En hidrología , el caudal es el caudal volumétrico (volumen por tiempo, en unidades de m 3 /h o pies 3 /h) de una corriente . Es igual al producto de la velocidad promedio del flujo (con dimensión de longitud por tiempo, en m/h o pies/h) y el área de la sección transversal (en m 2 o pies 2 ). [1] Incluye cualquier sólido suspendido (por ejemplo, sedimento), productos químicos disueltos (por ejemplo, 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 , mientras que un ingeniero que opera un sistema de embalses puede equipararla con caudal de salida , en contraste con caudal de entrada .
Una descarga es una medida de la cantidad de cualquier flujo de fluido durante la unidad de tiempo. La cantidad puede ser volumen o masa. Así, con un vaso medidor y un cronómetro se puede medir el caudal de agua de un grifo. Aquí la descarga podría ser de 1 litro cada 15 segundos, equivalente 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 por una unidad de tiempo, comúnmente un minuto. La medición del área de la sección transversal y la velocidad promedio, aunque de concepto simple, con frecuencia no son triviales de determinar.
Las unidades que normalmente se utilizan para expresar la descarga en arroyos o ríos incluyen m 3 /s (metros cúbicos por segundo), pies 3 /s (pies cúbicos por segundo o cfs) y/o acre-pie por día. [2]
Una metodología comúnmente aplicada 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 agua líquida, la descarga (Q) es igual al producto del área de la sección transversal de la corriente (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 acres⋅ft) por día.
Debido a las dificultades de medición, a menudo se utiliza un medidor de caudal en un lugar fijo en el arroyo o río.
Un hidrograma es un gráfico que muestra la tasa de flujo (descarga) versus el tiempo después de un punto específico en un río, canal o conducto que transporta flujo. La tasa de flujo generalmente se expresa en metros cúbicos o pies cúbicos por segundo (cms o cfs).
Los hidrogramas a menudo relacionan cambios de precipitación con cambios en la descarga a lo largo del tiempo. [3] También puede referirse a un gráfico que muestra el volumen de agua que llega a un emisario particular , o 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 sobre un determinado lugar está determinada por la superficie de toda la tierra que drena hacia el río desde encima de ese punto. La descarga del río en ese lugar depende de las precipitaciones en el área de captación o drenaje y de la entrada o salida de agua subterránea hacia o desde el área, las modificaciones de los arroyos, como presas y desvíos de riego, así como la evaporación y evapotranspiración de la tierra y las plantas del área. superficies. En hidrología de tormentas, una consideración importante es el hidrograma de descarga de la corriente, un registro de cómo varía la descarga con el tiempo después de un evento de precipitación. La corriente aumenta hasta alcanzar un caudal máximo después de cada evento de precipitación y luego cae en una lenta recesión . 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 de la corriente se ve favorecido por el concepto de hidrograma unitario , que representa la respuesta de la descarga de la corriente a lo largo del tiempo a la aplicación de una cantidad y duración "unitaria" hipotética de lluvia ( ej., media pulgada durante una hora). La cantidad de precipitación se correlaciona con el volumen de agua (dependiendo de la zona de la cuenca) que posteriormente sale 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 observadas de los arroyos.
La relación entre la descarga en la corriente en una sección transversal dada y el nivel de la corriente se describe mediante una curva de clasificación . Las velocidades promedio y el área de la sección transversal de la corriente se miden para un nivel de corriente determinado. La velocidad y el área dan la descarga para ese nivel. Después de realizar mediciones para varios niveles diferentes, se puede desarrollar una tabla de calificación o una curva de calificación. Una vez clasificada, la descarga en la corriente se puede determinar midiendo el nivel y determinando la descarga correspondiente a partir de la curva de clasificación. Si se coloca un dispositivo de registro de nivel continuo en una sección transversal nominal, la descarga de la corriente se puede determinar continuamente.
Los flujos más grandes (descargas más altas) pueden transportar más sedimentos y partículas más grandes aguas abajo que los flujos más pequeños debido a su mayor fuerza. Los flujos mayores también pueden erosionar las riberas de los arroyos 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 Bradshaw describió cómo el tamaño de los guijarros y otras variables cambian desde la fuente hasta la boca; mientras que Dury consideró las relaciones entre el caudal y variables como la pendiente del arroyo y la fricción. Estos 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 la descarga del río y el suministro de lecho. [5]
El flujo de entrada 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 las precipitaciones se producen directamente sobre masas 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 penetra en el suelo como filtración de agua subterránea . [8] El resto penetra en el suelo como infiltración, parte del cual se infiltra profundamente en el suelo para reponer los acuíferos. [9]
