Una presa / w ɪər / o presa de baja altura es una barrera a lo ancho de un río que altera las características del flujo del agua y generalmente resulta en un cambio en la altura del nivel del río. Los vertederos también se utilizan para controlar el flujo de agua en las salidas de lagos, estanques y embalses. Hay muchos diseños de vertederos, pero normalmente el agua fluye libremente sobre la parte superior de la cresta del vertedero antes de caer en cascada a un nivel inferior. No existe una definición única de lo que constituye una presa.
Weir también puede referirse al skimmer que se encuentra en la mayoría de las piscinas enterradas, que controla el flujo de agua que ingresa al sistema de filtrado.
La palabra probablemente se originó en el inglés medio are , inglés antiguo wer , un derivado de la raíz del verbo werian, que significa "defender, represar". [1] [2] El cognado alemán es Wehr , que significa lo mismo que el inglés weir.
Comúnmente, las presas se utilizan para prevenir inundaciones , medir la descarga de agua y ayudar a que los ríos sean más navegables en barco. En algunos lugares, los términos presa y vertedero son sinónimos, pero normalmente se hace una clara distinción entre las estructuras. Por lo general, una presa está diseñada específicamente para confinar agua detrás de un muro, mientras que una presa está diseñada para alterar las características del flujo del río.
Una distinción común entre presas y presas es que el agua fluye sobre la parte superior (cresta) de una presa o por debajo de ella durante al menos una parte de su longitud. En consecuencia, la cresta de un aliviadero de desbordamiento en una presa grande puede denominarse presa. Los vertederos pueden variar en tamaño tanto horizontal como verticalmente; los más pequeños tienen sólo unos pocos centímetros de altura, mientras que los más grandes pueden tener muchos metros de alto y cientos de metros de largo. A continuación se describen algunos propósitos comunes de los vertederos.
Los vertederos permiten a los hidrólogos e ingenieros un método sencillo para medir el caudal volumétrico en arroyos/ríos de tamaño pequeño a mediano o en lugares de descarga industrial. Dado que se conoce la geometría de la parte superior del vertedero y toda el agua fluye sobre el vertedero, la profundidad del agua detrás del vertedero se puede convertir en una tasa de flujo. Sin embargo, esto sólo se puede lograr en lugares donde toda el agua fluye sobre la parte superior de la cresta del vertedero (en lugar de alrededor de los lados o a través de conductos o compuertas) y en lugares donde el agua que fluye sobre la cresta se aleja de la estructura. . Si no se cumplen estas condiciones, la medición del flujo puede ser complicada, inexacta o incluso imposible.
El cálculo de la descarga se puede resumir como
dónde
Sin embargo, este cálculo es una relación genérica y hay cálculos específicos disponibles para los diferentes tipos de vertederos. Los vertederos de medición de flujo deben recibir un buen mantenimiento para que sigan siendo precisos. [3] [4]
El flujo sobre un vertedero con muesca en V (en pies 3 /s) viene dado por la ecuación de Kindsvater-Shen: [5]
dónde
Como las presas son una barrera física, pueden impedir el movimiento longitudinal de peces y otros animales río arriba y río abajo. Esto puede tener un efecto negativo en las especies de peces que migran como parte de su ciclo reproductivo (por ejemplo, los salmónidos ), pero también puede ser útil como método para evitar que las especies invasoras se desplacen río arriba. Por ejemplo, las presas en la región de los Grandes Lagos han ayudado a evitar que la lamprea marina invasora colonice río arriba.
Los estanques de los molinos se crean mediante una presa que retiene el agua que luego fluye sobre la estructura. La energía creada por el cambio de altura del agua se puede utilizar para impulsar ruedas hidráulicas y aserraderos, muelas y otros equipos.
Los vertederos se utilizan comúnmente para controlar los caudales de los ríos durante períodos de alto caudal. Las compuertas (o en algunos casos la altura de la cresta del vertedero) se pueden modificar para aumentar o disminuir el volumen de agua que fluye río abajo. Los vertederos para este propósito se encuentran comúnmente río arriba de ciudades y pueblos y pueden ser automatizados o operados manualmente. Al reducir aunque sea ligeramente la velocidad a la que el agua se mueve río abajo, se puede tener un efecto desproporcionado en la probabilidad de inundaciones. En ríos más grandes, una presa también puede alterar las características del flujo de la vía fluvial hasta el punto de que los buques puedan navegar por áreas que antes eran inaccesibles debido a corrientes extremas o remolinos . Muchas presas más grandes tendrán características de construcción que permitirán a los barcos y a los usuarios del río "disparar a la presa" y navegar río arriba o abajo sin tener que salir del río. Las presas construidas con este fin son especialmente comunes en el río Támesis y la mayoría están situadas cerca de cada una de las 45 esclusas del río .
Debido a que una presa embalsa agua detrás de ella y altera el régimen de flujo del río, puede tener un efecto en la ecología local . Normalmente, la velocidad reducida del río río arriba puede provocar un aumento de la sedimentación (deposición de partículas finas de limo y arcilla en el fondo del río) que reduce el contenido de oxígeno del agua y asfixia el hábitat de los invertebrados y los lugares de desove de los peces . El contenido de oxígeno normalmente vuelve a la normalidad una vez que el agua ha pasado sobre la cresta de la presa (aunque puede estar hiperoxigenada), aunque el aumento de la velocidad del río puede erosionar el lecho del río y causar erosión y pérdida de hábitat.
Los vertederos pueden tener un efecto significativo en la migración de los peces . [6] Cualquier presa que exceda la altura máxima que una especie puede saltar o cree condiciones de flujo que no se puedan evitar (por ejemplo, debido a una velocidad excesiva del agua) limita efectivamente el punto máximo río arriba en el que los peces pueden migrar. En algunos casos, esto puede significar que se pierden grandes extensiones de hábitat de reproducción y, con el tiempo, esto puede tener un impacto significativo en las poblaciones de peces.
En muchos países, ahora es un requisito legal incorporar escaleras para peces en el diseño de una presa que garanticen que los peces puedan sortear las barreras y acceder a los hábitats río arriba. A diferencia de las represas, las presas no suelen impedir la migración de los peces río abajo (ya que el agua fluye por encima y permite que los peces eviten la estructura en esa agua), aunque pueden crear condiciones de flujo que dañan a los peces juveniles. Estudios recientes sugieren que las esclusas de navegación también tienen el potencial de proporcionar un mayor acceso a una variedad de biota , incluidos los nadadores pobres. [7]
Aunque el agua alrededor de las presas a menudo puede parecer relativamente tranquila, pueden ser lugares extremadamente peligrosos para navegar, nadar o vadear, ya que los patrones de circulación en el lado corriente abajo, típicamente llamado salto hidráulico , pueden sumergir a una persona indefinidamente. Este fenómeno es tan conocido entre los piragüistas, kayakistas y otras personas que pasan tiempo en los ríos que incluso tienen un nombre lamentable para las presas: "máquinas ahogadoras". [8] El DNR de Ohio recomienda que una víctima debe "bajar la barbilla, levantar las rodillas hasta el pecho y rodearlas con los brazos. Con suerte, las condiciones serán tales que la corriente empujará a la víctima a lo largo del lecho del río hasta barrido más allá de la línea de ebullición y liberado por el sistema hidráulico". [9] La Policía Estatal de Pensilvania también recomienda a las víctimas "acurrucarse, sumergirse hasta el fondo y nadar o gatear río abajo". [10] A medida que el salto hidráulico arrastra aire, la flotabilidad del agua entre la presa y la línea de ebullición se reducirá en más de un 30%, y si una víctima no puede flotar, el único escape puede ser la base de la presa. opción para la supervivencia.
Hay muchos tipos diferentes de presas y pueden variar desde una simple estructura de piedra que apenas se nota, hasta estructuras elaboradas y muy grandes que requieren una gestión y mantenimiento exhaustivos.
Una presa de cresta ancha es una estructura de cresta plana, donde el agua pasa sobre una cresta que cubre gran parte o la totalidad del ancho del canal. Este es uno de los tipos de vertedero más comunes que se encuentran en todo el mundo.
Un vertedero compuesto es cualquier vertedero que comprende varios diseños diferentes en una estructura. Se ven comúnmente en lugares donde un río tiene múltiples usuarios que pueden necesitar evitar la estructura. Un diseño común sería aquel en el que una presa tiene una cresta ancha en gran parte de su longitud, pero tiene una sección donde la presa se detiene o está "abierta" para que las embarcaciones pequeñas y los peces puedan atravesar la estructura.
Un vertedero de muesca es cualquier vertedero donde la barrera física es significativamente más alta que el nivel del agua, excepto por una muesca específica (a menudo en forma de V) cortada en el panel. En momentos de flujo normal toda el agua debe pasar a través de la muesca, simplificando los cálculos del volumen de flujo, y en momentos de inundación el nivel del agua puede subir y sumergir la presa sin que se realice ninguna alteración en la estructura.
Un vertedero polinómico es un vertedero que tiene una geometría definida por una ecuación polinómica de cualquier orden n . [11] En la práctica, la mayoría de los vertederos son vertederos polinomiales de orden bajo. El vertedero rectangular estándar es, por ejemplo, un vertedero polinómico de orden cero. Los vertederos triangulares (muesca en V) y trapezoidales son de orden uno. Los vertederos polinomiales de alto orden proporcionan una gama más amplia de relaciones entre altura y descarga y, por tanto, un mejor control del flujo en las salidas de lagos, estanques y embalses.
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