Medidor de caudal

Una estación de aforo , o mareógrafo , es un lugar utilizado por hidrólogos o científicos ambientales para monitorear y analizar cuerpos de agua terrestres . Generalmente se toman mediciones hidrométricas del nivel del agua ( nivel ) y/o del caudal , y también se pueden realizar observaciones de la biota y la calidad del agua . La ubicación de las estaciones de aforo suele encontrarse en mapas topográficos . Algunas estaciones están altamente automatizadas y pueden incluir capacidad de telemetría , transmitiendo los datos a una central de registro .

Actualmente, la medición directa y automatizada del caudal de un arroyo es difícil. Matemáticamente, medir el caudal de un arroyo implica estimar el caudal volumétrico , que generalmente es una integral de flujo y, por lo tanto, requiere numerosas mediciones de velocidad en la sección transversal. En lugar de la medición directa del caudal, se pueden utilizar una o más mediciones indirectas como variables sustitutas para obtener valores de caudal. En la mayoría de los casos, se utiliza la medición del nivel del agua (la elevación de la superficie del agua) como indicador indirecto. Los arroyos de baja pendiente (o con poca inclinación) se ven muy influenciados por las condiciones variables del canal aguas abajo. Para estos arroyos, se instalaría un segundo medidor de caudal y se calcularía la pendiente de la superficie del agua entre ambos. Este valor se utilizaría junto con la medición del nivel del agua para determinar con mayor precisión el caudal. Las mejoras en la precisión de los sensores de velocidad también han permitido utilizar la velocidad del agua como un indicador indirecto fiable del caudal en sitios con una sección transversal estable. Estos sensores se instalan de forma permanente en el arroyo y miden la velocidad en un punto específico del mismo.

En los casos en que solo se utiliza una medición de nivel como indicador, se debe construir una curva de calibración . Una curva de calibración representa la relación funcional entre el nivel y el caudal. Se determina mediante mediciones discretas y repetidas del caudal utilizando un velocímetro y algún método para medir la geometría del canal y determinar su área de sección transversal. Los técnicos e hidrólogos responsables de determinar la curva de calibración visitan el sitio periódicamente, con viajes especiales para medir los extremos hidrológicos (inundaciones y sequías), y realizan mediciones de caudal siguiendo un conjunto explícito de instrucciones o procedimientos operativos estándar (POE).

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

En los casos en que se utiliza una medición de velocidad como sustituto, se realiza una determinación de velocidad índice . Este análisis utiliza un sensor de velocidad, generalmente magnético o acústico, para medir la velocidad del flujo en un punto específico de la sección transversal del arroyo. Nuevamente, el técnico o hidrólogo realiza mediciones discretas del caudal en diferentes etapas. Para cada determinación discreta del caudal, se calcula la velocidad media de la sección transversal dividiendo el caudal entre el área de la sección transversal. Se construye una curva de calibración, similar a la utilizada para las determinaciones de caudal-nivel, utilizando la velocidad media y la velocidad índice del medidor instalado permanentemente. Se construye una curva de calibración adicional que relaciona el nivel del arroyo con el área de la sección transversal. Utilizando estas dos curvas, el nivel registrado automáticamente produce una estimación del área de la sección transversal, y la velocidad índice registrada automáticamente produce una estimación de la velocidad media de la sección transversal . El caudal se calcula como el producto de la estimación del área de la sección transversal y la estimación de la velocidad media del flujo.

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

• Presas
  • muesca en V ,
  • cresta ancha ,
  • crestas afiladas y
  • presas combinadas
• Canales
  • Canal de Parshall

Otros equipos que se utilizan habitualmente en las estaciones de aforo permanentes incluyen:

• Cables: para suspender un hidrógrafo y un medidor de corriente sobre un río para realizar mediciones de alto caudal.
• Pozo de estabilización: para proporcionar un nivel de agua tranquilo que pueda medirse con un sensor.

Medidores de nivel de agua:

• Indicadores de nivel (de cabeza) - para una indicación visual de la profundidad del agua
• Dispositivo de medición de presión de agua (burbujeador): para medir el nivel del agua mediante la presión (normalmente se realiza directamente en el cauce sin un pozo de aquietamiento).
• Codificador de etapa : un potenciómetro con un sistema de rueda y polea conectado a un flotador en un pozo de amortiguación para proporcionar una lectura electrónica del nivel del agua.
• Dispositivos ultrasónicos sencillos : para medir el nivel del agua en un pozo de aquietamiento o directamente en un canal.
• Medidores electromagnéticos

Las mediciones de caudal de un arroyo o canal sin un medidor de caudal establecido pueden realizarse utilizando un medidor de corriente o un perfilador de corriente Doppler acústico . 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, flotando río abajo. ^{[ 1 ]}

• Estación de aforo de Embudo
• Nivel de inundación : nivel del agua en hidrología. 
• Hidrograma : Gráfico que muestra la velocidad del flujo de agua. 
• Hidrometría : Monitoreo de los componentes del ciclo hidrológico. 
• Hietograma : Gráfico de la intensidad de la lluvia a lo largo del tiempo. 
• Modelo hidrológico : predicción y gestión de los recursos hídricos. 
• Modelo de transporte hidrológico – Tipo de modelo matemático 
• Nilómetro : Estructura para medir la claridad y el nivel del agua del río Nilo. 
• Mareógrafo – Dispositivo para medir el cambio en el nivel del mar con respecto a un nivel de referencia. 
• Columna de agua : Columna conceptual de agua desde la superficie hasta el fondo de una masa de agua. 
• Nivel del agua : altura de la superficie libre de un cuerpo de agua. 
• Estación de aforo de Willow Beach

• Organización Meteorológica Mundial (2010) Manual sobre aforo de ríos.
  • Volumen I: Trabajo de campo
  • Volumen II: Cálculo del caudal

• Estación de aforo del río Contoocook , Recursos Hídricos de Nuevo Hampshire y Vermont
• "Datos sobre aguas superficiales del USGS para la nación"
• Registro Hidrométrico del Reino Unido (pdf) Un catálogo de estaciones de aforo de caudales fluviales y pozos de observación y perforaciones en el Reino Unido, junto con estadísticas hidrométricas y espaciales resumidas.
• "Un radioindicador advierte de una inundación al subir el nivel del agua" Popular Mechanics , julio de 1935