Última revisión: 21 de Octubre de 2005
El tema se refiere a la recolección y procesamiento de información cartográfica e hidrometeorológica en los proyectos que se realizan en cuencas con información escasa.
Se hace énfasis en la información escasa cuando se realizan estudios hidrológicos en cuencas apartadas de los centros urbanos y los registros cartográficos e hidrometeorológicos son deficientes.
Los métodos que se analizan en el trabajo permiten estimar valores para el diseño de obras de almacenamiento y distribución de agua, protección de estructuras hidráulicas y control de sedimentos.
CONTENIDO.
Introducción.
Objetivos
de los estudios hidrológicos.
Recolección
de información.
Análisis de la
información hidrometeorológica.
Trabajos de
campo.
Hidrología con información escasa
Proyectos de suministro de agua en
cuencas con información escasa
Bibliografía.
Los objetivos que cumplen los estudios hidrológicos en proyectos que utilizan los recursos hidráulicos de una cuenca son los mismos en un desarrollo pequeño que en uno grande. En ambos casos el ingeniero debe utilizar al máximo la información disponible y aplicar las técnicas más apropiadas para obtener los mejores resultados posibles.
Por regla general muchos proyectos de aprovechamiento de recursos hidráulicos están localizados en zonas donde el cubrimiento de la red hidrometereológica es deficiente, o donde la cartografia no existe a la escala adecuada. Por esta razón, los proyectos que se desarrollan en esas zonas están casi siempre asociados con el problema de la información escasa.
OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS HIDROLOGICOS
Los principales objetivos de los estudios hidrológicos son los siguientes:
Determinar el régimen climatológico en el area objeto del proyecto. Hacer una clasificación en zonas según la variación espacial de la pluviosidad y el clima.Analizar los caudales medios de las corrientes naturales en los tramos de interés del proyecto, o sea aquellos en los que se diseñarán captaciones u obras de protección, y determinación de curvas de duración de caudales diarios. Este análisis permite definir la capacidad disponible en las fuentes superficiales que suministrarán la demanda y las necesidades de almacenamiento.
Calcular los caudales de creciente para diseño de obras de desviación , drenajes, vertederos de excesos y protección de captaciones y conducciones.
Determinar magnitud y composición de los sedimentos que llegan a las obras proyectadas. Con esta información se diseñan las obras adicionales que garantizan el correcto funcionamiento de la captación y de los sistemas de conducción y distribución durante su vida útil.
La búsqueda de la información básica que se requiere para iniciar el estudio hidrológico comprende una investigación exhaustiva en las entidades oficiales y particulares que tienen relación con la región particular donde está localizada el área del proyecto. Mediante esta investigación se hace un inventario que incluye los siguiente aspectos:
Cartografía.
El procedimiento ideal consiste en utilizar mapas con curvas de nivel, a escalas que estén preferiblemente entre 1:10.000 y 1: 25.000. Sin embargo, en regiones apartadas de los centros urbanos, en áreas montañosas y en zonas selváticas el cubrimiento cartográfico a escalas mayores de 1:100.000 es muy parcial. Existen algunas zonas en el mundo donde los mejores mapas que se consiguen están a escalas 1:400.000 o menores.
Aerofotografías.
Son útiles las fotografías aéreas convencionales, tomadas en vuelos de diferentes épocas. Cuando no existen las fotografías queda el recurso de programar vuelos con cargo al proyecto, lo cual no siempre es posible porque se encarecen los estudios y se amplían los tiempos de ejecución.
Mediante el adecuado procesamiento de la información aerofotogramétrica, complementada con controles de campo, es posible obtener restituciones en sitios específicos del área del proyecto.
Un recurso adicional al uso de las fotografías aéreas es la interpretación de imágenes de satélite. Las más comunes son LANDSAT tomadas por la NASA de los Estados Unidos y SPOT de Francia. El uso de estas imágenes está dirigido principalmente a la elaboración de mapas temáticos en áreas extensas y por tanto no ofrecen buena precisión para estudios detallados en áreas pequeñas.
Hidrometeorología.
Comprende información climatológica e hidrométrica.
La información climatológica incluye registros de precipitación, temperatura, humedad atmosférica, evaporación y vientos en la cuenca objeto del estudio y en cuencas vecinas de la misma región. La información básica que se debe tomar de los registros es la siguiente:
La información hidrométrica comprende los registros de los caudales sólidos y líquidos en tramos seleccionados de las corrientes de drenaje. Estos caudales constituyen la información más valiosa con que se puede contar en los estudios hidrológicos; desafortunadamente, es la más escasa.
Cuando existen los registros, la información que se debe recolectar es la siguiente:
Uso de la tierra.
Debe hacerse un análisis de uso actual y de las proyecciones de desarrollo futuro. Dentro de este aspecto se incluyen las clasificaciones de los suelos y la determinación de áreas potencialmente erosionables.
Monografías y estudios regionales.
Se recomienda la recolección de monografías y publicaciones especializadas sobre la zona. Además, deben hacerse consultas en las Empresas Públicas Municipales, Corporaciones Regionales e Innstituciones Nacionales de los sectores eléctrico, agropecuario y de salud pública sobre desarrollos de ingeniería en la región.
ANALISIS DE LA INFORMACION HIDROMETEREOLOGICA
La información recolectada se analiza con procedimientos que dependen de la calidad de los datos obtenidos. Con base en el análisis se programan las labores de campo que sirven para complementar la información inicial.
A la vez que se desarrollan las labores de campo se recomienda continuar con la toma sistemática de datos en las estaciones existentes en la cuenca del proyecto y en las cuencas vecinas. Si es necesario, se instalarán estaciones adicionales, provisionales o permanentes, según los requerimientos del estudio.
Los métodos de análisis que se aplican en cada caso particular dependen de la calidad de la información disponible. Esta calidad se clasifica de la siguiente manera:
Buena información.
Hay buena información cuando hay una cartografía completa a escalas 1:25.000 o mejor, y existen registros suficientemente confiables en las áreas climatológica, pluviométrica e hidrométrica, con los cuales es posible conformar series históricas que cumplen con todos los requisitos que exigen el análisis estadistico de frecuencias y la aplicación de la teoría de las probabilidades .
En este caso, la información existente representa una buena base para la aplicación de modelos matemáticos simples o complejos.
Información regular.
Se presenta cuando la cartografía es buena pero alguna de las series históricas presenta deficiencias, ya sea en longitud o en fallas en la toma de datos, o en falta de consistencia. En este caso, hay necesidad de reconstruir las series deficientes, utilizando información de estaciones vecinas o relaciones entre variables, por ejemplo ecuaciones de regresión.
Las series reconstruidas ya no son tan buenas como las series históricas registradas, y comienzan a a presentarse dudas, tanto en los estadistícos de los análisis de frecuencias, como en la aplicación de modelos matemáticos complejos.
Información escasa.
La información es escasa cuando la cartografía es inadecuada y el cubrimiento de las redes pluviométrica, climatológica e hidrométrica es deficiente, ya sea porque las series existentes solo comprenden lluvias y algunos caudales, o unicamente lluvias, o cuando los registros son muy cortos e incompletos.
Información nula.
Existen algunas zonas del mundo donde la información cartográfica e hidrometereológica es minima, por ejemplo hay pluviómetros que se leen cada 30 días, o simplemente no hay, y la información cartográfica se reduce a mapas a escala menor de 1:400.000. En estos casos se considera que la información es nula para la realización de estudios hidrológicos.
Los métodos de análisis de proyección al futuro se basan en la generación estocástica de series de lluvias o de caudales y en la aplicación de modelos de simulación. Estos métodos se recomiendan solamente cuando los análisis de frecuencias de las series históricas presentan un grado de confiabilidad aceptable, o sea, cuando la información existente está clasificada como buena.
Algunas veces la información regular puede procesarse de forma que sea posible reconstruir la serie histórica cuando las fallas en la información no son excesivas; en esos casos, puede utilizarse para generar series estocásticas. Sin embargo, es claro que la información regular representa un estado de transición entre la información buena y la información escasa.
Cuando la información es escasa los métodos estadísticos de confiabilidad no son aplicables; por tanto, en una primera aproximación debe presumirse que la información recolectada es aceptable. Después, a medida que se vayan procesando los datos correspondientes a los trabajos de campo, que necesariamente deberán ejecutarse, se irán ajustando los resultados preliminares y se podrá comprobar la bondad de la información utilizada. De todas maneras, en los estudios hidrológicos con información escasa no es recomendable utilizar métodos de análisis ni modelos matemáticos demasiado sofisticados.
Luego de clasificar la información recolectada se procede a realizar el análisis hidrológico que consta de lo siguientes pasos:
TRABAJOS DE CAMPO QUE SE REALIZAN PARA COMPLEMENTAR LA INFORMACION EXISTENTE.
Como norma general, aún dentro de las etapas más avanzadas de un proyecto no hay suficiente tiempo para desarrollar un programa de trabajos de campo adecuado, que proporcione toda la información que se requiere para complementar los registros históricos preliminares.
Además del factor tiempo se cuenta también con limitaciones de presupuesto . Por estas razones, el programa de campo debe elaborarse cuidadosamente y su desarrollo debe estar perfectamente coordinado con las labores de procesamiento en la oficina.
En el aspecto hidrológico, además de las visitas de reconocimiento general de la cuenca y de los sitios de interés del esquema propuesto, las labores complementarias incluyen la instalación, operación y procesamiento de datos de estaciones pluviométricas e hidrométricas, realización de aforos líquidos y sólidos, instalación de estaciones climatológicas sencillas, y lectura y procesamiento de registros de estaciones existentes.
Debe tenerse presente que, si el tiempo asignado al programa de campo es corto, la información obtenida resulta puntual y debe utilizarse con ese criterio. Así, por ejemplo, si se toman caudales medios diarios durante dos meses, esos valores no pueden utlizarse como medida del caudal medio anual.
La información que se toma en periodos cortos es útil porque permite calibrar algunas de las fórmulas que se emplean en el estudio o porque sirve para comprobar en las etapas avanzadas del proyecto las suposiciones iniciales que resultan de la escasez de la información básica preliminar.
En cuanto a la cartografía, si no existen mapas a las escalas adecuadas para la determinación de los indices morfométricos de la cuenca, es recomendable la ejecución de los trabajos aerofotogramétricos que sean necesarios para obtener restituciones a escalas que deben definirse según el presupuesto disponible y la precisión del estudio. Cuando no es posible obtener las restituciones, lo único que se puede hacer es trabajar con escalas muy pequeñas, por ejemplo con mapas departamentales o Atlas, con la consiguiente pérdida de precisión, especialmente en los cálculos de longitudes y pendientes.
Las labores de campo incluyen, además, los levantamientos topográficos y batimétricos de tramos seleccionados de la cuenca y las corrientes de drenaje, y de los sitios donde se van a proyectar las obras de captación, almacenamiento y conducción.
PROYECTOS DE SUMINISTRO DE AGUA QUE SE DESARROLLAN EN CUENCAS CON INFORMACION ESCASA
En cumplimiento de los objetivos que tienen los estudios hidrológicos en proyectos de suministro de agua para acueductos, irrigación o generación hidroeléctrica se analizan los siguientes aspectos:
- Clima y precipitación.
- Capacidad de la fuente para suministrar la demanda.
- Magnitud y frecuencia de las crecientes
- Transporte de sedimentos.
- Bell, F.C. GENERALIZED RAINFALL-DURATION-FREQUENCY RELATIONSHIPS. Proceedings ASCE. Hydraulics Division. Vol 95. HY1. 1969.
- Chow, Ven Te; Maidment, D. APPLIED HYDROLOGY. McGraw-Hill. 1988.
- Chow, Ven Te. OPEN CHANNEL HYDRAULICS. McGraw-Hill. 1959.
- Comité español de Grandes Presas. SELECCION DE LA AVENIDA DE PROYECTO. METODOS ACTUALES. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Monografías. No. 13. España. 1992.
- Einstein, H.A. FORMULAS FOR THE TRANSPORTATION OF BED LOAD. Transactions ASCE. Vol 107. Paper No. 2140. 1942.
- Einstein H.A.; Barbarossa, N. RIVER CHANNEL ROUGHNESS. Transactions ASCE. Vol 117. Paper No. 2528. 1952.
- Henderson, F.M. OPEN CHANNEL FLOW. Mc Millan. 1966.
- Heras, Rafael. RECURSOS HIDRAULICOS: SINTESIS, METODOLOGIA Y NORMAS. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. España. 1982.
- Maidment, D. HANDBOOK OF HYDROLOGY. McGraw-Hill. 1993.
- Meyer-Peter, E; Muller, R. FORMULAS FOR BED-LOAD TRANSPORT. Report on Second Meeting of International Association for Hydraulics Research. Stockholm. 1948.
- Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Minas, Medellín. SEMINARIO SOBRE HIDROLOGIA CON ENFASIS EN EL PROBLEMA DE LA INFORMACION ESCASA. Marzo de 1982.
- U.S. Soil Conservation Service. HYDROLOGY. Section 4. National Engineering Handbook.
- Vanoni, V. (Editor). SEDIMENTATION ENGINEERING. ASCE. Manuals and Reports on Engineering Practice. No. 54. 1977.
- Viessman, W. INTRODUCTION TO HYDROLOGY. 3rd. Ed. Harper & Row. 1985.
- Wischmeier,W; Smith, D. A UNIVERSAL SOIL LOSS EQUATION TO GUIDE CONSERVATION FARM PLANNING. 7th International Congress of Soil Science, Madison, Wisc. 1960.
