La calibración de estaciones de aforo indirecto

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El término aforar, en recursos hídricos, significa medir el caudal de agua en una sección determinada de una conducción (río, canal, arroyo, etc.).

Las estaciones de aforo son instalaciones que nos permiten evaluar el caudal de agua que discurre por el río a lo largo del tiempo. El objetivo final es deducir el hidrograma (curva caudal - tiempo) en un lugar determinado del río y así tener datos para los estudios de la planificación hidrológica y gestión de situaciones extremas como son las avenidas (tránsito de hidrogramas).

La elección del tipo de aforo y de su ubicación depende de varios factores como son el interés hidrológico del río (existencia de otras estaciones de aforo aguas arriba o aguas abajo), de su accesibilidad, de la vegetación, orografía y sedimentación existente (pendientes y rugosidades locales), de la precipitación del lugar, de sus costes, etc.

En caso de ríos de gran anchura y caudal, la mejor opción son los aforos directos. Éstas son estaciones de medición directa del caudal mediante sistemas de aforo con molinete, a modo de ejemplo y siendo muy usados.

En caso de ríos de pequeña anchura y caudal, la mejor opción son los aforos indirectos, estimando el caudal a partir de la lectura de un nivel de agua en dicha sección (lámina libre del río, arroyo, curso del agua en general).

Bajo esta opción destacan las estaciones limnimétricas, que deducen el caudal según una curva de gasto (curva Q=f(H)), y las estaciones con vertederos, que deducen el caudal según la altura de la lámina del río provocada por un obstáculo incluido en curso del mismo. Ecuaciones deducidas de la mecánica de fluidos para cada tipología de obstáculo (vertedero) nos revelan el caudal según la altura alcanzada por la lámina de agua del río.

Para el caso de las estaciones limnimétricas, la curva de gasto (altura - caudal) hay que generarla por los métodos de aforo directo. Con estos métodos se obtienen puntos que correlacionan el caudal medido directamente (Q) y la altura de la lámina de agua para ese caudal (H). Esta nube de puntos se representa en diagrama H - Q y por métodos de ajuste matemáticos de deduce la línea de tendencia que representa la curva de ajuste o de gasto de la estación limnimétrica. Una vez obtenida dicha curva, es decir ajustada o calibrada a la estación de aforo indirecto, obtendremos los caudales Q deducidos de la altura de la lámina de agua H.

En un primer análisis de la bondad de la curva de gasto diremos que está sujeta a una incertidumbre en el valor de Q (caudal) deducido a partir de la lectura de H (altura de la lámina de agua). La complejidad y variabilidad de la curva deducida dependerá de las condiciones del lugar y del tipo de aforo directo usado. Algunas normativas recomiendan la realización de diez, quince o setenta aforos directos para deducir una curva estable y realista.

Otro origen de incertidumbre va implícito a los métodos matemáticos y computacionales para la obtención de una curva de ajuste adecuada (sobre todo en valores extremos de caudales). Normativa para tal efecto minimiza las desviaciones y ha de tenerse en cuenta en la obtención de la curva de gasto (ISO 1100-2 (2010), ISO 5168 (2005)).

Así mismo, los métodos directos empleados (molinete, flotadores, otros) también han de estar calibrados para una obtención del caudal de referencia realista (ISO 748, ISO 1088, ISO 3455, etc.)

Para obtener una curva precisa y que abarque el máximo número de valores de H (es decir, que recoja un amplio abanico de caudales posibles), las mediciones han de realizarse en repetidas ocasiones o incluso, dependiendo de la temporalidad de los caudales en un año hidrológico, en determinadas épocas.

Pero la dinámica del río hace que esta curva se pueda alejar de la realidad en el tiempo, una vez perfilada y comprobada en el origen. Se hace necesario verificar con cierta carencia la bondad de la misma. Hay que tener en cuenta que la variabilidad de las condiciones de contorno del río, hacen que las condiciones iniciales para las cuales se dedujo dicha curva también cambien. Entre las principales circunstancias que pueden causar inestabilidad en la curva de gasto se encuentran:

  • Cambios morfológicos en el cauce del río modificando su sección (por erosión y/o sedimentación)
  • Efecto de remanso aguas abajo de la estación de aforo.
  • Crecimiento de vegetación.
  • Formación temporal de capas de hielo.
  • Cambios en el el flujo no permanente por tránsito de crecientes.

Así, nuevamente hay que calibrar la curva de altura - gasto con cierta periodicidad.

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