Efecto del coeficiente teórico de descarga de vertederos sobre la medición de caudales en pequeños ríos Andinos

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Publicado: Jul 25, 2022
Versiones:
2022-07-25 (1)
DOI: https://doi.org/10.17163/lgr.n36.2022.06
Palabras clave:
Hidrología, Andes Tropicales, Monitoreo Hidrológico, Aforos, Ecuador

Contenido principal del artículo

Mario Guallpa
Empresa Pública Municipal de Telcomunicaciones, Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Cuenca
http://orcid.org/0000-0001-6651-2672
Rolado Célleri
Universidad de Cuenca
http://orcid.org/0000-0002-7683-3768
Patricio Crespo
Universidad de Cuenca
http://orcid.org/0000-0001-5126-0687

Resumen

Los Ecosistemas Andinos proveen importantes servicios hidrológicos para comunidades aguas abajo de los ríos. Debido a esta importancia, varios estudios hidrológicos se han realizado en los últimos años, con énfasis en la identificación de procesos hidrológicos e impactos de cambio de uso de la tierra. En estas investigaciones y para la operación de pequeños proyectos de riego y agua potable, los ríos de montaña han sido equipados con vertederos compuestos de pared delgada para estimar los caudales. Para transformar el nivel de agua en caudal, las ecuaciones de los vertederos emplean coeficientes de descarga teóricos, los cuales no necesariamente se ajustan a las condiciones reales de campo, principalmente la fluviomorfología del sitio y aspectos constructivos del vertedero, introduciendo incertidumbre en sus mediciones. Por ello, este estudio analiza el efecto de utilizar coeficientes teóricos en lugar de coeficientes ajustados en campo. El estudio se realizó en 9 microcuencas (0.2 – 7.53 km2) ubicadas en el Observatorio Ecohidrológico de Zhurucay, en el páramo del sur del Ecuador. Para calibrar los coeficientes, curvas de descarga fueron generadas mediante aforos de dilución de sal y mecánicos. Los resultados revelaron que los coeficientes de descarga difieren de su valor teórico hasta en un 15% para vertederos de sección triangular (DCvn) y hasta un 25% para sección rectangular (DCr). El DCvn afecta 4 veces más en la estimación de caudales bajos y medios que el DCr en caudales altos. Por su parte, el aforo por dilución de sal es más preciso para caudales medios y altos, pero en caudales bajos, este sobrestima un 10%. En general, los resultados sugieren que es esencial ajustar los coeficientes en campo para evitar errores en diferentes estudios hidrológicos.

Detalles del artículo

Número
Vol. 36 Núm. 2: (septiembre 2022-febrero 2023).
Sección
Artículo Científico
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Biografía del autor/a

Mario Guallpa, Empresa Pública Municipal de Telcomunicaciones, Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Cuenca

Ingeniero Civil, Master en Ecohidrología, con más de 7 años de experiencia en el campo profesional e investigativo concerniente a la hidrología de ecosistemas Andinos, monitoreo hidrometeorológico, gestión de los recursos hídricos e hidráulica de ríos. He sido consultor internacional para la Iniciativa Regional de Monitoreo Hidrológico de los Ecosistemas Andinos (iMHEA) e investigador en el Consorcio para el Desarrollo Sustentable de la Ecorregión Andina (CONDESAN) en proyectos como el Proyecto de Adaptación al Impacto del Retroceso Acelerado de Glaciares en los Andes Tropicales (PRAA), e investigador asistente en el Departamento de Recursos Hídricos y Ciencias Ambientales de la Universidad de Cuenca, Ecuador. Actualmente trabajo en el Departamento de Monitoreo e Investigación de los Recursos Hídricos y del Clima de la empresa Pública Municipal de Telecomunicaciones, Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento de Cuenca (ETAPA EP), en proyectos relacionados a estudios hidrológicos e hidráulicos en cuencas hidrográficas que ejecuta la empresa; implementación y procesamiento de información de Radares Meteorológicos de Lluvias en el sur del Ecuador (RadarNet-Sur) en colaboración con la Universidad de Marburg, Alemania. Además, en proyectos de pronóstico de lluvias y caudales en ríos de montaña usando técnicas de Inteligencia Artificial, en colaboración con la Universidad de Cuenca; y en proyectos sobre la interacción suelo-agua-atmósfera con los cambios globales, en coordinación con el Programa de Manejo de Agua y Suelo de la Universidad de Cuenca y ELECAUSTRO

Referencias

Bergmann, J. (1963). Compound Weir Study. US Department of the Interior, Bureau of Reclamation, Office of Chief Engineer.

Birgand, F., G. Lellouche y T. Appelboom (2013). «Measuring flow in non-ideal conditions for short-term projects: Uncertainties associated with the use of stagedischarge rating curves». En: Journal of hydrology 503, 186-195. Online: https://bit.ly/3QoJZls.

Bonnesoeur, V., B. Locatelli y B. Ochoa-Tocachi (2018). Impactos de la forestación en el agua y los suelos de los Andes: ¿Qué sabemos? Resumen de políticas. Proyecto Infraestructura Natural para la Seguridad Hídrica. Proyecto “Infraestructura Natural para la Seguridad Hídrica” (INSH). Forest Trends, Lima, Perú, (8), pp. 72–86. doi: 10.17230/ricercare.2017.8.4.

Bonnesoeur, V. y col. (2019). «Impacts of forests and forestation on hydrological services in the Andes: A systematic review». En: Forest Ecology and Management 433, 569-584. Online: https://bit.ly/3mT8ERZ.

Bronge, C. y A. Openshaw (1996). «New instrument for measuring water discharge by the salt dilution method». En: Hydrological processes 10.3, 463-470. Online: https://bit.ly/3xSFngx.

Buytaert W.and Célleri, R., B. De Bièvre y V. Iniguez (2007). «The impact of pine plantations on water yield: a case study from the Ecuadorian Andes». En: IAHS Publications-Series of Proceedings and Reports 317, 225-228. Online: https://bit.ly/3QoNAzY.

Buytaert, W. y col. (2005). «The effect of land-use changes on the hydrological behaviour of Histic Andosols in south Ecuador». En: Hydrological Processes: An International Journal 19.20, 3985-3997. Online: https://bit.ly/39qHqPq.

Buytaert, W. y col. (2006). «Spatial and temporal rainfall variability in mountainous areas: A case study from the south Ecuadorian Andes». En: Journal of hydrology 329.3-4, 413-421. Online: https://bit.ly/3xvvaF8.

CONDESAN (2012). «Challenges and Opportunities for Sustainable Mountain Development in the Andes». En: Biodiversidad, Cuencas andinas, y Modos de vida sostenibles. International Expert Consultation on Mountains y Climate Change. Online: https://bit.ly/3Oha9oD.

Carrillo-Rojas, G. y col. (2019). «The breathing of the Andean highlands: Net ecosystem exchange and evapotranspiration over the páramo of southern Ecuador». En: Agricultural and Forest Meteorology 265, 30-47. Online: https://bit.ly/3mLZdn5.

Célleri, R., B. De Bièvre y B. Ochoa (2012). Guía metodológica para el monitoreo hidrológico de ecosistemas Andinos. Iniciativa MHEA. Online: https://bit.ly/3Okcv61.

Célleri, R. y col. (2010). «Understanding the hydrology of tropical Andean ecosystems through an Andean Network of Basins». En: IAHSAISH Publication 336, 209-212. Online: https://n9.cl/xfjw3y.

Comina, C. y col. (2013). «Discharge measurement with salt dilution method in irrigation canals: direct sampling and geophysical controls». En: Hydrology and Earth System Sciences Discussions 10.8, 10035-10060. Online: https://bit.ly/3tA4fXE.

Comina, C. y col. (2014). «Geophysical methods to support correct water sampling locations for salt dilution gauging». En: Hydrology and Earth System Sciences 18.8, 3195-3203. Online: https://bit.ly/3xvwCHN.

Correa, A. y col. (2017). «Temporal dynamics in dominant runoff sources and flow paths in the A ndean P áramo». En: Water Resources Research 53.7, 5998-6017. Online: https://bit.ly/3MPWl3m.

Correa, A. y col. (2019). «Spatially distributed hydrochemical data with temporally high-resolution is needed to adequately assess the hydrological functioning of headwater catchments». En: Science of the Total Environment 651, 1613-1626. Online: https://bit.ly/3xNpBlV.

Coxon, G. y col. (2015). «A novel framework for discharge uncertainty quantification applied to 500 UK gauging stations». En: Water resources research 51.7, 5531-5546. Online: https://bit.ly/3O64n9g.

Crespo, P. y col. (2010). «Land use change impacts on the hydrology of wet Andean páramo ecosystems». En: Status and perspectives of hydrology in small basins 336, 71-76. Online: https://n9.cl/j6otk.

Crespo, P. y col. (2012). «Development of a conceptual model of the hydrologic response of tropical Andean micro-catchments in Southern Ecuador». En: Hydrology and Earth System Sciences Discussions 9.2, 2475-2510. Online: https://bit.ly/3xqrnJn.

De Bièvre, B. y col. (2003). «Night irrigation reduction for water saving in medium-sized systems». En: Journal of Irrigation and Drainage Engineering 129.2, 108-116. Online: https://bit.ly/3xnOFj0.

Frederick, A. y E. Cobb (1985). Measurement of discharge using tracers. Department of the Interior, US Geological Survey Washington.

Gees, A. (1990). «Flow measurement under difficult measuring conditions: Field experience with the salt dilution method». En: Hydrology in Mountainous Regions I. Hydrological Measurements; The Water Cycle, edited by: Lang, H. and Musy, A., IAHS Publ 193, 255-262. Online: https://bit.ly/3b8BIlP.

Guallpa, M. y R. Célleri (2013). «Efecto de la estimación de la presión atmosférica sobre el cálculo de niveles de agua y caudales». En: Aqua-LAC 5.2, 56-68. Online: https://bit.ly/3OiuSbv.

Hamel, P. y col. (2018). «Watershed services in the humid tropics: Opportunities from recent advances in ecohydrology». En: Ecohydrology 11.3, e1921. Online: https://bit.ly/3O1vF0X.

Hofstede, R., P. Segarra y P. Mena (2003). Los páramos del mundo: Proyecto Atlas Mundial de los Páramos. Global Peatland Initiative/NClUCN/EcoCiencia.

Hudson, R. y J. Fraser (2002). Alternative methods of flow rating in small coastal streams. Landscape Ecology.

Hydromatch (2014). Flow estimation for streams and small rivers.

Kindsvater, C. y R. Carter (1959). «Discharge characteristics of rectangular thin-plate weirs». En: Transactions of the American Society of Civil Engineers 124.1, 772-801. Online: https://bit.ly/3tFXofs.

Kite, G. (1993). «Computerized streamflow measurement using slug injection». En: Hydrological processes 7.2, 227-233. Online: https://bit.ly/3ncCMrH.

Lazo, P. y col. (2019). «The role of vegetation, soils, and precipitation on water storage and hydrological services in Andean Páramo catchments». En: Journal of Hydrology 572, 805-819. Online: https://bit.ly/3OfAQtO.

Marín, F. y col. (2018). «Changes in soil hydro-physical properties and SOM due to pine afforestation and grazing in Andean environments cannot be generalized». En: Forests 10.1, 17. Online: https://bit.ly/39yjg5x.

Moore, R. (2004). «Introduction to salt dilution gauging for streamflow measurement part 2: Constant-rate injection». En: Streamline Watershed Management Bulletin 8.1, 11-15. Online: https://bit.ly/3O0X4A4.

Mosquera, G., C. Segura y P. Crespo (2018). «Flow partitioning modelling using high-resolution isotopic and electrical conductivity data». En: Water 10.7, 904. Online: https://bit.ly/3b7xZF1.

Mosquera, G. y col. (2015). «Runoff from tropical alpine grasslands increases with areal extent of wetlands». En: Catena 125, 120-128. Online: https://bit.ly/3xxUHO7.

Ochoa-Sánchez, A. y col. (2019). «Actual evapotranspiration in the high Andean grasslands: A comparison of measurement and estimation methods». En: Frontiers in Earth Science 7, 55. Online: https://bit.ly/3Hvmvr0. Ochoa-Tocachi, B., W. Buytaert y B. De Bièvre (2016). «Regionalization of land-use impacts on streamflow using a network of paired catchments». En: Water Resources Research 52.9, 6710-6729. Online: https://bit.ly/3mVEj58.

Ochoa-Tocachi, B. y col. (2016). «Impacts of land use on the hydrological response of tropical Andean catchments». En: Hydrological Processes 30.22, 4074-4089. Online: https://bit.ly/2F56ycf.

Ochoa-Tocachi, B. y col. (2018). «High-resolution hydrometeorological data from a network of headwater catchments in the tropical Andes». En: Scientific data 5.1, 1-16. Online: https://go.nature.com/3tFXBPI.

Padrón R.and Wilcox, B., P. Crespo y R. Célleri (2015). «Rainfall in the Andean Páramo: new insights from high-resolution monitoring in Southern Ecuador». En: Journal of Hydrometeorology 16.3, 985-996. Online: https://bit.ly/3xWKThW.

Rantz, S. (1982). Measurement and computation of streamflow. US Department of the Interior, Geological Survey.

Roa-García, M. y col. (2011). «The role of land use and catchments of the Andes». En: Water resources research 47. Online : https://bit.ly/3b5pPga.5.

Sappa, G., F. Ferranti y G. Pecchia (2015). «Validation Of Salt Dilution Method For Discharge Measurements In The Upper Valley Of Aniene River (Central Italy)». En: 13th International Conference on Environment, Ecosystem and Development (EED’15).

Tazioli, A. (2011). «Experimental methods for river discharge measurements: comparison among tracers and current meter». En: Hydrological Sciences Journal 56.7, 1314-1324. Online: https://bit.ly/3Qmni1D.

Tobón, C. (2008). Los bosques andinos y el agua. Investigación y Sistematización 04. Programa Regional para la gestión social de Ecosistemas Forestales Andinos ECOBONA. Online: https://bit.ly/3HuBDox.

Tokay, A., P. Bashor y V. McDowell (2010). «Comparison of rain gauge measurements in the mid-Atlantic region». En: Journal of Hydrometeorology 11.2, 553-565. Online: https://bit.ly/3mUjBCF.

United States Bureau of Reclamation (2001). Water Measurement Manual. 3rd Edition. Water Resources Research Laboratory, US Department of the Interior.

Valdes, J. (2007). «Métodos de aforo para la estimación de la recarga de Acuíferos». Tesis de maestría. Universidad de Chile.

WMO (1994). Guide to hydrological practices. Nro. 168. World Meteorological Organization.

Westerberg, I. y col. (2011). «Stage-discharge uncertainty derived with a non-stationary rating curve in the Choluteca River, Honduras». En: Hydrological Processes 25.4, 603-613. Online: https://bit.ly/3NYPLc7.

World Bank y Government of the Netherlands funded (1999). How to establish stage discharge rating curve. World Bank y Government of the Netherlands funded.