen para determinar su probabilidad.
3. INFORMACIÓNQUE CONTIENE ELANUARIOHIDROLÓGICO
Al evaluar la disponibilidad de información de los anuarios provistos por el INAHMI
(Instituto Nacional de Meteorología e Hidrografía) encontramos los siguientes
parámetros:

5.  Código de la estación
 Nombre de la estación
 Tipo de estación
 Código de la Cuenca Hidrográfica
 Código de la provincia
 Ubicación geográfica de la estación (Latitud, longitud, altura)
 Caudales (Máximos, mínimos, medios)
 Niveles medios diarios
 Sedimentos
 Limnigramas
 Hidroquímica (Calidad del agua)
 Información de pozos y vertientes para datos de aguas subterráneas
4. CALCULODE AFOROS LÍQUIDOS Y ELABORACIÓNDE LACURVADE DESCARGA
4.1 PROCESAMIENTODE CÁLCULODE AFOROS LÍQUIDOS MEDIANTE
MICROMOLINETE
Este es un procedimiento cuyoprincipio es de la medición de la velocidad del flujoa
través de una sección transversal estable y conocida del cauce mediante el uso del
micromolinete. Una partícula se mueve a lo largo del contorno completo de la línea
que determina una vuelta de la hélice. Entonces para un desplazamiento S, la hélice
también dará una vuelta, en un movimiento uniforme:
𝑉 =
𝑆
𝑡
El espacio, S. recorrido por la hélice, o por la partícula líquida a través de ésta, se
representa por el número de rotaciones N, que da en micromolinete en t segundos,
Entonces:
𝑉 = 𝑏 ∗
𝑁
𝑡
Y haciendo:
𝑛 =
𝑁
𝑡
La frecuencia de giro, se tiene:
𝑉 = 𝑏 ∗ 𝑛
Con la sensibilidad del aparto se hace sentir a partir de determinada velocidad
mínima, a, que en general, es del orden de 1 cm/s, por debajo de la cual el aparato
no se mueve, la ecuación se transforma en:
𝑉 = 𝑎 + 𝑏 ∗ 𝑛
Ecuaciónque corresponde a una línea recta. Los aparatos vienen con su respectiva
ecuación de calibración, dependiendo del tipo de micromolinete y de la casa
productora, o tabuladas las velocidades en función del número de revoluciones por
minuto.
Una vez determinada la velocidad gracias al instrumento y su ecuación
correspondiente, calculamosel área de la seccióntransversal para luego multiplicar
ambos valores y obtener el caudal correspondiente a estas variables:
𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑉

6. 4.2 DETERMINACIÓNDE LACURVADE DESCARGAENRÍOS
4.2.1 FORMAGENERALDE LACURVADE DESCARGA
Esla relación única entre caudal y alguna variable de una secciónestable y conocida,
que generalmente consta de varios tipos de relaciones como las citadas a
continuación: calado, pendiente, velocidad, etc.
La manera más común de encontrarla es la del caudal en función del calado,
usualmente determinadas directamente de forma experimental.
Generalmente los datos definirán una forma aproximadamente parabólica y
tangente al eje de las ordenadas, que matemáticamente obedece a la ecuación:
𝑄 = 𝐾 (ℎ − ℎ𝑜) 𝑚
4.2.2 FACTORES QUE AFECTANLACURVADE DESCARGA
 Inestabilidad de la sección de control o sección transversal del afluente ya
que por lo general es el mismo flujo quien altera las características de este.

7.  Aparición de nuevas obras de infraestructura aguas arriba o debajo de la
estructura o sección de aforo.
 Histéresis a causa de los bruscos y repentinos cambios de calado lo que
causa la formación de ondas afectado a la estimación de los parámetros del
afluente.
 Histéresis de las diferentes características del río debido al cambio del
material de cubierta del lecho del río, por el transporte o deposición de
sedimentos.
 Errores humanos de medidas o procesamiento de datos.
 Cambio del cero de la escala del limnimetro en la reinstalación de uno nuevo
o por el mismo a causa de mejoramiento de la estación.
 Condiciones de flujo no uniforme, ya que se asume una sección de control
constante.
 Separación excesiva entre la sección de aforo y la limnimetrica debido a
inconvenientes de espacio apropiadas para ubicarlas en un mismo lugar.
 Otros (Desconocimientode su historial, des calibraciónde los instrumentos,
etc)
4.2.3 REPRESENTACIÓNGRÁFICA
Ésta gráfica representa la relación entre el calado y el caudal que pasa para una
sección específica de un afluente, detallándose sus caudales históricos para evaluar
debidamente su impacto sobre proyectos hidráulicos actuales y sobre el diseño de
futuros.
El grado de confiabilidad depende en gran manera de la medición de las variables y
el empeño en el procesamiento y extrapolación de sus datos. A mayor cantidad y
calidad de aforos mayor será su confiabilidad.
4.2.4 MÉTODODE CONSTRUCCIÓNDE LACURVADE DESCARGA
4.2.4.1 DATOS
 Fechas de aforo
 Altura limnimétrica
 Caudal
 Área transversal de la sección
 Perímetro mojado
 Velocidad media
 Niveles máximos y mínimos registrados
 Fechas de instalación y retiro de estructuras temporales
4.2.4.2 GRÁFICODE AFOROS, CURVADE DESCARGA(Hvs.Q)
 Disponer las lecturas de modo que los puntos queden a una disposición
aproximada de 45° y sea visible su lectura.
 Graficar la altura linmimetrica en el eje de las ordenadas y el caudal en el eje de
las abscisas.
 Localizaraquellos puntos queestán porfueradel rango de lospuntos graficados.
 Una vezlocalizados aquellos puntos que desencajan en la tendencia, se procede
a localizar y comprobar la veracidad de aquel valor teniendo en cuenta los
factores que pueden afectar a su estimación.
 Se traza una línea preliminar de tal modo que trate de englobar y acoplarse a la
disposición de la mayor cantidad de puntos expuestos.

8. 4.2.5 EXTRAPOLACIÓNDE LACURVADE DESCARGA
Normalmente del grupo de datos que se tiene de los registros, no constan los aforos
de todos sus miembros; por lo que se hace necesario utilizar técnicas de
extrapolación hacia los niveles más críticos registrados históricamente del cauce,
para así tener un mejor acercamiento a la realidad y reducir la incertidumbre.
Existen diversos métodos de extrapolación de los cuales citamos algunos:
 Extrapolación manual
 Área y velocidad media
 Método de Manning
 Método de Steven
 Método ruso
 Métodos analíticos
 Curva analítica de primer tipo
 Curva analítica de segundo tipo
Los niveles bajos no causan problema ni son críticos en la estimación de la
extrapolación, por lo que el uso del método área – velocidad media es una buena
opción para estimar los valores hacia la extrapolación al extremo superior.
Método del áreay velocidad media
El método consiste en tomar varios niveles superiores, incluyendo el máximo
histórico registrado de los cuales obtenemos sus respectivos valores de área y
velocidad de sus gráficas correspondientes, para luego aplicar la ecuación de la
continuidad y de esta forma disponer de nuevos pares de (H, Q) a niveles mayores
que el máximo aforado, cubriendo así todo el rango necesario.
Trazar la nueva curva de descarga con los nuevos puntos obtenidos de la
extrapolación, los cuales seguirán una tendencia significativa.
Acotamientos importantes que resaltan en la curva de descarga:
 Es inaudito que se presenten pendientes negativas a lo largo de su trazo.
 El máximo siempre se alcanza al finalizar la curva.
 La gráfica de la curva es convexa.
 La curva nunca tendrá a lo largo su trazado un punto de inflexión.
 El cambio del gradiente del caudal comienza de manera lenta y se acelera
conforme progresa su altura.
5. PRESENTACIÓNDE RESULTADOS:
CONSTRUCCIÓNDE LACURVADE DESCARGACONLOS SIGUIENTES DATOS
5.1 EN LA TABLA ADJUNTAELIMINARDOS AFOROS ALAZAR.
ANEXO A

9. 5.2 CONSTRUIRLAS GRÁFICAS H= f(Q); H=f(A); H= f (V),PARA ANALIZARLAS
TENDENCIAS.
H= f(Q)
H= f(A)

10. H= f (V)
Donde:
5.3 UTILIZAREL MÉTODOGRÁFICOPARA ENCONTRAR“ho”.

11. 𝑸 = 𝒂 (𝑯 − 𝒉𝒐) 𝒃
𝒍𝒏 𝑸 = 𝒍𝒏 𝑨 + 𝒃 ∗ 𝒍𝒏( 𝑯 − 𝒉𝒐)
𝒀 = 𝑨 + 𝒃𝒙
Formamos una tabla donde se encuentre tabulados valores de lnQ, ln(H-ho) en función
del calado y su caudal estimado, variando ho desde valores que son dependientes a las
características del río. A continuación, seleccionamos el valor de ho que nos dé una
tendencia recta de la curva trazada de ln(H-ho) = f(lnQ).
ANEXO B
Porla tendencia de la curvatura a una recta escojo ho=0.2
5.4 UTILIZAREL MÉTODODE CORRELACIÓNYREGRESIÓNPARAENCONTRAR“a”
Y “b” ENLA SIGUIENTE ECUACIÓNTIPO:
𝑸 = 𝒂 (𝑯 − 𝒉𝒐) 𝒃

12. En donde:
Q – caudal en m3/s;
H – lectura limnimétrica, m;
a, ho y b – parámetros de la ecuación a determinar.
Calculo de los valores A,a y b para cada variable de ln(H-ho):
Procedemos a calcular los nuevos ln(Q*) conlas variables obtenidas:

13. Comprobamos por el conceptode los mínimos cuadrados:
Obtenemos la ecuación y construimos la curva de descarga:
y= A+bx
Y= 2,203 + 3,236 * x
ln Q= ln a + b ln(H-ho)
ln Q= 2,203 + 3,236 * ln (H-0,2)
Q=a (H-ho)b
Q= 9,052* (H-0,2)^3,236

14. Comparación de caudal aforado y calculado:
Fecha
H Q Q cal.
(m) (m3
/s) (m3
/s)
1978
30-ABRIL 1,70 28,98 33,62
30-ABRIL 1,64 27,97 29,46
1-MAYO 1,60 25,96 26,89
7-JULIO 1,04 4,59 5,15
#NUM!
8-JULIO 1,03 4,30 4,95
8-JULIO 1,03 3,68 4,95
9-JULIO 1,02 3,96 4,76
24-OCT 1,11 6,11 6,67
25-OCT 1,13 6,30 7,16
#NUM!
26-OCT 1,09 5,78 6,21
22-NOV 1,50 20,81 21,16
23-NOV 1,46 17,39 19,12
23-NOV 1,45 17,60 18,64
24-NOV 1,42 15,95 17,23
1979
21-FEB 1,00 5,27 4,40
22-FEB 1,00 5,61 4,40
29-MAY 1,70 32,52 33,62
29-MAY 1,70 35,08 33,62
1-SEP 1,06 6,10 5,56
1-SEP 1,06 5,83 5,56
2-NOV 1,12 8,56 6,91
2-NOV 1,12 8,56 6,91
1980
28-MAR 1,19 9,58 8,76
28-MAR 1,19 9,68 8,76
28-MAY 1,27 10,76 11,27
28-MAY 1,26 10,54 10,93
02-Jun 1,30 11,49 12,32
2-AGO 0,91 3,47 2,99
28-OCT 1,37 16,64 15,05
28-OCT 1,38 16,50 15,47
10-Dic 1,39 14,04 15,89
1981
29-ENE 1,49 20,19 20,64

15. 6-ABRIL 1,48 21,13 20,12
15-JUNIO 1,28 13,77 11,61
31-OCT 1,36 14,56 14,63
1982
9-FEB 1,45 20,21 18,64
24-ABRIL 1,45 14,89 18,64
1983
2-SEP 0,89 2,75 2,72
6. CONCLUSIONES
 Es de gran importanciaentenderlosconceptosde laHidrologíaBásica con el fin de
tener bases sólidas a la hora de aplicarlos.
 Se verificó que existen procedimientos más exactos y veraces con el pasar del
tiempo ya que la instrumentación cada día es más tecnológica.
 Las curvasde descarga enlagran mayoría de estacioneshidrométricasconsistende
relacionessóloentreel nivelycaudal,esdecirQ= f(h).La curvaserá másconfiable:
cuantomásamplioseael rangodenivelque cubranlosaforos;cuantomásuniforme
estén distribuidos en el tiempo (frecuencia de medición); y cuantos menosajustes
por arrastre “extrapolaciones”, tengan los aforos.
7. RECOMENDACIONES
 Se recomiendarealziarunestudiomásafondode todoslosparámetros,procesos
y definicionescitadaseneste informe,yaque seránde muchaayuda enel
trascurso del curso de hidrologíaaplicada.
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00
Alturalimnimetrica(m)
Q (m3/s)
CURVA DEDESCARGA
Q aforado Q calculado Power (Q calculado)

16. 8. BIBILIOGRAFÍA
 G. Monsalve, Hidrología En La Ingeniería, Editorial Escuela Colombiana De Ingeniería,
Ed. 2006
 M. Almeida, Instructivos De Procesamiento De Información Hidrometeorológica,
Escuela Politécnica Nacional, 2010
 http://www.hidromet.com.pa/educacion_hidrologico.php
 http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358002/Abastecimiento_Contenido_en_line
a/glosario.html
 http://webworld.unesco.org/water/ihp/db/glossary/glu/HINDES.HTM
 http://www.upct.es/~minaeees/hidrologia.pdf
 http://www.serviciometeorologico.gob.ec/biblioteca/
 http://www.riego.org/glosario/tag/limnigrafo/
 http://grupoalcesas.com/portafolio/equipos-para-hidrologia/16-molinetes-y-
micromolinetes#.VhR3Teh_NBc
 http://walterbardalesrecursoshidricos.blogspot.com/2009/12/curva-de-calibracion-
de-caudales.html
9. ANEXOS

17. ANEXO A
ANEXOS
LISTADO DE AFOROS LIQUIDOS Y SOLIDOS EN
SUSPENSION
ESTACION : BLANCO AJ
MIRA
Aforo Fecha h Q A Vm b d Qs Cp
No. (m) (m3
/s) (m2) (m/s) (m) (m) (kg/s) (kg/m3
)
1978
1 30-ABRIL 1,70 28,98 17,29 1,68 15,8 1,09 5,800 0,194
2 30-ABRIL 1,64 27,97 16,94 1,65 15,5 1,09 3,570 0,137
3 1-MAYO 1,60 25,96 16,94 1,53 15,5 1,09
4 7-JULIO 1,04 4,59 7,81 0,59 13,7 0,57
5 7-JULIO 1,04 4,20 7,87 0,53 13,7 0,57
6 8-JULIO 1,03 4,30 7,53 0,57 13,7 0,55
7 8-JULIO 1,03 3,68 6,94 0,53 13,7 0,51 0,098 0,027
8 9-JULIO 1,02 3,96 6,99 0,57 13,7 0,51 0,070 0,019
9 24-OCT 1,11 6,11 7,84 0,78 12,3 0,64 0,330 0,049
10 25-OCT 1,13 6,30 7,90 0,80 12,3 0,64 0,310 0,047
11 25-OCT 1,10 5,91 7,67 0,77 12,3 0,62
12 26-OCT 1,09 5,78 7,71 0,75 12,3 0,63
13 22-NOV 1,50 20,81 12,68 1,64 15,5 0,82 0,920 0,044
14 23-NOV 1,46 17,39 12,20 1,43 15,5 0,79 1,110 0,065
15 23-NOV 1,45 17,60 12,40 1,42 15,5 0,80 0,800 0,045
16 24-NOV 1,42 15,95 11,55 1,38 15,5 0,75 0,650 0,043
1979
17 21-FEB 1,00 5,27 7,91 0,67 11,5 0,69
18 22-FEB 1,00 5,61 8,41 0,67 12,0 0,70
19 29-MAY 1,70 32,52 18,17 1,79 17,0 1,07 6,940 0,143
20 29-MAY 1,70 35,08 18,12 1,94 17,0 1,07
21 1-SEP 1,06 6,10 9,04 0,67 12,0 0,75 0,220 0,036
22 1-SEP 1,06 5,83 8,78 0,66 12,0 0,73
23 2-NOV 1,12 8,56 9,80 0,87 12,1 0,81 0,230 0,027
24 2-NOV 1,12 8,56 9,80 0,87 12,1 0,81
1980
25 28-MAR 1,19 9,58 10,28 0,93 12,2 0,84
26 28-MAR 1,19 9,68 10,29 0,94 12,2 0,84 0,398 0,046
27 28-MAY 1,27 10,76 10,28 1,05 12,0 0,86
28 28-MAY 1,26 10,54 10,63 0,99 12,0 0,89
29 02-Jun 1,30 11,49 10,62 1,08
30 2-AGO 0,91 3,47 7,72 0,45 12,0 0,64
31 28-OCT 1,37 16,64 14,05 1,18 15,0 0,94
32 28-OCT 1,38 16,50 14,35 1,15 15,0 0,96
33 10-Dic 1,39 14,04 12,18 1,15
1981
34 29-ENE 1,49 20,19 14,45 1,36 15,0 0,96
35 6-ABRIL 1,48 21,13 14,77 1,43 14,9 0,99
36 15-JUNIO 1,28 13,77 10,97 1,26 14,4 0,76
37 31-OCT 1,36 14,56 12,01 1,21 15,3 0,78

18. ANEXO B
1982
38 9-FEB 1,45 20,21 12,86 1,57 15,6 0,82 1,463 0,074
39 24-ABRIL 1,45 14,89 11,30 1,32 16,0 0,71 0,491 0,034
1983
40 2-SEP 0,89 2,75 5,68 0,49 10,5 0,54
Datos tomados de las fuentes : Archivos de INECEL - Hidrología y Archivos del INAMHI
Q = Caudal Líquido; h = Altura limnimétrica ; A = Area transversal de aforo ; Vm = Velocidad media del
aforo
b = Ancho del rio ; d = Profundidad
hidráulica media
Qs = Caudal sólido en suspensión ; Cp = Concentración de los sólidos en suspensión
FILAS ELIMINADAS