Medidor de caudal

Un medidor de caudal , medidor de caudal o estación de medición de caudal es un lugar utilizado por hidrólogos o científicos ambientales para monitorear y evaluar masas de agua terrestres . Generalmente se toman mediciones hidrométricas de la elevación de la superficie del nivel del agua (" nivel ") y/o del caudal volumétrico (flujo) y también se pueden realizar observaciones de la biota y la calidad del agua . Las ubicaciones de las estaciones de medición a menudo se encuentran en mapas topográficos . Algunas estaciones de medición están altamente automatizadas y pueden incluir capacidad de telemetría transmitida a una instalación central de registro de datos .

En la actualidad, la medición directa automatizada del caudal de un río es difícil. Matemáticamente, medir el caudal de un río es estimar el caudal volumétrico , que en general es una integral de flujo y, por lo tanto, requiere muchas mediciones de velocidad de sección transversal. En lugar de la medición directa del caudal de un río, se pueden utilizar una o más mediciones sustitutivas como variables proxy para generar valores de caudal. En la mayoría de los casos, se utiliza una medición del nivel (la elevación de la superficie del agua) como sustituta. Los ríos de baja pendiente (o de pendiente poco profunda) están muy influenciados por las condiciones variables del canal aguas abajo. Para estos ríos, se instalaría un segundo medidor de caudal y se calcularía la pendiente de la superficie del agua entre los medidores. Este valor se utilizaría junto con la medición del nivel para determinar con mayor precisión el caudal del río. Las mejoras en la precisión de los sensores de velocidad también han permitido el uso de la velocidad del agua como un sustituto fiable del caudal del río en sitios con un área de sección transversal estable. Estos sensores se montan de forma permanente en el río y miden la velocidad en una ubicación particular del mismo.

En aquellos casos en que se utiliza únicamente una medición de nivel como sustituto, se debe construir una curva de clasificación . Una curva de clasificación es la relación funcional entre el nivel y el caudal. Se determina haciendo mediciones discretas repetidas del caudal del caudal utilizando un velocímetro y algún medio para medir la geometría del canal a fin de determinar el área de la sección transversal del canal. Los técnicos e hidrólogos responsables de determinar la curva de clasificación visitan el sitio de manera rutinaria, con viajes especiales para medir los extremos hidrológicos (inundaciones y sequías), y realizan una medición del caudal siguiendo un conjunto explícito de instrucciones o procedimientos operativos estándar (SOP).

Una vez establecida la curva de caudal, se puede utilizar junto con las mediciones de nivel para determinar el caudal volumétrico. Este registro sirve entonces como evaluación del volumen de agua que pasa por el medidor de caudal y resulta útil para muchas tareas asociadas con la hidrología.

En aquellos casos en los que se utiliza además una medición de velocidad como sustituto, se lleva a cabo una determinación de velocidad índice . Este análisis utiliza un sensor de velocidad, a menudo magnético o acústico, para medir la velocidad del flujo en una ubicación particular en la sección transversal del arroyo. Una vez más, el técnico o hidrólogo realiza mediciones discretas del caudal del caudal en una variedad de etapas. Para cada determinación discreta del caudal del caudal, la velocidad media de la sección transversal se determina dividiendo el caudal del caudal por el área de la sección transversal. Se construye una curva de clasificación, similar a la utilizada para las determinaciones de caudal por nivel, utilizando la velocidad media y la velocidad índice del medidor montado permanentemente. Se construye una curva de clasificación adicional que relaciona el nivel del arroyo con el área de la sección transversal. Utilizando estas dos clasificaciones, el nivel recopilado automáticamente produce una estimación del área de la sección transversal, y la velocidad índice recopilada automáticamente produce una estimación de la velocidad media de la sección transversal . El caudal del caudal se calcula como el producto de la estimación del área de la sección transversal y la estimación de la velocidad media del caudal.

Se utilizan diversas estructuras hidráulicas/dispositivos primarios para mejorar la confiabilidad del uso del nivel del agua como sustituto del flujo (mejorando la precisión de la tabla de clasificación), que incluyen:

• presas
  • Muesca en V ,
  • de cresta ancha ,
  • de cresta afilada y
  • vertederos combinados
• Canales
  • Canal de Parshall

Otros equipos que se utilizan comúnmente en los medidores de caudal permanentes incluyen:

• Cables: para suspender un hidrógrafo y un molinete sobre un río para realizar mediciones de caudal alto.
• Pozo tranquilizador: proporcionar un nivel de agua tranquilo que se pueda medir mediante un sensor.

Indicadores de nivel de agua:

• Indicadores de altura (de cabeza) : para una indicación visual de la profundidad del agua
• Dispositivo de medición de presión de agua (Bubbler): para medir el nivel de agua a través de la presión (normalmente se hace directamente en el arroyo sin un pozo amortiguador)
• Codificador de etapa : un potenciómetro con un sistema de rueda y polea conectado a un flotador en un pozo tranquilizador para proporcionar una lectura electrónica del nivel del agua.
• Dispositivos ultrasónicos simples : para medir el nivel de agua en un pozo amortiguador o directamente en un canal.
• Medidores electromagnéticos

Las mediciones de caudal de un arroyo o canal sin un medidor de caudal establecido se pueden realizar utilizando un molinete o un perfilador de corriente acústico Doppler . Un método informal que no es aceptable para ningún propósito oficial o científico, pero que puede ser útil, es el método de flotación , en el que se observa un objeto flotante, como un trozo de madera o una cáscara de naranja, que flota río abajo. ^[1]

Las primeras mediciones rutinarias del caudal de los ríos en Inglaterra comenzaron en el Támesis y el Lea en la década de 1880, ^[2] y en Escocia en el río Garry en 1913. ^[3] La red nacional de estaciones de medición se estableció en su forma actual a principios de la década de 1970 y consta de aproximadamente 1500 estaciones de medición de caudal complementadas por un número variable de sitios de monitoreo temporales. ^[2] La Agencia de Medio Ambiente es responsable de la recopilación y el análisis de datos hidrométricos en Inglaterra, Natural Resources Wales en Gales, mientras que la responsabilidad de Escocia e Irlanda del Norte recae en la Agencia Escocesa de Protección Ambiental y la Agencia de Ríos respectivamente. ^[4]

En los Estados Unidos, el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) es la principal agencia federal encargada de mantener registros de los recursos naturales . Dentro del USGS, la División de Recursos Hídricos tiene la responsabilidad de monitorear los recursos hídricos.

Para establecer un medidor de caudal, el personal del USGS primero elige un sitio en un arroyo donde la geometría sea relativamente estable y exista una ubicación adecuada para realizar mediciones directas discretas del caudal utilizando equipo especializado. Muchas veces esto será en un puente u otro cruce de arroyo. Luego, los técnicos instalan equipo que mide el nivel (la elevación de la superficie del agua) o, más raramente, la velocidad del flujo. Se instala equipo adicional para registrar y transmitir estas lecturas (a través del Satélite Ambiental Operacional Geoestacionario ) a la oficina del Centro de Ciencias del Agua donde se guardan los registros. El USGS tiene una oficina del Centro de Ciencias del Agua en cada estado de los Estados Unidos. Los datos actuales de caudal de los medidores de caudal del USGS se pueden ver en forma de mapa en: [2].

En Zimbabwe , la red nacional de medidores de caudal es responsabilidad de la Autoridad Nacional del Agua de Zimbabwe. Se trata de una red extensa que abarca todos los ríos y cuencas importantes del país. Sin embargo, una revisión de los medidores existentes planteó serias preocupaciones sobre la fiabilidad de los datos de una minoría de estaciones, debido en parte a los problemas de financiación actuales. ^[5]

La red de pluviómetros más grande de Bangladesh está a cargo de la Junta de Desarrollo del Agua de Bangladesh (BWDB). En algunos otros lugares, la Autoridad de Transporte de Aguas Interiores de Bangladesh mantiene algunos pluviómetros para brindar asesoramiento para fines de navegación. ^{[ cita requerida ]}

En la República Checa, en algunos puntos de medición (perfiles) se definen tres niveles que definen tres grados de actividad de emergencia por inundaciones. El grado I es una situación de alerta, el grado II es una situación de preparación y el grado III es una situación de peligro.

Los ríos y arroyos canadienses son monitoreados por el Servicio de Aguas de Canadá , una rama del Ministerio de Medio Ambiente y Cambio Climático de Canadá . A partir de 2021, opera o recopila datos de más de 2800 medidores en todo Canadá. ^[6] Los gobiernos provinciales y territoriales utilizan estos datos para informar las predicciones de inundaciones y la gestión del agua.

En Sri Lanka, los ríos y arroyos son monitoreados por la División de Hidrología y Gestión de Desastres, una rama del Departamento de Irrigación. Esta división opera alrededor de 40 estaciones de medición en toda la isla.

• Estación de medición del caudal del arroyo Embudo  : sitio histórico en Embudo, Nuevo MéxicoPáginas que muestran descripciones de wikidata como alternativa
• Estación de medición de Willow Beach
• Nivel de inundación
• Hidrograma  – Gráfico que muestra la velocidad del flujo de agua.
• Hidrometría  – Monitoreo de los componentes del ciclo hidrológico
• Hietograma
• Modelo hidrológico  : predicción y gestión de recursos hídricos
• Modelo de transporte hidrológico
• Mareógrafo  – Dispositivo para medir el cambio del nivel del mar en relación con un punto de referencia.
• Columna de agua  : Columna conceptual de agua desde la superficie hasta el fondo de un cuerpo de agua.
• Nivel del agua  : Elevación de la superficie libre de un arroyo, lago o embalse en relación con un punto de referencia vertical especificado.
• Nilómetro  – Estructura para medir la claridad y el nivel del agua del río Nilo.

• Organización Meteorológica Mundial (2010) Manual sobre aforo de caudales.
  • Volumen I – Trabajo de campo. [3]
  • Volumen II - Cálculo del caudal. [4]

• Estación de medición del caudal del río Contoocook, Recursos hídricos de New Hampshire y Vermont
• "Datos de aguas superficiales del USGS para el país"
• Registro hidrométrico del Reino Unido (pdf) Un catálogo de estaciones de medición del caudal de los ríos y pozos de observación y perforaciones en el Reino Unido junto con estadísticas hidrométricas y espaciales resumidas.
• "Un indicador de radio advierte de una inundación a medida que sube el nivel del agua" Popular Mechanics, julio de 1935