En hidrología , el caudal es el caudal volumétrico (volumen por tiempo, en unidades de m 3 /h o ft 3 /h) de un arroyo . Es igual al producto de la velocidad media del caudal (con la dimensión de longitud por tiempo, en m/h o ft/h) y el área de la sección transversal (en m 2 o ft 2 ). [1] Incluye cualquier sólido suspendido (por ejemplo, sedimento), sustancias químicas disueltas como CaCO
3(aq), o material biológico (por ejemplo, diatomeas ) además del agua misma. Los términos pueden variar entre disciplinas. Por ejemplo, un hidrólogo fluvial que estudia sistemas fluviales naturales puede definir la descarga como caudal de corriente , mientras que un ingeniero que opera un sistema de embalse puede equipararlo con el caudal de salida , en contraste con el caudal de entrada .
El caudal es una medida de la cantidad de flujo de un fluido en una unidad de tiempo. La cantidad puede ser volumen o masa. Por lo tanto, el caudal de agua de un grifo se puede medir con una jarra medidora y un cronómetro. En este caso, el caudal puede ser de 1 litro cada 15 segundos, lo que equivale a 67 ml/segundo o 4 litros/minuto. Esta es una medida promedio. Para medir el caudal de un río necesitamos un método diferente y el más común es el método de "área-velocidad". El área es el área de la sección transversal de un río y la velocidad promedio a través de esa sección debe medirse durante una unidad de tiempo, normalmente un minuto. La medición del área de la sección transversal y la velocidad promedio, aunque son conceptos simples, con frecuencia no son triviales de determinar.
Las unidades que se utilizan normalmente para expresar el caudal en arroyos o ríos incluyen m3 / s (metros cúbicos por segundo), ft3 / s (pies cúbicos por segundo o cfs) y/o acre-pies por día. [2]
Una metodología que se aplica comúnmente para medir y estimar el caudal de un río se basa en una forma simplificada de la ecuación de continuidad . La ecuación implica que, para cualquier fluido incompresible, como el agua líquida, el caudal (Q) es igual al producto del área de la sección transversal del río (A) y su velocidad media ( ), y se escribe como:
dónde
Por ejemplo, el caudal medio del río Rin en Europa es de 2.200 metros cúbicos por segundo (78.000 pies cúbicos/s) o 190.000.000 de metros cúbicos (150.000 acre⋅ft) por día.
Debido a las dificultades de medición, a menudo se utiliza un medidor de caudal en una ubicación fija en el arroyo o río.
Un hidrograma es un gráfico que muestra la velocidad del flujo (descarga) en función del tiempo transcurrido a través de un punto específico en un río, canal o conducto que transporta el flujo. La velocidad del flujo se expresa normalmente en metros cúbicos o pies cúbicos por segundo (cms o cfs).
Los hidrogramas suelen relacionar los cambios en las precipitaciones con los cambios en el caudal a lo largo del tiempo. [3] También pueden referirse a un gráfico que muestra el volumen de agua que llega a un emisario en particular o a una ubicación en una red de alcantarillado. Los gráficos se utilizan comúnmente en el diseño de alcantarillado , más específicamente, en el diseño de sistemas de alcantarillado de aguas superficiales y alcantarillados combinados .
La cuenca de un río por encima de una determinada ubicación está determinada por la superficie de todo el terreno que drena hacia el río desde arriba de ese punto. La descarga del río en esa ubicación depende de la lluvia en la cuenca o área de drenaje y la entrada o salida de agua subterránea hacia o desde el área, modificaciones del curso de agua como represas y desviaciones de riego, así como la evaporación y evapotranspiración de las superficies de tierra y plantas del área. En hidrología de tormentas, una consideración importante es el hidrograma de descarga del curso de agua, un registro de cómo varía la descarga con el tiempo después de un evento de precipitación. El curso de agua asciende hasta un caudal máximo después de cada evento de precipitación, luego cae en una recesión lenta . Debido a que el caudal máximo también corresponde al nivel máximo de agua alcanzado durante el evento, es de interés en los estudios de inundaciones. El análisis de la relación entre la intensidad y duración de la precipitación y la respuesta de la descarga del curso de agua se ve facilitado por el concepto de hidrograma unitario , que representa la respuesta de la descarga del curso de agua con el tiempo a la aplicación de una cantidad "unitaria" hipotética y duración de lluvia (por ejemplo, media pulgada durante una hora). La cantidad de precipitación se correlaciona con el volumen de agua (dependiendo del área de la cuenca) que posteriormente fluye fuera del río. Utilizando el método del hidrograma unitario, las precipitaciones históricas reales se pueden modelar matemáticamente para confirmar las características de las inundaciones históricas y se pueden crear "tormentas de diseño" hipotéticas para compararlas con las respuestas de los arroyos observadas.
La relación entre el caudal del arroyo en una sección transversal dada y el nivel del arroyo se describe mediante una curva de clasificación . Las velocidades promedio y el área de la sección transversal del arroyo se miden para un nivel de arroyo dado. La velocidad y el área dan el caudal para ese nivel. Después de realizar mediciones para varios niveles diferentes, se puede desarrollar una tabla de clasificación o curva de clasificación. Una vez clasificado, el caudal del arroyo se puede determinar midiendo el nivel y determinando el caudal correspondiente a partir de la curva de clasificación. Si se ubica un dispositivo de registro de nivel continuo en una sección transversal clasificada, el caudal del arroyo se puede determinar de forma continua.
Los caudales más grandes (caudales más altos) pueden transportar más sedimentos y partículas más grandes río abajo que los caudales más pequeños debido a su mayor fuerza. Los caudales más grandes también pueden erosionar las riberas de los ríos y dañar la infraestructura pública.
GH Dury y MJ Bradshaw son dos geógrafos que idearon modelos que muestran la relación entre el caudal y otras variables de un río. El modelo de Bradshaw describe cómo el tamaño de los guijarros y otras variables cambian desde la fuente hasta la desembocadura; mientras que Dury consideró las relaciones entre el caudal y variables como la pendiente del río y la fricción. Estas se derivan de las ideas presentadas por Leopold, Wolman y Miller en Fluvial Processes in Geomorphology [ 4] y sobre el uso de la tierra que afecta el caudal del río y el suministro de sedimentos. [5]
La afluencia es la suma de procesos dentro del ciclo hidrológico que aumentan los niveles de agua de los cuerpos de agua. [6] La mayor parte de la precipitación ocurre directamente sobre cuerpos de agua como los océanos, o en la tierra como escorrentía superficial . [7] Una parte de la escorrentía ingresa a arroyos y ríos, y otra parte se filtra en el suelo como filtración de agua subterránea . [8] El resto se filtra en el suelo como infiltración, parte de la cual se infiltra profundamente en el suelo para reponer los acuíferos. [9]
