Guide: DE Prácticas Hidrológicas
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Organización Meteorológica Mundial
Bienvenido
GUÍA GUIDE
DE PRÁCTICAS HIDROLÓGICAS
YDROLOGICAL PRACTICES
WMO-No. 168
OMM–N° 168
ADQUISICIÓN Y PROCESO DE DATOS, ANÁLISIS, PREDICCIÓN Y OTRAS APLICACIONES
Organización Meteorológica Mundial
GUÍA DE PRÁCTICAS HIDROLÓGICAS
Quinta e dición 1994
OMM–Nº 168
ADQUISICIÓN Y PROCESO DE DATOS, ANÁLISIS, PREDICCIÓN Y OTRAS APLICACIONES
© 1994, Organización Meteorológica Mundial ISBN 92-63-30168-9
NOTA
Las denominaciones empleadas en esta publicación y la forma en que aparecen presentados los datos que contiene no implican, de parte de la Secretaría de la Organización Meteorológica Mundial, juicio alguno sobre la condición jurídica de ninguno de los países, territorios, ciudades o zonas citados o de sus autoridades, ni respecto de la demarcación de sus fronteras o límites.
ÍNDICE Página Prefacio
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PARTE A — GENERALIDADES CAPÍTULO 1 — INTRODUCCIÓN A LA GUÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Alcance de la Guía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Plan y contenido de la Guía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Referencias cruzadas entre la Guía y el Manual de Referencia del HOMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 2 — ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Objetivos y alcances de las actividades relacionadas con el agua . . . . . 2.1.2 Organización del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Aplicación del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.4 Desarrollo de los recursos humanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.5 Cooperación Técnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Bases de datos internacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Servicio de referencias e información sobre datos hidrológicos (INFOHYDRO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Centro Mundial de Datos de Escorrentía (CMDE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Servicio mundial de referencias e información sobre datos climáticos (INFOCLIMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS). . . . . . 2.3.1 Estructura del HOMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Organización y funcionamiento del HOMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Formación en hidrología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 3 — SERVICIOS HIDRÓLOGICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Funciones de los Servicios Hidrológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Usos de la información hidrológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Funciones y responsabilidades de un Servicio Hidrológico . . . . . . . . . . 3.1.3 Tipos de datos requeridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Página 3.1.4 Predicción de fenómenos extremos en tiempo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Organización de los Servicios Hidrológicos y Meteorológicos . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 4 — NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Unidades y símbolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Prácticas y procedimientos recomendados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Exactitud de las mediciones hidrológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Principios básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Definiciones de los términos relacionados con la exactitud . . . . . . . . . . 4.3.3 Tipos de error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.4 Fuentes de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.5 Errores de medición secundarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.6 Caracterización de los instrumentos y métodos de observación . . . . . . 4.3.7 Exactitud recomendada en las mediciones hidrológicas . . . . . . . . . . . . . 4.4 Claves hidrológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Claves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3 Identificación de estaciones de observación hidrológica . . . . . . . . . . . . . 4.4.4 Claves BUFR y GRIB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 5 — ORGANIZACIONES INTERNACIONALES QUE REALIZAN ACTIVIDADES EN MATERIA DE HIDROLOGÍA Y RECURSOS HÍDRICOS . . . . . . . . . 5.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Organizaciones Intergubernamentales (OIG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Naturaleza y coordinación de las actividades de las organizaciones de las Naciones Unidas en el desarrollo de los recursos hídricos . . . . . 5.4 Organización de la cooperación en el sistema de las Naciones Unidas a nivel mundial, regional y sectorial . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Organizaciones No Gubernamentales (ONG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Cooperación institucional en cuencas fluviales y lacustres internacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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PARTE B — INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS Y MÉTODOS DE OBSERVACIÓN Y DE ESTIMACIÓN CAPÍTULO 6 — RESUMEN DE LOS INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS Y MÉTODOS DE OBSERVACIÓN 6.1 El ciclo hidrológico como materia de observación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Técnicas emergentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6.2.1 Teledetección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Microelectrónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.3 Microprocesadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.4 Registradores automáticos de varios parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 7 — MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES . . . . . . . . . . . . . 7.1 Condiciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Emplazamiento del pluviómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Pluviómetros no registradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2 Pluviómetros normalizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3 Pluviómetros totalizadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4 Métodos de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.5 Error y exactitud de las lecturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.6 Corrección de errores sistemáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Aparatos registradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.1 Pluviógrafo de pesada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.2 Pluviógrafo de flotador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.3 Pluviógrafo de cangilones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.4 Registradores de intensidad de las lluvias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4.5 Métodos de registro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Nevadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.1 Espesor de la nevada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5.2 Equivalente de una nevada en agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Medición de la precipitación por radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.1 Uso del radar en hidrología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.2 Ecuación radar – precipitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3 Factores que afectan a las mediciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3.1 Tipo de precipitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3.2 Anchura del haz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3.3 Refracción del haz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3.4 Atenuación atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.3.5 Atenuación por la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.4 Métodos y procedimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.4.1 Métodos fotográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.4.2 Técnicas manuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.4.3 Técnicas automáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6.5 Radar Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7 Observaciones por satélite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.8 Rocío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Página 7.9 Muestreos para controlar la calidad de las precipitaciones . . . . . . . . . . . 7.9.1 Colectores de muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9.1.1 Colectores de lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9.1.2 Colectores de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.9.1.3 Recolección de deposición seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 8 — CAPA DE NIEVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Rutas nivométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Puntos de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Equipo extractor de muestras de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3 Procedimientos para tomar muestras de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4 Exactitud de las mediciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Profundidad y extensión de la capa de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Mediciones con estacas graduadas para medir la nieve . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Medición con un muestreador de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 Medición por métodos fotogramétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4 Nivómetros de isótopos radiactivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1 Nivómetros de isótopos radiactivos verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 Nivómetros de isótopos radiactivos horizontales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Almohadas de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6 Radiación gamma natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6.1 Medición aérea de la capa de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6.2 Medición sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.7 Medición del equivalente en agua de la nieve utilizando la radiación cósmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 9 — EVAPORACIÓN Y EVAPOTRANSPIRACIÓN . . . . . . . . 9.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Tanque de evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Evaporímetros y lisímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4 Evaporación de la nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5 Métodos indirectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.2 Radiación solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.3 Radiación de onda larga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.4 Temperatura del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.5 Temperatura de la superficie del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.6 Humedad o presión de vapor del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.7 Viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9.5.8 Dispositivos de integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 10 — NIVELES DE RÍOS, LAGOS Y EMBALSES . . . . . . . . . . 10.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Instrumentos para medir el nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1 Limnímetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.2 Limnígrafos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Procedimientos para medir el nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.1 Establecimiento del cero del limnímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.2 Limnígrafos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.3 Funcionamiento de los limnígrafos en invierno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4 Frecuencia de las mediciones del nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
143 143 143 143 144 145 145 145 145 146 146
CAPÍTULO 11 — MEDICIONES DEL CAUDAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Medición con molinete hidrométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.1 Selección del sitio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.2 Medición de la sección transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.3 Medición de la velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.3.1 Instrumentos para la medición de la velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.3.2 Medición de la velocidad usando el molinete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.3.3 Determinación de la velocidad media en la vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.4 Cálculo del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.5 Medición del caudal bajo una capa de hielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.5.1 Selección del sitio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.5.2 Equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.5.3 Medición del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.5.4 Cálculo del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2.6 Exactitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Medición del caudal por el método del flotador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.1 Selección de secciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.2 Flotadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.3 Procedimientos de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.4 Cálculo de la velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3.5 Cálculo del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4 Medición del caudal por el método de dilución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.1 Condiciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.2 Selección del sitio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.3 Trazadores y equipo de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4.4 Cálculo del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
147 147 147 148 148 150 150 150 151 153 154 154 154 155 156 156 156 156 157 157 157 158 158 158 159 159 160
viii
ÍNDICE
Página 11.5 11.6 11.6.1 11.6.2 11.6.3 11.6.4 11.6.5
Medición del nivel correspondiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cálculo del caudal por métodos indirectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inspección sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Medición por la pendiente del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Medición del caudal a través de alcantarillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Medición del caudal por contracción del ancho de la corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6.6 Medición del caudal sobre presas y terraplenes de autopistas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7 Medición del caudal en condiciones difíciles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.1 Cauces inestables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.2 Ríos de montaña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.3 Medición de caudales inestables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.3.1 Medición del caudal durante las crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.3.2 Medición del caudal en tramos con mareas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.7.4 Crecimiento de la maleza en el lecho del río . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.8 Métodos no tradicionales de medición del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.8.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.8.2 Método del bote móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.8.3 Método ultrasónico (acústico) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.8.4 Método electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
161 161 161 162 162 162
CAPÍTULO 12 — ESTACIONES DE AFORO DE CAUDALES . . . . . . . . . . 12.1 Objetivo de las estaciones de aforo de caudales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2 Selección del sitio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3 Controles de la relación nivel-caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4 Estructuras de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1 Campo de aplicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.2 Selección de la estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.3 Medición del nivel del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.4 Funcionamiento de las estructuras de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5 Relación nivel-caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.1 Estabilidad de la relación nivel-caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.5.2 Frecuencia en la medición del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
175 175 175 176 177 177 178 178 179 179 179 181 181
CAPÍTULO 13 — CAUDAL DE SEDIMENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2 Selección del sitio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3 Medición del caudal de sedimentos en suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . .
183 183 183 183
162 163 163 163 164 165 165 166 169 169 169 170 170 171 173
ÍNDICE
ix Página
13.3.1 13.3.2 13.3.3 13.3.4 13.3.5
Muestreadores y aforadores in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Métodos de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Determinación de la concentración de sedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cálculo del caudal de sedimentos en suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Registro continuo del caudal de sedimentos en suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4 Medición del caudal de arrastre de fondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.1 Instrumentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.2 Método de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.3 Cálculo del caudal de material de fondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.4.4 Registro continuo del caudal de arrastre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 14 — HIELO EN RÍOS, LAGOS Y EMBALSES . . . . . . . . . . . . . 14.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2 Elementos del régimen de hielos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3 Métodos de observación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4 Época y frecuencia de las observaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5 Exactitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
191 191 191 191 192 192 193
CAPÍTULO 15 — MEDICIÓN DE LA HUMEDAD DEL SUELO . . . . . . . . 15.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2 Método gravimétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.1 Recolección de muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.2 Descripción de los instrumentos de muestreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.2.1 Barreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.2.2 Tubo sacamuestras o portatestigos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2.3 Procedimiento de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.3 Método de resistencia eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4 Método neutrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.1 Instrumentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.2 Tubos de acceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.3 Calibración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4.4 Mediciones y exactitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.5 Atenuación de rayos gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6 Métodos dieléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6.1 Reflectometría en el dominio temporal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6.2 Método de capacitancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.7 Teledetección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.8 Método tensiométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
195 195 195 196 197 197 197 198 198 199 199 199 200 200 201 201 202 203 203 204 206
186 187 187 188 189 190 190
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ÍNDICE
Página CAPÍTULO 16 — AGUAS SUBTERRÁNEAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2 Instalación de pozos de observación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3 Prueba de pozos de observación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4 Sellado y relleno de pozos abandonados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5 Instrumentos y métodos de observación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5.1 Instrumentos manuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5.2 Instrumentos automáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.5.3 Extractores de muestras para pozos que no se bombean . . . . . . . . . . . . . 16.5.4 Sensores de salinidad y temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.6 Control de la calidad de las aguas subterráneas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
207 207 208 214 216 217 217 219 223 223 224 225
CAPÍTULO 17 — CALIDAD DEL AGUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2 Métodos de muestreo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.1 Tipos de muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.1.1 Muestras tomadas al azar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.1.2 Muestras compuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.2 Recolección de una muestra representativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.3 Técnicas y equipos de muestreo sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.3.1 Muestreadores de gancho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.3.2 Muestreadores de oxígeno disuelto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.3.3 Muestreadores automáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.2.3.4 Procedimientos de muestreo según la ubicación de la estación y la temporada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3 Preparación de los trabajos sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.1 Preparación general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.2 Selección de los volúmenes de las muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.3.3 Lista de control previa al trabajo sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4 Procedimientos de conservación y filtración sobre el terreno . . . . . . . . 17.4.1 Filtración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2 Técnicas de conservación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2.1 Contenedores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2.2 Adición de conservantes químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2.3 Congelación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2.4 Refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.2.5 Aspectos prácticos de la conservación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5 Mediciones sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.1 Control automático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2 Parámetros medidos sobre el terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.1 Medición del pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
227 227 227 227 227 228 228 228 228 232 232 233 234 234 234 234 235 235 236 236 237 237 237 237 238 238 238 238
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xi Página
17.5.2.2 Medición de la conductividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.3 Medición del oxígeno disuelto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.4 Medición de la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.5 Medición de la turbiedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.6 Medición del color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.7 Medición de la transparencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.5.2.8 Resumen general de los procedimientos sobre el terreno . . . . . . . . . . . . 17.6 Medición de la radioactividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.6.1 Fuentes de radioactividad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.6.2 Recolección y conservación de muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.7 Muestreo para análisis biológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.7.1 Análisis microbiológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.7.2 Organismos multicelulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.8 Demanda bioquímica de oxígeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.8.1 Métodos de medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.8.2 Exactitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
240 240 242 242 243 243 244 244 244 245 245 245 248 250 250 251 252
CAPÍTULO 18 — CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD . . . . . . . . . . . . . . 18.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2 Seguridad en estaciones registradoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2.1 Acceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2.2 Plataformas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2.3 Pozos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3 Precauciones cuando se trabaja desde puentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.1 Riesgos debidos al tráfico de vehículos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.3.2 Riesgos debidos al equipo suspendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4 Precauciones durante el vadeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.2 Evaluación de la situación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.3 Uso de chalecos salvavidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.4 Líneas de seguridad y líneas indicadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.5 Técnica de vadeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.6 En caso de accidente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.7 Responsabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5 Precauciones cuando se trabaja desde embarcaciones . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.2 Chalecos salvavidas y equipo de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.3 Uso de cables de maniobra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.5.4 Uso de botes neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.6 Precauciones cuando se utiliza un teleférico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7 Precauciones cuando se manejan equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
253 253 253 253 253 253 254 254 254 255 255 255 255 255 255 256 256 256 256 256 257 257 258 258
xii
ÍNDICE
Página 18.7.1 Inspección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7.2 Sierra de cadenas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7.3 Equipo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7.4 Herramientas mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7.5 Ropa protectora y equipo de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7.6 Productos radioactivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.7.7 Precauciones en el monitoreo de aguas subterráneas . . . . . . . . . . . . . . . . 18.8 Precauciones cuando se manejan productos químicos . . . . . . . . . . . . . . . 18.9 Precauciones especiales en condiciones de mucho frío . . . . . . . . . . . . . . 18.9.1 Hipotermia (exposición) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.9.2 Congelación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.9.3 Trabajo sobre lagos y cursos de agua cubiertos de hielo . . . . . . . . . . . . . 18.9.4 Trabajo en zonas montañosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.9.5 Supervivencia en aguas heladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.10 Precauciones especiales en condiciones de mucho calor . . . . . . . . . . . . . 18.10.1 Insolación (hipotermia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.10.2 Quemaduras de sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.11 Viaje y transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.11.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.11.2 Helicópteros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.11.3 Vehículos de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.12 Caja de herramientas y raciones de supervivencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.13 Otros riesgos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
258 258 259 259 259 259 260 260 261 261 262 262 263 263 264 264 264 264 264 265 265 265 266 266
PARTE C — RECOLECCIÓN, PROCESO Y DIFUSIÓN DE DATOS HIDROLÓGICOS CAPÍTULO 19 — PAPEL DE LOS DATOS HIDROLÓGICOS EN SISTEMAS DE INFORMACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.1 Sistemas de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.2 Técnica informática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.3 Personal y formación profesional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
267 267 269 270 271
CAPÍTULO 20 — DISEÑO Y EVALUACIÓN DE REDES HIDROLÓGICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1 Conceptos generales sobre el diseño de redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.1 Definición de diseño de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.2 Métodos de substitución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.3 La red básica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.3.1 La red mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
273 273 274 276 276 277
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xiii Página
20.1.3.2 Expansión de la base de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.4 Diseño de redes integradas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.4.1 Estaciones para fines operativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.4.2 Estaciones de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.4.3 Cuencas representativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.1.5 Análisis de una red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2 Densidad de estaciones para una red mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.1 Densidades mínimas para estaciones climatológicas . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.1.1 Estaciones pluviométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.1.2 Estudio nivométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.1.3 Estaciones de evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2 Densidades mínimas para estaciones hidrométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.1 Estaciones de flujo fluvial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.2 Nivel de ríos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.3 Nivel de lagos y embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.4 Caudal de sedimentos y sedimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.5 Estaciones de medición de la calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.6 Temperatura del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.2.2.7 Capa de hielo en ríos y lagos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.3 Observaciones del agua subterránea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4 Requisitos específicos para controlar la calidad del agua . . . . . . . . . . . . 20.4.1 Parámetros de calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4.2 Calidad del agua superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4.3 Calidad de las precipitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4.4 Calidad de los sedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.4.5 Calidad del agua subterránea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
277 278 279 280 280 280 282 284 284 286 286 287 287 289 289 289 290 291 291 292 294 294 296 300 301 303 303
CAPÍTULO 21 — RECOLECCIÓN DE DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Selección del sitio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Identificación de la estación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.1 Identificación de los sitios de recolección de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2 Información descriptiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.1 Descripción de una estación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.2 Croquis detallado de la ubicación de la estación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.3 Mapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.4 Coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2.2.5 Descripción narrativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Frecuencia y programa de visitas a una estación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3.1 Estaciones manuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3.2 Estaciones registradoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 Mantenimiento de los sitios de recolección de datos . . . . . . . . . . . . . . . . .
305 305 305 305 309 309 312 312 313 314 314 314 315 316
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Página 21.5 Observaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5.1 Estaciones manuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5.2 Estaciones registradoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5.3 Informes en tiempo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.5.4 Instrucciones adicionales para los observadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6 Sistemas de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6.2 Líneas de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6.3 Criterios de selección de los sistemas de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7 Control de la calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7.1 Identificación de la estación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7.2 Hojas de terreno para el monitoreo de la calidad del agua . . . . . . . . . . . . 21.7.3 Transporte de las muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7.4 Verificación de calidad in situ de los datos sobre la calidad del agua . . . 21.8 Recolección de datos especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.8.1 Requerimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.8.2 Estudio de chubascos por medio de diversos recipientes . . . . . . . . . . . . . 21.8.3 Datos suministrados por radares meteorológicos y por satélites . . . . . . 21.8.4 Niveles y caudales extremos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
317 317 319 320 320 321 321 322 323 324 324 324 324 325 328 328 328 328 329 329
CAPÍTULO 22 — CONTROL DE DATOS Y CODIFICACIÓN . . . . . . . . . . 22.1 Control de calidad y detección de errores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1.1 Inspección de las estaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1.2 Control preliminar de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1.3 Detección del error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.1.4 Resultados del control de calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Procedimientos de validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.1 Procedimientos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.2 Técnicas combinadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3 Procedimientos específicos de validación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.1 Datos climatológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.2 Datos de precipitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.3 Datos de hielo y nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.4 Datos de niveles del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.5 Datos de aforos de río . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.6 Datos de calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.3.7 Datos de sedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2.4 Datos faltantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Codificación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3.1 Códigos de ubicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3.2 Códigos para las variables (parámetros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
331 331 331 332 333 335 335 336 337 339 341 342 342 343 344 345 347 347 347 350 350
ÍNDICE
xv Página
22.3.3 Códigos de calificación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3.4 Códigos de datos faltantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3.5 Códigos de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
351 351 357 357
CAPÍTULO 23 — PROCESO PRIMARIO DE DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2 Entrada de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2.1 Uso del teclado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2.2 Proceso de gráficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2.3 Estaciones manuales que utilizan la telemetría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2.4 Estaciones automatizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2.4.1 Banda de papel y registradores de cassette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.2.4.2 Memorias de estado sólido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3 Procedimientos de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3.1 Procedimientos generales del proceso primario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3.2 Procedimientos específicos del proceso primario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3.2.1 Datos climatológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3.2.2 Observaciones de la evaporación y de la evapotranspiración . . . . . . . . 23.3.2.3 Datos de precipitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3.2.4 Datos de caudales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.3.2.5 Datos sobre la calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
359 359 360 360 363 364 365 366 368 368 368 372 372 373 373 374 378 380
CAPÍTULO 24 — ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.1 Almacenamiento de datos originales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2 Gestión y almacenamiento de datos procesados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.2 Control del flujo de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.3 Procedimientos de actualización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.4 Compresión y exactitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.5 Organización de los archivos físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.6 Organización de los archivos lógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.7 Extracción de datos de una sola variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2.8 Almacenamiento de datos en línea y fuera de línea . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.3 Recuperación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
381 381 381 381 383 383 385 387 388 390 391 393 396
CAPÍTULO 25 — DIFUSIÓN DE DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.2 Catálogos de información . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
397 397 398
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Página 25.3 Informes de resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.4 Publicación de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.4.1 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.4.2 Frecuencia de las publicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.4.3 Contenido y formato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.5 Soportes magnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.5.1 Cintas magnéticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.5.2 Discos magnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.5.3 Discos ópticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.6 Formatos de intercambio de datos en tiempo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
400 403 403 404 404 407 408 409 409 410 410
PARTE D — ANÁLISIS HIDROLÓGICO CAPÍTULO 26 — INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS HIDROLÓGICO ..... 26.1 Métodos de análisis utilizados en hidrología ........................................ 26.2 Propósito de la Parte D ...........................................................................
411 411 412
CAPÍTULO 27 — ANÁLISIS DE FRECUENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.1 Uso del análisis de frecuencias en hidrología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.2 Series estadísticas y periódos de retorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.3 Enfoque matemático para el análisis de frecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.3.1 Distribuciones de probabilidades usadas en hidrología . . . . . . . . . . . . . . 27.3.2 Estimación de parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.3.3 Homogeneidad de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
413 413 413 415 415 416 416 417
CAPÍTULO 28 — FRECUENCIA E INTENSIDAD DE LA LLUVIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.1 28.1.1 28.1.1.1 28.1.1.2
Frecuencia de la lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lluvia puntual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ajuste de datos para intervalos de observación fijos . . . . . . . . . . . . . . . . . Estimación indirecta de datos de frecuencia de lluvia puntual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.1.1.3 Lluvias máximas observadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.1.2 Nivel de lluvia en una región . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.1.3 Mapas generalizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.1.4 Sequía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.2 Intensidad de la lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.2.1 Lluvia puntual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.2.2 Lluvia en una región . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
419 419 419 419 420 423 425 425 426 426 426 428 429
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CAPÍTULO 29 — ANÁLISIS DE LA LLUVIA DE UNA TORMENTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.2 Curvas de valores acumulados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.3 Análisis de altura–superficie–duración de la lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4 Precipitación Máxima Probable (PMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.1 Métodos para calcular la PMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.2 Estimaciones preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.3 Selección de la duración de la lluvia de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.4 Selección de subcuencas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.5 Transposición de tormentas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.6 Selección y análisis de las tormentas principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.7 Maximización de las tormentas seleccionadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.8 Orientación de los modelos de lluvia de tormenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.9 Uniformidad regional de las estimaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29.4.10 Estimaciones en ausencia de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
431 431 431 432 432 433 435 435 436 436 437 437 438 438 438 441
CAPÍTULO 30 — INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS DE PRECIPITACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.2 Ajuste de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.2.1 Período básico normalizado de observaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.2.2 Análisis mediante la curva de doble acumulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.2.3 Estimación de datos faltantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.3 Distribución espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.3.1 Representación en mapas de isoyetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.3.2 Evaluación de los efectos fisiográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.4 Cálculo de la precipitación media de una zona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.4.1 Media aritmética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.4.2 Método de los polígonos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.4.3 Método de isoyetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.4.4 Método del porcentaje del valor normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30.4.5 Método hipsométrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
443 443 443 444 445 446 446 446 447 448 448 449 450 450 450 452
CAPÍTULO 31 — ANÁLISIS DEL ESCURRIMIENTO DE LA FUSIÓN DE NIEVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Teoría de la fusión de la nieve en un punto determinado . . . . . . . . . . . . . 31.3 Estimación del derretimiento de la nieve en una cuenca en ausencia de lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
453 453 453 457
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Página 31.4
Estimación del derretimiento de la nieve en una cuenca con lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.5 Estimación del escurrimiento debido al deshielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.6 Evaporación a partir de una capa de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.7 Máximos probables de precipitación y derretimiento de nieve . . . . . . . 31.7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.7.2 Acumulación máxima probable de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.7.3 Estimación del derretimiento de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.8 Escurrimiento de un deshielo de período corto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.8.1 Regiones planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.8.2 Terreno montañoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPÍTULO 32 — EVALUACIÓN DE DATOS DE FLUJO FLUVIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Ajuste de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Distribución espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3.1 Mapas de la escorrentía anual media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3.2 Escurrimiento medio a partir de datos de precipitación y de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3.3 Correlación entre estaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3.4 Longitud efectiva de un registro extendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPÍTULO 33 — RELACIONES LLUVIA – ESCURRIMIENTO . . . . . . . 33.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2 Volúmenes de escurrimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2.1 Índice de precipitación anterior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2.2 Caudal de base inicial como índice del volumen de escurrimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.2.3 Técnicas de evaluación de la humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3 Distribución de un escurrimiento en el tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.1 Hidrograma unitario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.1.1 Construcción del hidrograma unitario a partir de registros de escurrimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.1.2 Deducción por métodos sintéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.1.3 Conversión de la duración de un hidrograma unitario . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.2 Método de las isocronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.4 Modelos distribuidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
460 461 463 464 464 464 465 466 466 466 466
467 467 467 468 468 469 472 474 474 475 475 475 475 478 479 480 480 481 484 485 486 488 488
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CAPÍTULO 34 — TRÁNSITO DE AVENIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34.2 Métodos hidrodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34.2.1 Método completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34.2.2 Difusión y tránsito cinemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34.3 Métodos hidrológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34.4 Tránsito de avenidas en embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
489 489 489 489 492 493 495 496
CAPÍTULO 35 — ANÁLISIS DE ESTIAJES Y SEQUÍAS . . . . . . . . . . . . . . . . 35.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.2 Curvas de duración de caudales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.3 Frecuencia de caudales bajos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.4 Análisis estadístico de sequías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.5 Análisis de la curva de recesión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
497 497 497 499 500 501 503
CAPÍTULO 36 — FRECUENCIA DE CRECIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.1 Análisis de los datos recopilados en las estaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.1.1 Caudal máximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.1.2 Análisis estadístico de hidrogramas de crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.2 Regionalización de caudales de crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.2.1 Método de crecida índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.2.2 Métodos basados en la regresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
505 505 505 506 507 507 508 510
CAPÍTULO 37— ESTIMACIÓN DE LA EVAPORACIÓN EN LAGOS Y EMBALSES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.2 Método del balance hídrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.2.1 Caudales afluente y efluente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.2.2 Precipitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.2.3 Infiltración neta y almacenamiento en las orillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.2.4 Variación del volumen almacenado en el embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3 Método del balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3.1 Radiación de onda larga reflejada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3.2 Radiación emitida por el embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3.3 Variación de la energía almacenada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3.4 Energía utilizada para la evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3.5 Energía transmitida por convección a la masa de agua o por ésta como calor sensible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.3.6 Energía transmitida por advección por el agua evaporada . . . . . . . . . . .
513 513 513 514 514 514 514 514 516 516 516 517 517 518
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Página 37.3.7 37.3.8 37.4 37.4.1 37.4.2 37.4.3 37.4.4 37.4.5 37.5
Intercambio de energía entre el agua del embalse y el fondo . . . . . . . . . Evaporación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Métodos aerodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Valor del coeficiente N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Temperatura en la superficie del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Humedad o presión del vapor de agua en el aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Método de correlación turbulenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Combinación de las ecuaciones del método aerodinámico y las del balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37.6 Extrapolación a partir de mediciones de tanques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
518 518 520 521 522 522 522 523 523 526 531
CAPÍTULO 38 — ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN EN UNA CUENCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.2 Evapotranspiración potencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.3 Evapotranspiración real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.4 Método del balance hídrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.4.1 Precipitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.4.2 Escurrimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.4.3 Variación del almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.4.4 Infiltración profunda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.5 Método del balance energético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.6 Método aerodinámico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.7 Método de Penman-Monteith . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.8 Método de Priestley-Taylor (de radiación) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38.9 Método complementario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
532 532 532 532 534 534 534 534 535 535 535 536 536 536 537
CAPÍTULO 39 — MODELIZACIÓN DE SISTEMAS HIDROLÓGICOS 39.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.2 Modelos de caja negra (enfoque sistemático) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.3 Modelos conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.3.1 Modelo del Centro Hidrometeorológico de la ex URSS . . . . . . . . . . . . . 39.3.2 Modelo Sacramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.3.3 Modelo tanque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.3.4 Selección de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.4 Modelos hidrodinámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.5 Evaluación de parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.6 Simulación estocástica de series hidrológicas de tiempo . . . . . . . . . . . . . 39.6.1 Modelos markovianos lag-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
539 539 540 542 542 544 547 548 550 552 553 554
ÍNDICE
xxi Página
39.6.2 39.6.3
Modelos autoregresivos de media móvil (ARMA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelos fraccionales gaussianos de ruido y de proceso de línea quebrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.7 Modelización de la calidad de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.7.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.7.2 Tipos de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.7.3 Modelos del transporte de contaminantes en un río . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.7.4 Aplicaciones y ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.8 Selección de modelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CAPÍTULO 40 — MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.2 Sistemas de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.3 Mediciones puntuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4 Problemas lineales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4.1 Corriente de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4.2 Red de drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4.3 Perfil de la corriente de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4.4 La red de drenaje o hidrográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4.5 Sección transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.4.6 Características físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.5 Mediciones de superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.5.1 La cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.5.2 La malla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.6 Mediciones volumétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.6.1 Métodos batimétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.6.2 Métodos topográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.7 Sistemas de información geográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
555 556 556 556 557 558 558 559 560
565 565 565 566 566 567 567 569 570 570 571 571 571 577 577 577 578 578 579
PARTE E — PREDICCIÓN HIDROLÓGICA CAPÍTULO 41 — INTRODUCCIÓN A LA PREDICCIÓN HIDROLÓGICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Características de las predicciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Efectividad de las predicciones hidrológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.1 Exactitud y oportunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3.2 Costo y beneficio de las predicciones hidrológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 Servicio de predicción hidrológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
581 581 581 583 584 585 588
xxii
ÍNDICE
Página 41.4.1 41.4.2 41.5
Organización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Difusión de predicciones y avisos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
588 590 590
CAPÍTULO 42 — DATOS NECESARIOS PARA LA PREDICCIÓN HIDROLÓGICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Datos para desarrollar los procedimientos de predicción . . . . . . . . . . . . . 42.2.1 Variables hidrológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2.2 Características de la cuenca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2.3 Características del río . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Datos requeridos en la preparación de una predicción . . . . . . . . . . . . . . . 42.3.1 Lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3.2 Nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3.3 Niveles y caudales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3.4 Otras necesidades de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.4 Uso de predicciones meteorológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.5 Precisión de las observaciones y frecuencia de las mediciones . . . . . . . 42.6 Adquisición de datos con fines operativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.1 Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.2 Teledetección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.2.1 Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.2.2 Métodos basados en Satélites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.2.3 Detección con aeronaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.3 Sistemas de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.3.1 Satélites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.6.3.2 Impulso meteórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
593 593 593 594 594 594 595 595 595 596 596 596 597 597 597 600 600 601 603 603 605 605 606
CAPÍTULO 43 — MÉTODOS DE PREDICCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Correlación y regresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.3 Índice de humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.4 Predicción del nivel de cresta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.5 Predicción de flujo basada en el volumen almacenado . . . . . . . . . . . . . . . 43.6 Predicción de decrecida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.7 Modelos conceptuales de flujo fluvial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.8 Tránsito de avenidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.9 Análisis de series cronológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.10 Técnicas de ajuste de predicción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.11 Predicción probabilística . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
607 607 608 609 610 612 613 613 614 614 615 616 617
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xxiii Página
CAPÍTULO 44 — PREDICCIONES DE CRECIDA Y DE ABASTECIMIENTO DE AGUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.2 Predicciones de crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3 Crecida repentina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.1.1 Programas de predicción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.1.2 Sistemas de alarma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.1.3 Vigilancias y avisos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.1.4 Crecidas repentinas y calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.2 Inundaciones en áreas urbanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.3.3 Rotura de presas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.4 Marea de tormenta en los ríos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.5 Predicción de abastecimiento de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.6 Caudal bajo (caudal de estiaje) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 45 — PREDICCIONES DE FUSIÓN DE NIEVES . . . . . . . . . . . 45.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.2 Procesos de escorrentía por fusión de nieve en ríos de tierras bajas y de montañas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.3 Modelos de predicción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.3.1 Métodos de índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.3.2 Modelos conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.3.3 Predicción extendida de flujo fluvial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.3.4 Datos de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.4 Predicciones a corto y mediano plazo de la escorrentía por fusión de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.5 Predicciones de fusión de nieve a largo plazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.6 Predicciones estacionales de fusión de nieve para regiones llanas . . . . 45.7 Predicciones estacionales de fusión de nieve para regiones montañosas Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
629 629
634 634 635 636 637
CAPÍTULO 46 — PREDICCIONES DE LA FORMACIÓN Y LA ROTURA DE HIELO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.2 Predicciones de la formación del hielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.3 Predicciones de la rotura de hielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.3.1 Predicciones de la rotura de hielo en embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.3.2 Predicciones de la rotura de hielo en ríos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.4 Predicciones del hielo a largo plazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.4.1 Formación de hielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
639 639 639 642 643 643 644 644
629 630 630 632 632 633
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Página 46.4.2 Rotura de hielo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.4.3 Uso de la circulación atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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PARTE F — APLICACIONES PARA LA GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS CAPÍTULO 47 — INTRODUCCIÓN A LAS APLICACIONES PARA LA GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . . . . 47.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47.2 Objetivos de un proyecto de gestión de recursos hídricos . . . . . . . . . . . . 47.3 Proyectos de múltiples aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47.4 Sistemas de recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47.5 Investigación preliminar de los proyectos de gestión de recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPÍTULO 48 — DESARROLLO SOSTENIBLE DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.2 Variabilidad del recurso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.2.1 Cambios naturales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.2.2 Cambios antropógenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.3 Cambios de actitud en la gestión de los recursos hídricos . . . . . . . . . . . . 48.3.1 Gestión de cuencas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.3.2 Fragmentación de la gestión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.4 Programas de datos sobre el agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.4.1 Evaluación de las necesidades de datos para el futuro . . . . . . . . . . . . . . . 48.4.2 Carácter y eficacia de las redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.4.3 Opciones de estrategias para las redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.5 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPÍTULO 49 — CALIDAD DEL AGUA Y PROTECCIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.2 Relación entre la cantidad y la calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.2.1 Arroyos y ríos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.2.2 Grandes lagos y embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.3 Efectos de los proyectos de recursos hídricos en la calidad del agua de arroyos y ríos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.3.1 Presas y diques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.3.2 Obras de regulación del río . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
647 647 647 648 648 649 652 653 653 653 653 654 654 656 656 657 657 659 660 661 661 663 663 663 663 665 666 666 667
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xxv Página
49.3.3 49.4
Reducción y aumento del caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Efectos de los proyectos de recursos hídricos en la calidad de agua en grandes lagos y embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.5 Cambios en la calidad del agua debido a la contaminación . . . . . . . . . . 49.5.1 Eutrofización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.5.2 Materia orgánica y autodepuración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.5.3 Adsorción y acumulación de contaminantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.5.4 Contaminación térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.6 Medidas para reducir los efectos de la contaminación en la calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.6.1 Medidas preventivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.6.2 Medidas correctivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 50 — EVALUACIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS . . . . 50.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50.2 Necesidad de una evaluación de los recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . 50.3 Usos de la información sobre los recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50.4 Tipos de información relativa a los recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . 50.5 Componentes de un programa de evaluación de recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50.6 Evaluación de las actividades de evaluación de recursos hídricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 51 — ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DE AGUA . . . . . . . . 51.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Uso del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.1 Suministro de agua a nivel urbano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.2 Uso doméstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.3 Uso comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.4 Riego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.5 Ganadería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.6 Uso industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.7 Energía termoeléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.8 Reducción de la contaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.9 Recreación, estética y tradición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.10 Conservación de la pesca y la vida silvestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.11 Navegación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.12 Control de inundaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Página CAPÍTULO 52 — ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE UN EMBALSE 52.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Evaluación de las pérdidas de agua desde los sistemas hídricos de superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.1 Naturaleza de las pérdidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2 Pérdidas en zonas de regadío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.3 Evaporación en los embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.4 Infiltración en los embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Influencia del emplazamiento del embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.4 Influencia de la sedimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.5 Análisis secuencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.5.1 Método numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.5.2 Método gráfico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.6 Método probabilístico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.6.1 Métodos rigurosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.6.2 Métodos aproximados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.7 Relación almacenamiento–extracción–fiabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.8 Embalses para fines múltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.9 Sistemas de embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.10 Efectos incidentales de los embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.10.1 Efectos en los regímenes hidráulicos e hidrológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.10.2 Efectos en el medio ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.11 Estimación de los niveles máximos del embalse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.11.1 Sobreelevación del nivel por efecto del viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.11.2 Olas generadas por el viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.11.3 Ondulaciones periódicas de la superficie del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 53 — ESTIMACIÓN DE LAS CRECIDAS DE DISEÑO . . . . . 53.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Clase de crecidas de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2.1 Magnitud y métodos de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2.2 Período de vida útil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2.3 Crecidas de diseño para grandes embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2.4 Crecida máxima probable (CMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2.5 Crecida de proyecto estándar (CPE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3 Preparación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.4 Técnicas para el cálculo de crecidas de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.4.1 Métodos empíricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.4.2 Modelos determinísticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.4.3 Métodos probabilísticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 54 — CONTROL DE CRECIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2 Embalses para el control de crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.1 El problema de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.1.1 Almacenamiento de retención regulado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.1.2 Almacenamiento de retención no regulado en el río . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.1.3 Almacenamiento de retención no regulado fuera del río . . . . . . . . . . . . . 54.2.2 Consideraciones sobre el funcionamiento para la elaboración del diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.3 Otras consideraciones referentes a los embalses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.3.1 Intervalo de tiempo entre crecidas sucesivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.3.2 Efectos de la sedimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.2.3.3 Efectos del desarrollo de la zona aguas arriba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3 Otras medidas estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3.1 Desviación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3.2 Modificación de cauces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3.3 Diques y muros de protección contra las crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.4 Medidas no estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.4.1 Control de las planicies de inundación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.4.2 Aviso de crecidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.5 Diseño de las obras de drenaje de cuencas urbanas y de pequeñas cuencas rurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.5.1 Características de los sistemas de drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.5.2 Cálculo de las descargas de los sistemas de drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.6 Efectos en el ciclo hidrológico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 55 — RIEGO Y DRENAJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1 Riego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1.1 Necesidades de agua de las cosechas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1.1.1 Método de Blaney–Criddle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1.1.2 Humedad del suelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1.1.3 Calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.1.2 Pérdidas de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2 Drenaje agrícola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.1 Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.2 Factores que afectan el drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.3 Beneficios del drenaje agrícola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.4 Tipos básicos de drenaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.4.1 Drenaje de alivio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.4.2 Drenaje de intercepción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.5 Métodos de drenaje artificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Página 55.2.5.1 Drenaje superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.5.2 Drenaje subsuperficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.2.6 Factores económicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 56 — ENERGÍA HIDROELÉCTRICA Y PROYECTOS ENERGÉTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.2 Energía hidroeléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.2.1 Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.2.2 Potencial de un lugar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.2.3 Disposiciones operacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.2.4 Calidad del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.3 Proyectos relativos a la producción de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.3.1 Generación de energía a partir de combustibles fósiles o nucleares .... 56.3.2 Extracción y procesamiento del carbón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.3.3 Extracción y procesamiento del uranio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.3.4 Producción de petróleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56.3.5 Producción de metanol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 57 — NAVEGACIÓN Y CORRECCIÓN DE UN CAUCE . . . 57.1 Aplicación de la hidrología a la navegación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.1 Aplicación de datos hidrológicos a la caracterización de las vías fluviales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.1.1 Parámetros geométricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.1.2 Parámetros hidrológicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.1.3 Parámetros hidráulicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.2 Utilización de los datos hidrológicos en la navegación operacional .... 57.1.2.1 Recopilación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.2.2 Predicciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.2.3 Transmisión de datos y predicciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.1.3 Navegación en lagos, ríos y canales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.2 Aplicación de los datos hidrológicos a la corrección de un cauce . . . . 57.2.1 Evolución y caracterización de los meandros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.2.2 Determinación de la descarga y alturas de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.2.2.1 Determinación de la descarga de diseño para la regulación del lecho mayor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.2.2.2 Determinación de la descarga de diseño para la regulación del lecho medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Página CAPÍTULO 58 — GESTIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS URBANOS 58.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58.2 Drenaje de aguas pluviales en zonas urbanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58.3 Modelización de sistemas de precipitaciones, escorrentía y drenaje de aguas pluviales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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CAPÍTULO 59 —TRANSPORTE DE SEDIMENTOS Y DEFORMACIÓN DEL LECHO DEL RÍO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.2 Erosión de las captaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.3 Erosión de los cauces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.4 Transporte de sedimentos en los cauces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.4.1 Transporte de sedimentos en suspensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.4.2 Transporte de la carga del lecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.5 Sedimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59.6 Medidas que deben tomarse para la regulación de sedimentos . . . . . . . Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Uno de los objetivos de la Organización Meteorológica Mundial es promover la normalización de las observaciones meteorológicas e hidrológicas y asegurar la publicación uniforme de observaciones y estadísticas. Con este propósito el Congreso Meteorológico Mundial adoptó el Reglamento Técnico, en el que se incluyen las prácticas y los procedimientos meteorológicos e hidrológicos a ser seguidos por los Estados Miembros de la Organización. El Reglamento Técnico se complementa con algunas guías en las que se describen con más detalles las prácticas, los procedimientos y las estipulaciones que los Miembros están invitados a respetar y aplicar al establecer y llevar a cabo sus acuerdos en cumplimiento del Reglamento Técnico, y al establecer y poner en funcionamiento los Servicios Meteorológicos e Hidrológicos en sus respectivos países. La presente publicación surgió como consecuencia de la primera reunión (Washington, 1961) de la Comisión de Hidrología de la OMM, en la que se reconoció la urgente necesidad de preparar una guía de prácticas hidrológicas. En 1965 se publicó la primera edición titulada Guía de Prácticas Hidrometeorológicas. La segunda y la tercera edición de esta Guía se publicaron en 1970 y 1974, respectivamente. El título de la tercera edición se cambió por el de Guía de Prácticas Hidrológicas para tener en cuenta el alcance más amplio de su contenido. La revisión y los importantes aditivos a la Guía, aprobados por la Comisión en su quinta reunión (Ottawa, 1976), hizo necesaria la publicación de la cuarta edición en dos volúmenes: Volumen I – Adquisición y proceso de datos; y Volumen II – Análisis, predicción y otras aplicaciones. Los Volúmenes I y II de la cuarta edición fueron publicados en 1981 y 1983 respectivamente. En la octava reunión de la Comisión (Ginebra, 1988) se aprobó una nueva estructura para la quinta edición de la Guía; los capítulos de la cuarta edición se convierten en partes, subdivididas en capítulos, cada uno con su propia lista de referencias bibliográficas. Se decidió que cada capítulo versara sobre una variable o tema hidrológico para simplificar la consulta, las revisiones futuras y las referencias cruzadas con el Manual de Referencia del HOMS. Esta edición de la Guía contiene seis partes y 59 capítulos, publicados en un solo volumen. Además de la versión inglesa, la Guía está traducida en los tres otros idiomas oficiales de la Organización
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PREFACIO
(español, francés y ruso). Asimismo, como para las versiones anteriores, varios Miembros de la Organización manifestaron su intención de traducir esta Guía a su idioma nacional. El objetivo de la Guía de Prácticas Hidrológicas es brindar, a todos aquellos vinculados a la hidrología, información actualizada sobre prácticas, procedimientos e instrumentos que les pueda ser útil para llevar a cabo sus tareas con buenos resultados. Una descripción más detallada de las bases teóricas y del margen de aplicación de los métodos y técnicas hidrológicas está más allá del alcance de esta Guía. Sin embargo, cuando se considera oportuno se hace referencia a dicha documentación. Se espera que la presente Guía será útil no sólo para los Servicios Hidrológicos y Meteorológicos, sino también para muchos organismos del mundo que participan en el control y la evaluación de los recursos hídricos. Se invita a los usuarios de la Guía a continuar enviando sus comentarios y sugerencias a la Secretaría General, para seguir mejorándola. Me complace expresar el agradecimiento de la Organización Meteorológica Mundial a más de 40 expertos de todo el mundo que contribuyeron a la preparación de esta edición de la Guía. Agradecemos especialmente a los señores M. Roche (Francia) y A.R Perks (Canadá) que se encargaron de recopilar el borrador inicial y revisar la parte B; a los señores A. Hall y B. Stewart (Australia) que revisaron la parte C; a los señores F. Bultot (Bélgica), S. Zevin (EE.UU.) y V.R. Schneider (EE.UU.) que revisaron las partes D, E y F, respectivamente. Por cuanto se refiere a los nuevos textos, nuestro más profundo agradecimiento al Sr. N. Normand (Francia) por el capítulo 15 (Medición de la humedad del suelo); al Dr. P. Pilon (Canadá) por el capítulo 36 (Frecuencia de crecidas), al Dr. G. Young y al Sr. A. Perks (Canadá) por el capítulo 48 (Desarrollo sostenible del agua); y al Dr. L. Goda (Hungría) por el capítulo 57 (Navegación y corrección de cauces). Nuestra especial gratitud al Dr. M. Moss (EE.UU.) por su ayuda en la preparación del borrador final y al Dr. Starosolszky (Hungría) por sus excelente consejos durante toda la preparación de la presente edición de la Guía.
(G. O. P. Obasi) Secretario General
PARTE A GENERALIDADES CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN A LA GUÍA
1.1 Alcance de la Guía La hidrología es la ciencia que estudia la presencia y la distribución de las aguas en la tierra, sus propiedades químicas, biológicas y físicas, y su interacción con el medio ambiente físico. De esta manera, es la base para resolver problemas prácticos de inundaciones y sequías, erosión y transporte de sedimentos y contaminación del agua. En efecto, la creciente preocupación por la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas, la lluvia ácida, el drenaje de zonas húmedas y otros tipos de cambios en el uso de la tierra, así como la amenaza que se cierne sobre los recursos hídricos debida a los cambios climáticos y al aumento del nivel del mar, han destacado el papel esencial que desempeña la hidrología en muchos proyectos relativos al medio ambiente. La presente Guía aborda éstos y varios otros aspectos del ciclo hidrológico, en especial sus fases sobre y bajo la superficie terrestre. Naturalmente, está enfocada hacia esas áreas que están dentro del alcance de las actividades de la Organización Meteorológica Mundial en materia de hidrología y recursos hídricos, para aumentar el apoyo que se ofrece a los Servicios Hidrológicos Nacionales y a los organismos que tienen una misión similar. La Guía trata, por lo tanto, sobre las principales variables del ciclo hidrológico y sus expresiones en el desplazamiento y el almacenamiento del agua: a) precipitaciones; b) capa de nieve (distribución, espesor, densidad, equivalente en agua); c) nivel del agua (ríos, lagos, embalses, pozos); d) flujo fluvial, descarga de sedimentos y calidad de las aguas superficiales; e) evaporación y evapotranspiración; f) humedad del suelo; y g) aguas subterráneas, incluida la calidad del agua. 1.2 Plan y contenido de la Guía Las actividades nacionales en materia de hidrología han aumentado rápidamente en los últimos decenios. Existen también numerosos programas de asistencia bilateral en este campo, además de las Naciones Unidas y de sus órganos especializados, y no es
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CAPÍTULO 1
de extrañar que los programas hidrológicos coincidan en un mismo país. Por lo tanto, se ha hecho muy necesario disponer de guías y normas internacionales, y se espera que la presente Guía responda a dicha necesidad. Con este fin, se trabajó con ahínco para mejorar y completar la Guía (quinta edición) que está compuesta de seis partes: Parte A: Generalidades — capítulos 1 a 5; Parte B: Instrumentos hidrológicos y métodos de observación y de estimación — capítulos 6 a 18; Parte C: Recopilación, proceso y difusión de datos hidrológicos — capítulos l9 a 25 Parte D: Análisis hidrológico — capítulos 26 a 40 Parte E: Predicción hidrológica — capítulos 41 a 46 Parte F: Aplicaciones para la gestión de los recursos hídricos — capítulos 47 a 59 Los capítulos 1 a 5 (Parte A) contienen información de carácter general sobre las actividades relativas al agua que efectúan la OMM y otras organizaciones internacionales, así como sobre las normas y reglas de la OMM en materia de hidrología y sobre las funciones y responsabilidades de los Servicios Hidrológicos Nacionales. Los capítulos 6 a 25 (Partes B y C) se refieren a los instrumentos y métodos de observación, el diseño de redes hidrológicas y la recopilación, el proceso y la publicación de datos. Se invita a los Miembros a que, al establecer y explotar sus Servicios Hidrológicos Nacionales, sigan y pongan en práctica estas pautas y estipulaciones. La adopción de las normas recomendadas beneficiará a los países donde se están estableciendo las redes hidrológicas o donde ya son explotadas por varias instituciones u órganos privados o gubernamentales. El contenido de estos capítulos coincide, hasta cierto punto, con la documentación que figura en otras guías de la OMM, pero en ellos se destacan el desarrollo y la gestión de los recursos hídricos. Se prevé que utilicen la presente Guía otros organismos que no sean los Servicios Hidrológicos y, por ese motivo, se consideró necesario elaborar una obra completa, que no se refiera con frecuencia a otras guías de la OMM. Los capítulos 26 a 59 (Partes D, E y F) tratan sobre métodos de análisis, predicción hidrológica y otras aplicaciones a proyectos de gestión de los recursos hídricos y los problemas conexos. Si bien se logró un cierto nivel de normalización (y se espera que todavía se puedan realizar otros progresos) de los instrumentos, los métodos de observación y las prácticas de publicación, la situación es totalmente diferente por cuanto se refiere a los análisis hidrológicos y a sus aplicaciones. Por lo tanto, en la Guía se describen otros posibles enfoques que, de acuerdo con la experiencia adquirida, resultan prácticos y satisfactorios. El objetivo es dirigir la atención hacia la existencia de varias técnicas útiles y presentar las principales características y ventajas de cada una de ellas, en vez de recomendar una de ellas. Los múltiples factores que participan (régimen hidrológico y climático, información y datos disponibles,
INTRODUCCIÓN A LA GUÍA
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objetivos previstos, etc.) exigen que se formulen recomendaciones basadas en la comprensión total de cada uno de ellos. En los últimos años, la creciente utilización de microcomputadoras ha permitido la introducción de más métodos y técnicas de análisis perfeccionadas y, como actualmente su uso está muy generalizado, se incluyen en esta Guía. Como ya se mencionó, existen repeticiones y algunos temas pueden figurar en dos o más capítulos. Por ejemplo, no hay una diferencia exacta entre proceso y análisis de datos. Si los mapas de isoyetas se publican mensualmente, se pueden considerar como datos de precipitación procesados. En otros casos, la preparación de un mapa de isoyetas es una etapa del análisis de los datos hidrológicos para establecer una relación lluvia-caudal con fines de predicción. Una dificultad similar surge con otros elementos hidrológicos y climatológicos derivados. Se ha tratado de atenuar dicha dificultad mediante la referencia cruzada entre capítulos. Una descripción completa de la base teórica de las prácticas recomendadas y el examen detallado de sus métodos de aplicación están fuera del alcance de la presente Guía. Para estos detalles, el lector es referido a los manuales e informes técnicos adecuados de la OMM, así como a otros libros de texto, guías de referencia o manuales. Las referencias aparecen al final de cada capítulo. 1.3
Referencias cruzadas entre la Guía y el Manual de Referencia del HOMS A fin de facilitar una referencia cruzada con el Manual de Referencia (MRH) del Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS), (sección 2.3), se incluyen referencias (entre corchetes) a las subsecciones pertinentes del MRH cuando procede, en el margen derecho de los títulos de las secciones de la Guía.
CAPÍTULO 2 ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
2.1 Generalidades La Organización Meteorológica Mundial, con por 172 Estados y Territorios Miembros, es un organismo especializado de las Naciones Unidas. De conformidad con el artículo 2 del Convenio de la OMM[1], las finalidades de la Organización son: a) facilitar la cooperación mundial para crear redes de estaciones que efectúen observaciones meteorológicas, así como hidrológicas y otras observaciones geofísicas relacionadas con la meteorología y favorecer la creación y el mantenimiento de centros encargados de prestar servicios meteorológicos y otros servicios conexos; b) fomentar la creación y el mantenimiento de sistemas para el intercambio rápido de información meteorológica y conexa; c) fomentar la normalización de las observaciones meteorológicas y conexas y asegurar la publicación uniforme de observaciones y estadísticas; d) intensificar la aplicación de la meteorología a la aviación, la navegación marítima, los problemas del agua, la agricultura y otras actividades humanas; e) fomentar actividades en materia de hidrología operativa y proseguir una estrecha colaboración entre los Servicios Meteorológicos y los Hidrológicos; f) fomentar la investigación y enseñanza de la meteorología y, cuando proceda, de materias conexas, y cooperar en la coordinación de los aspectos internacionales de tales actividades. La Organización comprende: a) el Congreso Meteorológico Mundial, órgano supremo de la Organización. En el se reúnen los delegados de todos los Miembros una vez cada cuatro años, a fin de determinar políticas generales para lograr los objetivos de la Organización; b) el Consejo Ejecutivo, compuesto de 36 directores de Servicios Meteorológicos o Hidrometeorológicos Nacionales, se reúne una vez al año para coordinar los programas aprobados por el Congreso; c) las seis Asociaciones Regionales (África, Asia, América del Sur, América del Norte y América Central, Suroeste del Pacífico y Europa), compuestas por Miembros gubernamentales, coordinan todas las actividades meteorológicas y conexas en sus respectivas Regiones;
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CAPÍTULO 2
d) las ocho Comisiones Técnicas, compuestas por expertos designados por los Miembros, estudian todas las cuestiones relativas a sus ámbitos de competencia (se han establecido comisiones técnicas para los sistemas básicos, los instrumentos y métodos de observación, las ciencias atmosféricas, la meteorología aeronáutica, la meteorología agrícola, la meteorología marina, la hidrología y la climatología); e) la Secretaría sirve de centro administrativo, de documentación y de información de la Organización; cumple con las tareas establecidas en el Convenio y otros documentos fundamentales y proporciona apoyo de secretaría al trabajo que realizan los órganos integrantes de la OMM descritos anteriormente. La figura 2.1 contiene la estructura organizativa de la OMM y en la figura 2.2 se delimitan las seis Asociaciones Regionales de la OMM. 2.1.1 Objetivos y alcances de las actividades relacionadas con el agua El compromiso en el campo de la hidrología operativa, descrito en el Artículo 2 e) del Convenio, se ejerce a través del Programa de Hidrología y Recursos Hídricos (PHRH). Este programa asiste a los Servicios Hidrológicos de los Miembros en materia de hidrología operativa y en la mitigación de los riesgos relacionados con el agua, como inundaciones y sequías. Promueve también la cooperación entre países a nivel regional y subregional, particularmente donde existen cuencas de ríos compartidos, incluidas actividades de formación y enseñanza en hidrología. El alcance de PHRH es básicamente la hidrología operativa, que como se define en el Reglamento General de la OMM [2], comprende: a) la medición de los elementos hidrológicos básicos a partir de las redes de estaciones meteorológicas e hidrológicas: concentración, transmisión, proceso, almacenamiento, recuperación y publicación de datos hidrológicos básicos; b) la predicción hidrológica; c) la preparación y el mejoramiento de métodos, procedimientos y técnicas en materia de: i) diseño de redes; ii) características de los instrumentos; iii) normalización de instrumentos y métodos de observación; iv) transmisión y proceso de datos; v) suministro de datos meteorológicos e hidrológicos para efectos de diseño; vi) predicción hidrológica. Cabe señalar que, en el presente contexto, los datos hidrológicos incluyen datos sobre la cantidad y la calidad de las aguas superficiales y las aguas subterráneas. La hidrología operativa está, por lo tanto, muy relacionada con la evaluación de los recursos hídricos. En la actualidad el objetivo principal y general del PHRH, como figura en el Tercer Plan a Largo Plazo de la OMM (1992-2001) [3], es:
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
7
CONGRESO Órgano supremo en el que están representados todos los Miembros: se reúne una vez cada cuatro años
COMISIONES TÉCNICAS
ASOCIACIONES REGIONALES
Comisión de Sistemas Básicos (CSB)
Asociación Regional I (África) Asociación Regional II (Asia)
Comisión de Instrumentos y Métodos de Observación (CIMO)
Asociación Regional III (América del Sur)
Comisión de Hidrología (CHi)
Asociación Regional IV (América del Norte y América Central)
Comisión de Ciencias Atmosféricas (CCA)
Asociación Regional V (Suroeste del Pacífico) Asociación Regional VI (Europa)
CONSEJO EJECUTIVO Compuesto de 36 Miembros incluido el Presidente, tres Vicepresidentes y los seis Presidentes de las Asociaciones Regionales que son miembros ex officio del Consejo; se reúne todos los años
Grupos de trabajo y ponentes de las Asociaciones Regionales
Comisión de Meteorología Aeronáutica (CMAe) Comisión de Meteorología Agrícola (CMAg) Comisión de Meteorología Marina (CMM) Comisión de Climatología (CCI)
Asesores hidrológicos regionales
Grupos consultivos de trabajo, grupos de trabajo y ponentes de las Comisiones Técnicas
Grupos de trabajo, comités y grupos de expertos del Consejo Ejecutivo
Otros órganos afiliados a la OMM, por ej., el CCM del PMIC, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, el CMCT para el SMOC
SECRETARIO GENERAL SECRETARÍA La Secretaria, bajo la dirección del Secretario General, brinda apoyo a los órganos y grupos antes mencionados
Figura 2.1 — Estructura organizativa de la Organización Meteorológica Mundial.
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REGIÓN VI
REGIÓN IV
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AMÉRICA DEL NORTE Y AMÉRICA CENTRAL
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EUROPA
REGIÓN II ASIA
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0
REGIÓN I 20
REGIÓN III
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AMÉRICA DEL SUR
REGIÓN V
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SUROESTE DEL PACÍFICO
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Figura 2.2 — Límites de las Regiones de la OMM
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CAPÍTULO 2
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ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
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“Garantizar la evaluación y predicción cuantitativa y cualitativa de los recursos hídricos, a fin de satisfacer las necesidades de todos los sectores de la sociedad, atenuar los efectos de los riesgos relacionados con el agua y mantener o mejorar el estado del medio ambiente del planeta.”
Este objetivo concuerda con las recomendaciones de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Agua (Mar del Plata, 1977) [4] y la Conferencia Internacional sobre el Agua y el Medio Ambiente (Dublín, enero 1992) [5]. El PHRH está estrechamente vinculado a otros programas de la OMM que tienen importantes componentes hidrológicos, como el Programa sobre Ciclones Tropicales (PCT) y el Programa Mundial sobre el Clima (PMC). Además, una gran parte de la cooperación técnica de la OMM, financiada sobre todo por el PNUD, se realiza en el ámbito de la hidrología operativa. Las tareas regionales de los proyectos del PHRH se llevan a cabo principalmente por intermedio de los seis grupos de trabajo de hidrología de las seis Asociaciones Regionales de la OMM. El PHRH contribuye con numerosos programas, o está relacionado con ellos, como los de la UNESCO, el PNUMA, la OMS, la FAO y las Comisiones Económicas Regionales de las Naciones Unidas. Como la OMM desempeña una función rectora en materia de riesgos naturales, como ciclones, inundaciones y sequías, se pidió a la Organización que participara ampliamente en el Decenio Internacional de las Naciones Unidas para la Reducción de los Desastres Naturales (DIRDN, 1990-1999) [6]. 2.1.2 Organización del Programa El PHRH, uno de los principales Programas de la OMM, tiene tres componentes que se complementan mutuamente: Programa de Hidrología Operativa (PHO) — Sistemas Básicos • Este componente se limita a la organización básica, al funcionamiento y al fortalecimiento de los Servicios Hidrológicos; incluye la creación, la comparación, la normalización y el perfeccionamiento de instrumentos y métodos hidrológicos para la concentración y el almacenamiento de información sobre los recursos hídricos (cantidad y calidad del agua superficial y subterránea), y el desarrollo de los recursos humanos. El Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS) (sección 2.3) proporciona el apoyo necesario para la transferencia de tecnología. Programa de Hidrología Operativa — Aplicaciones y Medio Ambiente • Este componente agrupa las actividades hidrológicas de apoyo al desarrollo y la gestión de los recursos hídricos, incluida la modelización y la predicción hidrológicas, y el suministro de datos para una variedad de proyectos, como para los de la protección del medio ambiente. Aporta una contribución a los diversos programas de meteorología y climatología de la OMM, como el Programa de Ciclones Tropicales y el Programa Mundial sobre el Clima.
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CAPÍTULO 2
Programa sobre cuestiones relacionadas con el agua • Este componente contribuye con los programas internacionales de otros órganos dentro del marco del sistema de las Naciones Unidas (capítulo 5), y con los de las organizaciones intergubernamentales y no gubernamentales a través de una coordinación y colaboración interorganismos en actividades hídricas, como proyectos regionales asociados con grandes cuencas fluviales internacionales. El futuro desarrollo del PHRH se establece en los sucesivos Planes a Largo Plazo de la OMM [3], aprobados por el Congreso de la Organización. El programa regular de la OMM abarca un período financiero de cuatro años para realizar actividades en el marco del PHRH. 2.1.3 Aplicación del Programa El Programa de Hidrología Operativa (PHO) se planifica y ejecuta bajo los auspicios de la Comisión de Hidrología (CHi) de la OMM. Se pone en práctica, principalmente, a través de un sistema de grupos de trabajo y ponentes individuales, que abordan cuestiones concretas de la hidrología operativa pertinentes a sus especializaciones, al celebrar reuniones técnicas y simposios, y organizar cursos de formación. Se diseñan proyectos específicos para investigar y comparar tecnologías, como las relativas a instrumentos, modelos de predicciones y técnicas de diseño de redes. Los resultados de los proyectos se publican sobre todo en las series de informes de hidrología operativa de la OMM. La parte básica de ésta y otras actividades se resume en esta Guía de Prácticas Hidrológicas, que proporciona directrices para cuestiones fundamentales sobre una amplia gama de condiciones climáticas y de terreno. El Volumen III (Hidrología) del Reglamento Técnico de la OMM [2] (vea también el capítulo 4) contiene las prácticas normalizadas adoptadas. Las seis asociaciones regionales de la OMM establecen también grupos de trabajo de hidrología para trabajar sobre algunas cuestiones relativas al PHRH y problemas hidrológicos de sus respectivas Regiones, como: a) encuestas sobre la efectividad de las redes de estaciones hidrológicas, de transmisión de datos hidrológicos y de sus mecanismos de proceso, de bancos de datos, y de predicción hidrológica; b) aplicación de las normas de la OMM y prácticas recomendadas en hidrología; c) desarrollo y fomento del Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS); d) contribuciones a proyectos bajo el Programa Mundial sobre el Clima – Agua. El Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS) es un sistema de transferencia de tecnología para la hidrología operativa, establecido en 1981 en el marco del PHO. Su objetivo es asistir a los hidrólogos, principalmente de los países en desarrollo, suministrándoles una tecnología apropiada y moderna para ayudarlos a resolver sus problemas hidrológicos. La sección 2.3 contiene una descripción del HOMS.
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
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Se han establecido dos bases de datos informatizadas como parte del PHRH, a saber: a) el Servicio de referencias e información sobre datos hidrológicos (INFOHYDRO), que contiene información sobre institutos hidrológicos nacionales y regionales, las redes y los bancos de datos de los Miembros de la OMM; b) el Centro Mundial de Datos de Escorrentía (CMDE), en el Instituto Federal de Hidrología (Coblenza, Alemania), que tiene el registro de caudales diarios y mensuales de estaciones seleccionadas de más de 100 países. Estas bases de datos son actualizadas periódicamente, y se publica la información más importante. La sección 2.2 contiene información más detallada sobre estas bases de datos. 2.1.4 Desarrollo de los recursos humanos La formación profesional en hidrología se puede impartir en el lugar de trabajo o en instituciones educativas, en los cursillos, seminarios o, durante los cortos períodos de estancia de expertos. La OMM otorga becas de estudio en hidrología operativa y organiza cursos de formación en esta materia. Asimismo, prepara y publica textos de orientación y de formación relativos a la hidrología. Muchas de las actividades de apoyo de la Organización a la formación se realizan con la colaboración de la UNESCO. En la sección 2.4 se describe la formación en hidrología. 2.1.5 Cooperación Técnica El objetivo del Programa de Cooperación Técnica de la OMM es asistir a los Miembros en el desarrollo de sus capacidades y autosuficiencia para que los Servicios Hidrológicos y Meteorológicos puedan contribuir efectivamente al desarrollo socioeconómico. En la actualidad, la cooperación técnica se basa en tres fuentes principales de apoyo y, en menor medida, en las actividades del HOMS: a) Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD); b) Programa de Cooperación Voluntaria (PCV) de la OMM. Los países solicitan asistencia de diversos tipos y los distintos donantes aceptan dar su apoyo a las solicitudes que desean financiar (el PCV fue recientemente expandido a hidrología y recursos hídricos); y c) acuerdos de fondos fiduciarios, mediante los cuales los países donantes proporcionan ayuda a proyectos concretos. Otras fuentes de fondos, como el Banco Mundial, bancos y fondos de desarrollo regional, y grupos económicos como la Comunidad para el Desarrollo de África Meridional (SADC), aumentan la asistencia prestada. Los fondos de cooperación técnica, asignados en el presupuesto ordinario de la OMM, son muy limitados, y se utilizan casi exclusivamente para la enseñanza y las becas de formación profesional.
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CAPÍTULO 2
En promedio, se asigna el 40 por ciento de los gastos anuales en asistencia técnica de la OMM a la hidrología y la hidrometeorología. Se ofrecen servicios sectoriales de asesoramiento en hidrología a las oficinas de representación del PNUD y a los Miembros de la OMM que lo soliciten. 2.2 2.2.1
Bases de datos internacionales
Servicio de referencias e información sobre datos hidrológicos (INFOHYDRO) El Servicio de referencias e información sobre datos hidrológicos (INFOHYDRO) es un servicio encargado de la difusión de información sobre: a) las organizaciones nacionales e internacionales (gubernamentales y no gubernamentales), instituciones y organismos relacionados con la hidrología; b) las actividades hidrológicas y conexas que realizan los organismos mencionados en a); c) las principales cuencas fluviales y lacustres internacionales del mundo; d) las redes de estaciones de observación hidrológica de los Miembros de la OMM: número de estaciones y períodos de registros; e) los bancos de datos hidrológicos nacionales: sistemas de recopilación, proceso y archivo de datos; f) los bancos de datos internacionales relacionados con la hidrología y los recursos hídricos. INFOHYDRO, como base de datos, no contiene o maneja datos hidrológicos, ni duplica los sistemas de referencias nacionales. Está diseñado para facilitar la rápida difusión de información hidrológica actualizada a los países Miembros, en particular, para el beneficio de sus expertos, órganos, y empresas encargados de la evaluación, el desarrollo y la gestión de los recursos hídricos que requieren el apoyo de instituciones nacionales, regionales e internacionales relacionadas con la hidrología operativa. La información disponible en INFOHYDRO ofrece una buena indicación de las actividades de evaluación de los recursos hídricos que realizan los países Miembros. El Manual INFOHYDRO [7] contiene información sobre toda la base de datos y su funcionamiento. Contiene, asimismo, toda la información hidrológica disponible actualmente en INFOHYDRO. Así pues, el Manual abarca, en un solo volumen, información completa sobre los Servicios Hidrológicos de todos los países y de sus actividades de recopilación de datos. INFOHYDRO se utiliza como una base de datos informatizada y los datos se pueden suministrar en disquetes. La información se envía a un país o una Región de la OMM y se refiere a los elementos antes descritos en los apartados a) a e). Las solicitudes se deben dirigir a la OMM.
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
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2.2.2 Centro Mundial de Datos de Escorrentía (CMDE) El 1º de mayo de 1987, se estableció el Centro Mundial de Datos de Escorrentía (CMDE) en el Instituto Federal de Hidrología, en Coblenza (Alemania), bajo los auspicios de la OMM. El CMDE funciona para el beneficio de los Miembros de la OMM y de la comunidad científica internacional. Proporciona un mecanismo para el intercambio internacional de datos relativos a los caudales fluviales y a la escorrentía de aguas superficiales durante períodos continuos y a largo plazo. El CMDE recibe datos de muchas fuentes, principalmente a través de la OMM. Todos los datos archivados en el CMDE están a la disposición de los usuarios. Al mes de noviembre de 1991, el banco de datos del CMDE contenía datos de caudales de 2 930 estaciones de 131 países. Se disponía de datos completos de caudales diarios de 1 478 estaciones, así como de datos parciales de caudales diarios para la creación de otras 186 series de datos; 1 266 estaciones suministraban datos mensuales de caudales. El centro del banco de datos está compuesto de los datos diarios de caudales procedentes de 1 237 estaciones de 75 países que anteriormente recopilaba la OMM en el marco del Programa de Investigación de la Atmósfera Global (GARP), de la OMM/CIUC, para utilizarlos en la validación de los modelos de circulación general (MCG) de la atmósfera, y luego en el Programa Mundial sobre el Clima (PMC). El primer año disponible para este grupo de datos fue 1978 y existen datos hasta 1980 de casi todas las estaciones. Los datos de 40 países también están disponibles hasta 1982-1983 y de Australia se tiene datos hasta 1984-1985. Esta base de datos se actualiza periódicamente. Las estaciones han sido seleccionadas según los siguientes criterios: a) distribución geográfica nacional uniforme (de conformidad con las normas de la red), con con mayores densidades en zonas donde el caudal presenta variaciones rápidas; b) cobertura, en la medida de lo posible, de cada tipo de región hidrológica homogénea de cada país; c) cuencas fluviales relativamente pequeñas (hasta alrededor de 5 000 Km2, y en algunos casos excepcionales hasta 10 000 Km2); d) datos de caudales que representan el caudal natural del río, es decir que se debieron corregir porque la desviación, abstracción, o redistribución por almacenamiento de agua es muy importante; y e) registros de muy buena calidad. El CMDE ha establecido una serie de programas para ofrecer al usuario un grupo de opciones de selección para que los datos y la información sean más accesibles. Se disponen actualmente las siguientes opciones para la obtención de datos: tablas de caudales medios diarios o mensuales; hidrogramas de caudales medios diarios o
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CAPÍTULO 2
mensuales, tablas o curvas de duración de caudales; información sobre estaciones y cuencas. Las solicitudes de datos pueden hacerse a través de comunicaciones escritas o por medio de visitas personales al CMDE en Coblenza. Se deben asignar contribuciones para poder cubrir los gastos del servicio prestado a los usuarios (por ejemplo, el precio de cintas o disquetes, gastos de manejo y transporte). Se puede eximir de este pago a las personas o instituciones que contribuyen con datos al CMDE. Servicio mundial de referencias e información sobre datos climáticos (INFOCLIMA) El Servicio mundial de referencias e información sobre datos climáticos (INFOCLIMA) se ocupa de la recopilación y difusión de información sobre la existencia y disponibilidad de datos sobre el clima mundial. La información consiste sobre todo en: a) descripciones de las series de datos disponibles, que conservan los centros y/o se han publicado; b) redes de estaciones climatológicas y radiométricas del mundo y su historia; c) bancos de datos climatológicos nacionales, con el sistema de recopilación, proceso y archivo de los datos. La OMM pone en marcha el servicio mundial INFOCLIMA a través del Programa Mundial sobre el Clima. La información de INFOCLIMA procede de los países Miembros de la OMM; y las series de datos son también contribuciones de centros individuales de datos y de organizaciones internacionales. INFOCLIMA no dispone de datos climáticos reales sino que proporciona información sobre la existencia y la disponibilidad de los datos climatológicos a nivel mundial. Se mantiene como una banco de datos informatizado. El catálogo de INFOCLIMA contiene descripciones de series de datos preparadas con un sistema de recopilación o un programa de proceso de datos. La información sobre los grupos de datos que suministran los Miembros o los centros internacionales se editan e introducen en la base de datos informatizada de INFOCLIMA en un formato normalizado, después de la verificación realizada con los centros concernidos. Se podrán obtener, previa solicitud, copias en cintas de grabación o disquetes de una parte de la base de datos. Por razones prácticas, los datos climatológicos se han dividido en un número de categorías: datos de alta atmósfera; datos climatológicos en superficie, datos sobre radiación (en superficie); datos marítimos y oceánicos, datos de la criosfera, datos sobre la composición atmosférica, datos hidrológicos, y datos históricos y representativos. Se puede obtener gratuitamente, previa solicitud a la OMM, un ejemplar del catálogo completo [8], o un resumen de los datos hidrológicos. 2.2.3
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
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2.3 Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS) En los ú1timos decenios se han hecho substanciales progresos en la ciencia de la hidrología y en la tecnología y, se han aportado importantes contribuciones en el desarrollo y la gestión de los recursos hídricos. El sistema de transferencia de tecnología HOMS, creado por la OMM y en funcionamiento desde 1981, ofrece un medio sencillo pero efectivo de difusión de una amplia gama de técnicas probadas destinadas al uso de los hidrólogos. 2.3.1 Estructura del HOMS El HOMS transfiere tecnología hidrológica en forma de componentes separados que pueden tener muchas formas: series de diseños para la construcción (o manuales de instrucción) de equipos hidrológicos, informes para describir una amplia variedad de procedimientos hidrológicos, y programas informáticos, que cubren el proceso, control de calidad y archivo de datos hidrológicos, así como la modelización y el análisis de los datos procesados. Existen unos 400 componentes disponibles cuyos autores los utilizan operativamente, garantizando así que cada componente es útil y realmente funciona. Hasta la fecha, 35 países han suministrado componentes al HOMS; cada uno tiene una descripción resumida de dos páginas, escrita en un formato modelo, con información sobre el contenido y las aplicaciones del componente, junto con detalles del autor y del apoyo disponible. Estas descripciones están recabadas en el Manual de Referencia del HOMS (MRH) [9], y cada país participante del HOMS posee una copia del mismo. El Manual está dividido en secciones y subsecciones sobre la base del tema tratado (véase la tabla 2.1), y los componentes están codificados de acuerdo al tema y a su complejidad. Al inicio de las secciones de esta Guía se hace referencia al HOMS; el MRH contiene también un sistema completo de referencia a la Guía. Los componentes del HOMS se pueden agrupar en secuencias de componentes compatibles que podrían utilizarse para llevar a cabo tareas más complejas. Las secuencias también proporcionan un medio de acceder al componente o los componentes necesarios para realizar una tarea en particular. 2.3.2 Organización y funcionamiento del HOMS La organización del HOMS se basa en un esfuerzo cooperativo de los Miembros de la OMM, con alrededor de 117 países participantes (febrero 1994). Cada país participante designa un Centro Nacional de Referencia del HOMS (CNRH), que generalmente forma parte del Servicio Hidrológico Nacional. Se han establecido también centros de coordinación regionales para determinadas zonas. Las funciones de un CNRH son: a) proporcionar componentes y secuencias nacionales adecuados para el uso en el HOMS;
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CAPÍTULO 2
TABLA 2.1 Secciones y subsecciones del HOMS Sección A Política, planificación y organización Sección B Diseño de redes Sección C C00 C05 C06 C09 C10 C12 C14 C16 C21 C25 C26 C27 C30 C33 C35 C37 C39 C41 C43 C45 C46 C48 C52 C53 C55 C56 C58 C60 C62 C65 C67 C71 C73 C79 C85
Instrumentos y equipos Generalidades Calidad del agua, instrumentos de control de varias variables Temperatura del agua Carga de sedimentos Carga en suspensión Arrastre de fondo Carga de lavado Calidad química Calidad biológica Datos meteorológicos generales; estaciones climatológicas y meteorológicas Precipitación, generalidades Precipitación, pluviómetros manuales y totalizadores Precipitación, pluviógrafos y pluviómetros telemétricos Precipitación, medición por radar Temperatura del aire Temperatura del suelo Humedad Horas de luz solar Radiación solar Evaporación, generalidades Evaporación, tanques Evaporación, lisímetros Dirección y velocidad del viento Nieve, espesor de manto, equivalente en agua Humedad del suelo, generalidades Humedad del suelo, muestreadores de suelo Humedad del suelo, métodos nucleares Humedad del suelo, métodos eléctricos Humedad del suelo, tensiómetro Agua subterránea, nivel Agua subterránea, sensores para perforación Nivel o altura del agua Caudal, canal aforador, vertedero, métodos ultrasónicos, y electromagnéticos Velocidad del agua, molinetes hidrométricos o flotadores Aforo de río, generalidades
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
Tabla 2.1 (continuación) C86 C88 C90 C92
Aforo de río, teleféricos Aforo de río, grúas, puentes y pasarelas, malacates y tornos Aforo de ríos, equipos para usar en botes Mediciones de hielo
Sección D Teledetección Sección E E00 E05 E09 E25 E53 E55 E65 E70 E71 E73 E79 E85 E88
Métodos de observación Generalidades Calidad del agua Sedimentos Observaciones meteorológicas aplicadas a la hidrología Nieve y hielo, glaciología Humedad del suelo Agua subterránea Agua superficial, nivel y flujo Nivel del agua Medición del caudal, aforo por dilución Medición de velocidad, uso de molinetes hidrométricos Medición de características hidrológicas a partir de mapas Estudios de reconocimiento
Sección F
Transmisión de datos
Sección G G00 G05 G06 G08 G10
Archivo, recuperación y difusión de datos Generalidades Normas, manuales y recomendaciones Sistemas de almacenamiento de datos hidrológicos en general Sistemas de almacenamiento de datos de agua superficial o de ríos Sistemas de almacenamiento de datos de agua subterránea: niveles, química del agua, rendimiento hídrico de pozos y flujos Sistemas de almacenamiento de datos meteorológicos Sistemas de almacenamiento de datos de calidad del agua Programas para tabulación de datos hidrológicos en general Anuarios hidrológicos Sistemas de difusión de información o datos Transferencia de datos entre autoridades, normas, recomendaciones, manuales y métodos de codificación Transferencia de datos entre autoridades, programas para la verificación de las normas en G40
G12 G14 G20 G25 G30 G40 G42
Sección H Proceso de datos primarios H00 Sistemas de proceso de diversos tipos de datos H05 Datos generales de calidad del agua
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CAPÍTULO 2
Tabla 2.1 (continuación) H06 H09 H16 H21 H25 H26 H33 H35 H39 H41 H45 H52 H53 H55 H65 H70 H71 H73 H76 H79 H83 Sección I I00 I05 I06 I09 I25 I26 I36 I41 I45 I50 I53 I55 I60 I65
Datos de temperatura del agua Datos de transporte de sedimentos Datos de calidad química Datos de calidad biológica Datos meteorológicos generales para uso en hidrología Datos de precipitación, obtenidos por medio de diversos procedimientos, excepto radar Datos de precipitación obtenidos por radar, incluyendo calibración por comparación con escalas telemétricas Datos de temperatura del aire Datos de humedad del aire Datos solares, horas de luz solar o radiación Datos de evaporación Datos de viento Datos de nieve y hielo, capa de nieve, espesor y equivalente en agua Datos de humedad del suelo Datos de agua subterránea Agua superficial (nivel y flujo) en general Datos de nivel del agua, nivel de río, niveles de lagos o embalses Datos de caudal, todo tipo Deducción de curvas de caudales, conversión de nivel en caudal por medio de curvas de caudales Datos de velocidad del agua, cálculo del caudal a partir de mediciones de velocidad en puntos Procesamiento de la información histórica sobre crecidas Proceso secundario de datos Generalidades Datos generales de calidad del agua Datos de temperatura del agua (incluyendo el fenómeno de hielo en ríos) Datos de transporte de sedimentos Datos meteorológicos generales para el uso en hidrología Datos de precipitación Contaminación aerotransportada Datos solares, horas de luz solar o radiación Evaporación, generalidades Evaporación, cálculo a partir de mediciones meteorológicas Datos de nieve Datos de humedad del suelo Balance hídrico Niveles de agua subterránea
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
Tabla 2.1 (continuación) I71 I73 I80 I81
Datos de niveles de agua Datos de caudal Cauces menores Crecidas y análisis de frecuencia de crecidas
Sección J J04
Modelos de predicción hidrológica Predicción de flujos de corriente a partir de datos hidrometeorológicos Tránsito de flujos de corriente a efectos de predicción Modelos combinados de predicción y de tránsito de flujos de corriente Predicción de flujos estacionales Predicción de caudales de estiajes Predicción de la humedad del suelo Predicción de hielo Predicción de la temperatura del agua superficial Predicción de calidad del agua superficial Predicción del aporte de sedimentos Análisis del rendimiento de modelos
J10 J15 J22 J28 J32 J45 J54 J55 J65 J80
Sección K Análisis hidrológicos para la planificación y diseño de estructuras hidráulicas y sistemas de recursos hídricos K10 Análisis regionales K15 Estudios de crecidas en lugares específicos K22 Modelos de simulación lluvia-escorrentía K35 Simulación y tránsito de flujos de corriente K45 Tránsito a través de embalses y lagos K54 Estudios de temperatura del agua K55 Estudios de calidad del agua K65 Estudios de sedimentos K70 Evaluación económica de proyectos de recursos hídricos e inundaciones K75 Políticas de diseño y de explotación de embalses Sección L L10 L20 L22 L30
Aguas subterráneas Análisis de datos de pozos y sondeos Modelos de simulación de acuíferos Calibración y verificación de modelos de agua subterránea Predicción de agua subterránea
Sección X Cálculos matemáticos y estadísticos Sección Y Material auxiliar para la formación en hidrología operativa
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CAPÍTULO 2
b) procesar las solicitudes de componentes nacionales procedentes de otros CNRH; c) obtener componentes del extranjero para los usuarios nacionales; y d) llevar el HOMS a la atención de usuarios potenciales del país, y ayudar en la selección y el uso de componentes apropiados. Las actividades internacionales del HOMS son supervisadas y coordinadas por un comité directivo que actúa dentro del marco de la Comisión de Hidrología de la OMM. La oficina del HOMS, ubicado en la Secretaría de la OMM, actualiza la información de los CNRH mediante el suministro de suplementos del Manual de Referencia, que contienen detalles de los nuevos componentes, y la publicación del Boletín sobre las actividades del HOMS. Los hidrólogos, que desean utilizar componentes HOMS, deben dirigirse al CNRH de su país, donde podrán consultar el Manual de Referencia del HOMS [9]. El CNRH podrá además aconsejar sobre la selección del componente. Una vez que se decide cuáles son los componentes necesarios, el CNRH envía las solicitudes oficiales a los CNRH concernidos. En la oficina del HOMS se lleva un registro de las solicitudes y, si procede, se ayuda a completar los trámites administrativos. En un principio, el objetivo del HOMS era la transferencia gratuita de tecnología en todos los ámbitos de la hidrología. Sin embargo, algunos programas informáticos tienen un origen comercial y, en consecuencia, se debe pagar su adquisición. En el caso de la transferencia a países en desarrollo, los fondos necesarios a veces se pueden obtener por intermedio de instituciones financieras internacionales o bilaterales y algunos CNRH han concertado acuerdos con los organismos financieros de sus respectivos países para financiar la transferencia de componentes. 2.4 Formación en hidrología La mayoría de los Servicios Hidrológicos reconocen tres categorías de personal: hidrólogos profesionales, técnicos en hidrología y observadores hidrológicos. Las Directivas de la OMM de orientación profesional del personal de meteorología e hidrología operativa [10] definen tres categorías: a) hidrólogos profesionales: personal con grado universitario en ingeniería civil, ingeniería agrícola, minas, geología o geofísica o equivalente, que se ha especializado luego en hidrología o en otros campos relacionados con las ciencias del agua. Sus trabajos y actividades pueden abarcar desde la gestión de los servicios hidrológicos hasta la investigación y la enseñanza pudiendo incluir el diseño hidrológico de proyectos de recursos hídricos y el análisis de datos hidrológicos; b) técnicos en hidrología: el personal de esta categoría puede dividirse en dos grupos: i) los que cuentan con 12 a 14 años de enseñanza primaria, secundaria y suplementaria, incluida la especialización en una de las actividades hidrológicas; y ii) los que cuentan con 10 años de enseñanza primaria y secundaria más una formación profesional hidrológica técnica.
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ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
TABLA 2.2 Necesidades de personal para la concentración, el proceso y el análisis de datos de aguas superficiales Número de miembros del personal por 100 estaciones Sector Profesionales
I Estaciones hidrométricas Actividades sobre el y mantenimiento Proceso, análisis e interpretación de datos Supervisión Subtotal II Estaciones pluviómétricas y evaporimétricas Actividades sobre el terreno y mantenimiento Proceso, análisis e interpretación de datos Supervisión Subtotal
Técnicos Técnicos Observadores superiores
1
5
5
100
2
3
3
-
0,5 3,5
8
8
100
0,5
2
2
100
1
2
2
-
0,25 1,75
4
4
100
Fuente: Organización Meteorológica Mundial, 1984: Directrices de orientación profesional del personal en meteorología e hidrología operativa, OMM – Nº 258, Ginebra. Notas: 1. Muchos observadores trabajan a tiempo parcial. 2. A menudo, el mismo personal que trabaja sobre el terreno realiza las tareas previstas para los sectores I y II. 3. Las características topográficas e hidrográficas y la facilidad de acceso, condicionan las necesidades de mano de obra sobre el terreno y de mantenimiento, razón por la cual las cifras indicadas se ajustarán convenientemente a cada situación.
22
CAPÍTULO 2
El personal del primer grupo se denominan técnicos superiores y los del segundo grupo, técnicos. Sus funciones incluyen la asistencia a hidrólogos profesionales y la supervisión de los trabajos de observadores hidrológicos. Más específicamente, llevan a cabo tareas, como mediciones especiales, concentración y proceso de datos, instalación de equipos hidrológicos y formación de observadores hidrológicos. c) observadores hidrológicos: la enseñanza básica de esta categoría es de nueve años de educación primaria y secundaria, como mínimo, complementada con una formación técnica en uno de los campos de las actividades hidrológicas. Sus funciones incluyen efectuar observaciones, tener registros y mantener los instrumentos menos complejos instalados en las estaciones a las que están destinados. La OMM y la UNESCO también han formulado recomendaciones sobre el número de miembros necesario para las categorías antes mencionadas en función del tamaño de la red de observaciones. En la tabla 2.2, tomada de la publicación de la OMM/UNESCO, Evaluación de los Recursos Hídricos; Manual para un estudio de apreciación de las actividades nacionales [11], figura el número de miembros requerido según la categoría por cada 100 estaciones hidrométricas y pluviométricas/ evaporimétricas. Para el uso de esta tabla cabe señalar que la mayoría de los observadores se podrían considerar trabajadores a tiempo parcial o voluntarios, en ese caso no forman parte del personal a tiempo completo del servicio hidrológico. Sin embargo, esta clase de personal necesita formación profesional, y los números indicados constituyen una estimación del volumen de formación profesional que se debe impartir en este caso. La publicación titulada Directivas de orientación profesional del personal de meteorología e hidrología operativa [10], contiene en detalle los planes de estudio para el personal de estas categorías. Los observadores hidrológicos reciben una amplia formación sobre su trabajo, mientras que los técnicos tienen una capacitación técnica formal tras finalizar la secundaria, así como los conocimientos prácticos adquiridos en el curso de su labor. Por otra parte, los profesionales en hidrología se graduan en universidades. Como las carreras universitarias pocas veces se especializan en hidrología, el grado universitario es en ingeniería civil, ciencias ambientales, geografía, ciencias (especialmente una de las geociencias), agricultura o en una materia similar. Muchos profesionales en hidrología también estudian para obtener título de postgrado o de maestría y, a ese nivel, se dispone de más cursos especializados en hidrología o en recursos hídricos. En algunas universidades e instituciones similares se han establecido, con el patrocinio de la UNESCO, cursos internacionales de postgrado en hidrología. La UNESCO ofrece información detallada al respecto. La OMM ofrece ayuda para la formación, y en especial para hidrólogos profesionales. En cuanto al personal de nivel superior, la ayuda de la Organización está
ACTIVIDADES DE LA OMM RELACIONADAS CON EL AGUA
23
dirigida, en general, a la formación de instructores. Se organizan cursos de corta duración sobre determinados aspectos de hidrología operativa para hidrólogos profesionales, cuando los fondos lo permiten; con frecuencia, estos cursos se organizan para una Región en particular de la OMM. Se envía información más detallada sobre los cursos programados a los servicios meteorológicos e hidrológicos de los países Miembros. Asimismo, los Miembros preparan cursos de corta duración e invitan a otros Miembros a que participen en dichos cursos. Todos los proyectos de cooperación técnica de la OMM tienen un componente de formación profesional y, en el caso de los proyectos regionales, la formación puede constituir una parte muy importante del proyecto La OMM también proporciona un número limitado de becas para la formación y, sobre todo, cuando se trata de cursos reconocidos internacionalmente como los patrocinados por la UNESCO. Las becas pueden solicitarse a través del Representante Permanente ante la OMM del país del aspirante.
Referencias 1. Organización Meteorológica Mundial, 1991: Documentos Fundamentales, Nº 1, OMM–Nº 15, Ginebra. 2. Organización Meteorológica Mundial, 1988: Reglamento Técnico. Volumen III, Hidrología, OMM–Nº 49, Ginebra. 3. Organización Meteorológica Mundial, 1992: Tercer Plan a Largo Plazo. Parte II, Volumen V, Programa de Hidrología y Recursos Hídricos de la OMM 1992-2001, OMM–Nº 765, Ginebra. 4. Naciones Unidas, 1977: Plan de Acción de Mar del Plata. Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Agua, Argentina. 5. Naciones Unidas, 1992: Conferencia Internacional sobre el Agua y el Medio Ambiente: El desarrollo en la perspectiva del Siglo XXI. 26–31 de enero de 1992, Dublín, Irlanda. 6. Naciones Unidas, 1989: Documentos oficiales de la Asamblea General, Cuadragésimo cuarto período de sesiones, Reuniones de la plenaria, Suplemento Nº 49 (A/44/49), Resolución 44/236, Decenio Internacional para la Reducción de los Desastres Naturales. 7. Organización Meteorológica Mundial, 1987: Servico de Referencias e Información sobre Datos Hidrológicos — Manual INFOHYDRO. Informe de hidrología operativa Nº 28, OMM–Nº 683, Ginebra. 8. Organización Meteorológica Mundial, 1989: Catálogo de registro de datos sobre el sistema climático. Resumen de los datos hidrológicos. PMDC–8, OMM/DT–Nº 343, Ginebra.
24
CAPÍTULO 2
9. Organización Meteorológica Mundial, 1988: Manual de Referencias del Sistema de Hidrología Operativa para Fines Múltiples (HOMS). Segunda edición, Ginebra. 10. Organización Meteorológica Mundial, 1984: Directivas de orientación profesional del personal de meteorología e hidrología operativa. Tercera edición, OMM–Nº 258, Ginebra. 11. Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura/ Organización Meteorológica Mundial, 1993: Evaluación de los recursos hídricos. Manual para un estudio de apreciación de las actividades nacionales.
CAPÍTULO 3 SERVICIOS HIDROLÓGICOS
3.1 Funciones de los Servicios Hidrológicos Para alcanzar el desarrollo socioeconómico de un país y conservar la calidad del medio ambiente, se requiere una información exacta sobre la condición y la evolución de los recursos hídricos (aguas superficiales y subterráneas, así como cantidad y calidad). Los usos de la información sobre los recursos hídricos son muchos y variados: casi todos los sectores de la economía de un país utilizan información hidrológica en la planificación, el desarrollo y los objetivos prácticos. El agua es un recurso de valor inestimable para todas las naciones, y a medida que aumenta la competencia por el agua, aumenta la utilidad de la información hidrológica. Como se debe justificar adecuadamente el costo de los programas gubernamentales, es importante demostrar los beneficios de la información hidrológica [1]. Se han sido citado proporciones de costo-beneficio de hasta 40 a 1, o sea que el valor de la información equivale a cuarenta veces el costo de la recopilación. Sin embargo, es más factible que la relación de costo-beneficio sea de 5 a 10 habiéndose obtenido valores de 9,3 y 6,4 en estudios realizados en Canadá y Australia, respectivamente [2,3]. Sin tener en cuenta los valores numéricos reales, los responsables nacionales de la gestión de los recursos hídricos están de acuerdo en afirmar que la información hidrológica es una actividad rentable y un requisito previo para la gestión sensata de los recursos hídricos. 3.1.1 Usos de la información hidrológica La misión principal de un servicio hidrológico, o de un organismo equivalente, es suministrar información a los decisores sobre el estado y la evolución de los recursos hídricos del país. Dicha información puede ser necesaria para: a) la evaluación de los recursos hídricos de un país (cantidad, calidad, distribución temporal y espacial), el potencial para el desarrollo de este recurso y la capacidad de satisfacer la demanda actual y futura; b) la planificación, el diseño y la ejecución de proyectos hídricos; c) la evaluación de los efectos ambientales, económicos y sociales de las prácticas de gestión, actuales o previstas, de los recursos hídricos, así como la adopción de políticas y estrategias adecuadas;
26
CAPÍTULO 3
d) la evaluación de las repercusiones en los recursos hídricos de las actividades de otros sectores, como la urbanización o la explotación forestal; o e) la seguridad de personas y bienes frente a los riesgos relacionados con el agua, en particular las inundaciones y las sequías. En general, un Servicio Hidrológico suministra la información necesaria para la evaluación de los recursos hídricos, que se define [4,5] como: la determinación de las fuentes, la extensión, la fiabilidad y calidad de los recursos hídricos, sobre la que se basa una evaluación de las posibilidades en materia de utilización y control.
Gracias a la creciente preocupación por cuestiones como el cambio climático global y el impacto del desarrollo urbano en el medio ambiente, es cada vez mayor el énfasis puesto en la demanda de una información hidrológica fiable que sirva para establecer un desarrollo y una gestión sostenible de los recursos hídricos. Esto implica que la futuras generaciones, así como la nuestra, seguirán disfrutando del suministro de agua adecuado y asequible para que puedan satisfacer las necesidades sociales, ambientales y económicas. Un programa hidrométrico diseñado sólo para las necesidades específicas actuales sería inadecuado a largo plazo. 3.1.2 Funciones y responsabilidades de un Servicio Hidrológico Se puede necesitar información sobre los recursos hídricos de un lugar determinado, como el sitio previsto para un embalse, o de toda una región, por ejemplo, del trayecto completo de una futura autopista que atraviesa numerosos cursos de agua. En el primer caso, será más económico recopilar la información en el sitio elegido para construir el embalse o en la cuenca aguas arriba; dicha información se denomina de “uso específico”. En el segundo caso, no es práctico recoger información de cada río que se cruza. Se deben reunir datos generales de algunos sitios representativos de toda la región, y transferir esta información a otros lugares de los que no se tienen datos. Para lograrlo, se requiere una red básica de estaciones de observación. La característica principal de los datos obtenidos es que se podrán utilizar en diversas aplicaciones que se desconocen, son representativos del funcionamiento hidrológico de la región, y se deben recopilar según ciertas normas a fin de que otros usuarios puedan utilizarlos. Para satisfacer las diversas necesidades, un Servicio Hidrológico debe: a) establecer las necesidades de los usuarios actuales o futuros en materia de información sobre los recursos hídricos; b) determinar las normas (exactitud, precisión, frecuencia, disponibilidad, etc.) de los datos que se requieren para satisfacer esas necesidades; c) diseñar y establecer redes hidrométricas para medir los diferentes tipos de datos requeridos; se necesitan tanto redes de uso específico como redes básicas, que puedan ser complementarias, o incluso superponerse;
SERVICIOS HIDROLÓGICOS
27
d) establecer métodos para la transferencia de información desde los sitios de medición hasta otras localidades de la región en las que sea representativa; e) recoger datos y mantener el control de calidad del proceso de recopilación de datos mediante la inspección de los equipos y las prácticas de campo; f) procesar y archivar los datos y mantener un control en la calidad y seguridad de los datos archivados; g) facilitar a los usuarios el acceso a los datos, para los períodos, los lugares y de acuerdo con las características solicitadas, sobre todo: i) difusión de predicciones hidrológicas y alertas; ii) publicación de anuarios de datos básicos en papel, microfichas, o sistemas informatizados compatibles (CD-ROM, disquetes, etc.); iii) preparación de informes sobre los recursos hídricos, con un resumen de datos analizados; por ejemplo, la publicación de atlas hidrológicos o la creación de bases de datos en sistemas de información geográfica, la preparación de material informativo o didáctico para ser utilizados por el público en general, los medios de información y las escuelas; iv) información para el diseño de proyectos y en especial sobre las frecuencias de caudales extremos; h) informar a los usuarios potenciales de la información disponible y ayudarlos a hacer el mejor uso de ella; i) crear nuevas técnicas y realizar investigaciones sobre los procesos hidrológicos y conexos para ayudar al usuario a interpretar y comprender los datos; j) fomentar la formación continua del personal y otras actividades relacionadas con la calidad, como la preparación de manuales de instrucción e informes de evaluación de nuevos instrumentos; k) asegurar la coordinación con otros órganos que obtengan información relativa al agua o sobre otras cuestiones importantes como la hidrogeología, el uso del agua, la topografía, la utilización de la tierra o la información climática. La figura 3.1 contiene un organigrama simplificado sobre las actividades de un servicio hidrológico. El Servicio Hidrológico puede llevar a cabo estas funciones como un servicio para un cliente en particular, por ejemplo para una compañía de energía, quizá sobre la base de un contrato. Por otra parte, también puede funcionar como un servicio público, financiado con los fondos del régimen fiscal, porque se considera que sus productos son de utilidad pública. En todo caso, se debe conceder atención especial a la comunicación con los usuarios, para determinar las necesidades y garantizar que se puede acceder fácilmente a los productos del Servicio Hidrológico y que se utilizan en la mayor medida posible. Cada vez más, los recursos naturales se gestionan de manera global para lo cual es necesario disponer de una variedad de datos: hidrológicos, geológicos, topográficos, utilización de la tierra, socioeconómicos (por
CAPÍTULO 3
28
Diseño de redes de concentración de datos
Adquisición de datos
Concentración de datos
Transmisión de datos
Almacenamiento y proceso de datos
Proceso de datos
Análisis de datos
Preparación de datos operacionales y de datos de proyecto Toma de decisiones Información al público
Figura 3.1 – Actividades de un Servicio Hidrológico
29
SERVICIOS HIDROLÓGICOS
ejemplo, uso del agua) y otros. La rápida evolución de la tecnología informática facilita este proceso, pero con frecuencia supera la capacidad de las organizaciones de colaborar e intercambiar información. Tipos de datos requeridos 3.1.3 Se han propuesto muchas clasificaciones sobre los usos de la información hidrológica [6]. Los ámbitos de aplicación identificados por los Servicios Hidrológicos de Canadá, Australia y Estados Unidos [2,3,7] indican la diversidad de usos que existen sólo para los datos de caudal y señalan que los otros tipos de datos hidrológicos también tienen aplicaciones adicionales. En un nuevo enfoque de clasificación, la publicación de la UNESCO/ OMM Evaluación de los recursos hídricos. Manual para un estudio de apreciación de las actividades nacionales [3] distingue varios tipos de proyectos de recursos hídricos que requieren información hidrológica (sección 5.4). El Australian Water Resources Council [3] propone una organización similar basada en una definición más tradicional de los sectores de información hidrológica. Los principales elementos del sistema hidrológico que se deben examinar para realizar una evaluación básica de los recuros hídricos son: caudales afluentes, almacenamiento y caudales efluentes (figura 3.2). En muchos casos, se podrían necesitar otros tipos de datos, como los de los niveles de agua subterránea y la calidad del ALMACENAMIENTO
EFLUENTE
o su nt co n U so
po tra
iv
ns pi ra
or ac i Ev a
da
ta
ón
ci
ita
r po
im
ip ec
Ev ap
Pr
ua Ag
Embalses de superficie
ón ci
ón
de
na
tu
em
ra
l
ba
ls
e
AFLUENTE
Canales, lagos, estanques, humedales
C p su
o
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ga
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d au
l da au
C
R
Agua subterránea Afluente ± Variaciones en almacenamiento = Efluente
Figura 3.2 – Diagrama de los principales elementos de un sistema hidrológico necesarios para obtener el balance hídrico de una cuenta fluvial típica en una región subhúmeda
30
CAPÍTULO 3
agua, el uso del agua (consumo, caudales para riego, usos no consuntivos, como la demanda biológica de oxígeno (DBO) de los vertidos de residuo en un curso de agua, etc.) y los datos no hidrológicos, por ejemplo, la proporción de agua utilizada en actividades de recreación, el volumen de peces de río capturado, etc. Eso supone una amplia gama de datos e información sobre el agua que deben suministrar los Servicos Hidrológicos y órganos conexos. Los diferentes niveles de desarrollo socioeconómico, la fragilidad del medio ambiente natural debida a las actividades humanas y los elementos del entorno físico (clima, topografía, abundancia o escasez de agua, etc.) determinan el nivel de información requerida. Una estructura propuesta [4] recomienda el cambio de orientación ecológica a constructiva, y por último a una orientación de gestión de los recursos. En cada fase, se requieren diversos tipos de información, en función del número y de la clase de decisión que deben tomarse. En la primera fase, la sociedad se adapta al medio ambiente, que incluye el régimen hidrológico natural. En la segunda, los recursos hídricos son cada vez más explotados, pero siguen siendo abundantes en relación con la demanda. La toma de decisiones tiende a centrarse en los medios de explotación de los recursos mediante la construcción de embalses, redes de riego, etc. La principal información que se requiere es sobre la variabilidad espacial y temporal de los recursos hídricos. En la tercera fase, los recursos ya no son relativamente abundantes. Las actividades humanas influyen cada vez más (por lo general, en forma negativa) en el volumen y la calidad del recurso; la toma de decisiones se orienta más hacia la reglamentación de la demanda y la oferta para suministrar de manera más eficaz este valioso recurso entre los diversos usuarios. Por lo tanto, se requiere información no sólo sobre los recursos hídricos, sino también sobre el uso y las consecuencias de ese uso. Las posibles decisiones que deben tomarse aumentan en las tres fases, y la cantidad y el tipo de información que se requiere aumenta en la misma proporción. Esto supone una evolución progresiva del papel que desempeña el Servicios Hidrológico de un país determinado, y que los Servicios Hidrológicos en distintos países tengan necesidades muy diferentes. Sin embargo, la actividad fundamental de la mayoría de los Servicios Hidrológicos sin duda es suministrar información sobre la cantidad de agua: volumen, variabilidad anual y valores externos. La calidad del agua resulta cada vez más importante en numerosos países por diversas razones, como la importancia que tiene para el consumo (doméstico, industrial y agrícola), la explotación y la utilización de los cursos de agua (la pesca, la piscicultura y las actividades de recreación) y la preocupación ecológica (eutrofización de lagos, deterioro de los ecosistemas de agua dulce y los estuarios). 3.1.4 Predicción de fenómenos extremos en tiempo real En las secciones anteriores se destacó el papel que desempeñan los Servicios Hidrológicos en materia de evaluación de los recursos hídricos, para lo cual se deben
SERVICIOS HIDROLÓGICOS
31
recopilar datos constantemente y largo plazo, así como tener en cuenta las necesidades futuras y la gestión actual. No obstante, una de las tareas esenciales en numerosos países es suministrar predicciones y alertas de eventos hidrológicos extremos, sobre todo los riesgos de inundación, sequía, mareas de tormentas y avalancha. Muchos de estos fenómenos están vinculados a las características atmosféricas e hidrológicas, de manera que las predicciones se transmiten en cooperación con el Servicio Meteorológico Nacional. En general, dada la importancia social que reviste pronosticar dichos fenómenos, se establece una estrecha colaboración con otros institutos nacionales como el ministerio de defensa civil o la policía. Estas instituciones tienen la infraestructura necesaria para difundir la alerta, evacuar la población o prestar ayuda y asistencia en la reparación de daños. Si bien la información necesaria para suministrar predicciones y alertas puede ser muy similar a la requerida para evaluar los recursos hídricos (por ejemplo, intensidad de la precipitación, niveles de agua, etc.), en realidad los requisitos específicos son muy diferentes. Para la predicción, se requiere sobre todo que la información sea oportuna, fácil de comprender y exacta, de manera que se puedan tomar decisiones rápidas y con toda seguridad; en cambio, tiene menos importancia la alta precisión de la información, la constante recopilación de datos o la conformidad con métodos científicos de muestreo. La gran diferencia entre las necesidades de datos para evaluar los recursos y para elaborar predicciones y alertas puede ocasionar importantes problemas de orden práctico a un Servicio Hidrológico que debe cumplir ambas funciones y para lo cual necesitará otros instrumentos, sistemas de transmisión y procedimientos de difusión de datos. 3.2 Organización de los Servicios Hidrológicos y Meteorológicos La organización de los Servicios Hidrológicos varía mucho de un país a otro en función de factores como el sistema político y gubernamental, el tamaño del territorio, el estado de desarrollo económico, el ambiente físico, y las necesidades particulares de información del país. Como se indica en la sección 3.1.3, las necesidades de información cambian, lo cual implica que la forma más apropiada de organización para suministrar la información necesaria también cambia con el tiempo. Existen cuatro principales modelos de organización [6]: a) un Servicio Hidrológico y Meteorológico que depende del gobierno central; b) un Servicio Hidrológico autónomo, que forma parte de un departamento del gobierno central, y cuya principal responsabilidad es el agua; c) en ausencia de un Servicio Hidrológico, varios departamentos del gobierno central comparten la responsabilidad de la adquisición de información sobre los recursos hídricos y otros aspectos de la hidrología operativa; d) algunos aspectos de la hidrología operativa son responsabilidad de varios organismos especializados a nivel de un emplazamiento, una cuenca fluvial, de una región o de una provincia y, con mucha frecuencia, la coordinación a nivel del gobierno central.
32
CAPÍTULO 3
En algunos países existen varios de esos modos de organización. Recientemente, la tendencia ha sido la comercialización de los productos de institutos y Servicios Hidrológicos, pues los gobiernos les exigen que se orienten más hacia la satisfacción de las necesidades del mercado. De lo contrario, si el Servicio Hidrológico o el instituto se establece como parte del sector privado, el Estado y otros clientes adquieren los servicios de conformidad con los contratos concertados. En general, el Servicio Meteorológico Nacional suministra predicciones meteorológicas y una amplia gama de datos meteorológicos y climatológicos relacionados con el agua para la hidrología operativa. Con frecuencia, sin embargo, las redes de recopilación de datos que explotan los Servicios Meteorológicos están ubicadas en las zonas urbanas, y más concretamente en los aeropuertos debido a la estrecha relación que siempre ha existido entre la meteorología, la aviación y la ubicación de los observadores. Por lo tanto, los Servicios Hidrológicos, a nivel nacional, regional o local, han de complementar los datos procedentes de los Servicios Meteorológicos con los de sus redes de recopilación de datos. Asimismo, los pluviómetros telemétricos o estaciones de control de río están instalados en zonas no pobladas de las cabeceras de ríos para asegurar un sistema de alerta temprana de las inundaciones o completar las redes de recopilación de datos necesarios para la evaluación de los recursos hídricos de toda la cuenca. La historia del desarrollo de los recursos hídricos en numerosos países, para los cuales la principal preocupación fue la explotación con fines hidroeléctricos, de riego o el control de inundaciones, ha hecho que la hidrología y la evaluación de los recursos hídricos sea responsabilidad de departamentos gubernamentales, como el ministerio de energía o el de agricultura y pesca. En efecto, es frecuente que, varios de estos departamentos preparen sus propios programas de evaluación y explotación de recursos hídricos. En consecuencia, muchos de estos países tienen varias redes de recolección de datos y varios archivos hidrológicos. En esas circunstancias, los riesgos son múltiples: duplicación de esfuerzos, contradicción en las normas de recolección de datos, incompatibilidad de los sistemas de proceso y de archivo de datos, dificultades para utilizar todos los datos disponibles, o competencia en el uso de los recursos necesarios. Casi todos los países reconocen la necesidad de una coordinación de los organismos con responsabilidades en materia de agua, y muchos han establecido una estructura de coordinación a nivel del gobierno central. Existen ejemplos excelentes donde dicha coordinación ha funcionado muy bien, pero ello supone grandes esfuerzos en materia de comunicaciones y de trabajo. En otros países, estos acuerdos no han sido efectivos. Los ejemplos de coordinación con mayor posibilidad de éxito son los relativos a cuencas de ríos internacionales donde todos los países tienen un interés común en normalizar sus técnicas de adquisición de datos, en facilitar las comunicaciones, etc. En principio, la solución más eficaz sería que todas las actividades relativas al agua estén bajo la responsabilidad de un solo organismo. Sin embargo, en la práctica, los países con Servicios Hidrológicos fragmentados pueden evaluar y administrar los recursos hídricos
SERVICIOS HIDROLÓGICOS
33
tan eficazmente como otros con un servicio centralizado. Si bien hay una tendencia general a una coordinación o centralización de las funciones hidrológicas, algunos países han adoptado una actitud contraria al delegar tantas responsabilidades como fuera posible a nivel local. Lo esencial es llegar a evitar cualquier obstáculo o contratiempo a la transimisión de información entre proveedores y usuarios de datos. Los medios para lograrlo pueden variar según las diferentes circunstancias: un ministerio de recursos hídricos, un comité de coordinación interorganismos, un consejo de recursos hídricos con responsabilidad de supervisión nacional o los contactos diarios. Varias publicaciones [6, 8, 9] contienen ejemplos y consejos sobre los posibles tipos de organización de los Servicios Hidrológicos. Referencias 1. Organización Meteorológica Mundial, 1990: Economic and Social Benefits of Meteorological and Hydrological Services. Actas de la Conferencia Técnica, Ginebra, 26–30 de marzo de 1990, OMM–Nº 733, Ginebra. 2. Acres Consulting Services, 1977: Economic evaluation of hydrometric data. Report to the Department of Fisheries and Environment, Ottawa. 3. Australian Water Resources Council, 1988: The Importance of Surface Water Resources Data to Australia. Water Management Series 16, Australian Government Publishing Service, Canberra. 4. Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura/Organización Meteorológica Mundial, 1988: Evaluación de los recursos hídricos. Manual para un estudio de apreciación de las actividades nacionales. 5. Organización Meteorológica Mundial/Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, 1991: Progress in the implementation of the Mar del Plata Action Plan and a strategy for the 1990s. Report on Water Resources Assessment. 6. Rodda, J. C. y Flanders, A. F., 1985: The Organization of Hydrological Services: Facets of Hydrology. Volumen 2, Capítulo 14, Wiley, Nueva York. 7. Fontaine, R. A., Moss, M. E., Smith, J. A. y Thomas, W. O., 1984: Cost effectiveness of the stream-gauging program in Maine: a prototype for nationwide implementation. U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2244, Reston, Virginia. 8. Godwin, R. B., Foxworthy, B. L. y Vladimirov, V. A., 1990: Guidelines for water resource assessments of river basins. Technical Documents in Hydrology, IHP-III Project 9.2, UNESCO, París. 9. Organización Meteorológica Mundial, 1977: Casebook of Examples of Organization and Operation of Hydrological Services. Informe de hidrología operativa Nº 9, OMM–Nº 461, Ginebra.
CAPÍTULO 4 NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
4.1 Unidades y símbolos Convendría normalizar las unidades y los símbolos utilizando las recomendaciones que figuran en las tablas 4.1 a 4.3 [1, 2]. Se mencionan también otras unidades y los factores de conversión comúnmente usados. Se ha hecho un esfuerzo para lograr que todos los símbolos y las unidades en esta Guía estén contemplados dentro de estas tablas. 4.2 Prácticas y procedimientos recomendados La uniformidad y la normalización, cuando proceda, de las prácticas y los procedimientos hidrológicos facilitarán la cooperación entre los Miembros en esta materia. En los siguientes capítulos de la Guía se describen las prácticas y los procedimientos hidrológicos recomendados. No obstante, el lector debe referirse al Volumen III del Reglamento Técnico [3] para el texto relativo a las prácticas y los procedimientos recomendados en materia de hidrología operativa, aprobados por la OMM. El Volumen I del Reglamento Técnico [4] contiene las prácticas y los procedimientos recomendados o normalizados. Las instrucciones detalladas relativas a los instrumentos y los métodos de observación se encuentran en la Parte B de esta Guía, así como en otros documentos de referencia de la OMM como la Guía de instrumentos meteorológicos y métodos de observación [5] y la Guía de prácticas climatológicas [6]. Los métodos de recopilación y almacenamiento de datos hidrológicos, descritos en la Parte C de esta Guía, se deberán aplicar siempre que sea posible. Para la comodidad del lector, a continuación se resumen las prácticas y los procedimientos generalmente recomendados. Se invita a los Miembros a que cumplan estas prácticas y procedimientos recomendados en el establecimiento de los servicios hidrológicos y en las actividades que realizan: a) la red básica de estaciones hidrométricas debería estar concebida de manera que pueda suministrar los datos y la información indispensable para realizar una evaluación global de los recursos hídricos nacionales o regionales. En el capítulo 20 de esta Guía se indican las densidades mínimas recomendadas para la red. En vista de la estrecha relación que existe entre la meteorología y la hidrología, sería útil una buena coordinación entre las redes hidrométricas y climatológicas;
36
TABLA 4.1 Símbolos, unidades y factores de conversión recomendados I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada Aceleración debida a la gravedad
g
2
Albedo
r
3
Área de la sección transversal (cuenca de drenaje)
4
Calidad química
m s-2
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso pie s-2
0,305
ISO
Expresado en forma decimal m2
pie2
0,0929
ISO
km2
acre ha milla2
0,00405 0,01 2,59
ISO
mg l-1
ppm
~1
(Para soluciones diluidas)
A
Nota: Cuando existen símbolos internacionales, éstos se han utilizado en los casos adecuados y se indican con la expresión ISO en la última columna. * Columna IV = Factor de conversión (Col.IV) x Col.V.
CAPÍTULO 4
1
VI
Tabla 4.1 (continuación)
I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
5
Coeficiente de Chézy [v (RhS)-1/2]
C
m1/2 s-1
pie1/2 s-1
0,552
ISO
6
Conducción
K
m3 s-1
pie3 s-1
0,0283
ISO
7
Grado día
D
Grado día
Grado día
Fórmula de Conver- Col. IV en °C sión C = 5/9 (°F-32) y Col. V en °F
8
Densidad
p
kg m-3
lb pie-3
16,0185
ISO
9
Profundidad, diámetro, espesor
d
m cm
pie pulgada
0,305 2,54
ISO
Q Qwe
m3 s-1 1 s-1
pie3 s-1 gal (U.S.) min-1
0,0283 0,063
ISO
m3 s-1 km2 1 s-1 km-2
pie3 s-1 milla-2
0,0109 10,9
ISO
10
Caudal (de un río) (de un pozo)
(área unitaria-Q A-1, q o parcial)
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
Recomendada
VI
37
I
38
Tabla 4.1 (continuación)
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada
VI
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
Descenso del nivel
s
m cm
pie
0,305 30,5
12
Viscosidad dinámica (absoluta)
η
N s m-2
13
Evaporación
E
mm
pulgadas
25,4
14
Evapotranspiración
ET
mm
pulgadas
25,4
15
Número de Froude
Fr
16
Carga, altura
z
ISO Pa, s, kg m-1 s-1 también en uso
Número adimensional m
pie
ISO 0,305
ISO
CAPÍTULO 4
11
Tabla 4.1 (continuación)
I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
17
18
Carga, presión
hp
m
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso kg (fuerza) cm-2 lb (fuerza) pulgada-2
10,00
cm m
pie
30,05 0,305
ISO
ISO
0,705
Carga estática (nivel de agua) = z + hp
h
19
Carga total = z + h p + hv
H
m
pie
0,305
20
Carga cinética = v2 (2g)-1
hv
cm m
pie
30,5 0,305
21
Conductividad hidráulica (permeabilidad)
K
cm s-1
m d-1 pie min-1
0,00116 0,508
h
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
Recomendada
VI
39
I
40
Tabla 4.1 (continuación)
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada
VI
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
Difusividad hidráulica = T C-1 s
D
cm2 s-1
23
Radio hidráulico = A P-1 w
Rh
m
pie
0,305
24
Espesor del hielo
dg
cm
pulgada
2,54
25
Infiltración
f
mm
pulgada
25,4
26
Tasa de infiltración
If
mm h-1
pulgada h-1
25,4
27
Permeabilidad intrínseca
k
10-8 cm2
Darcy
0,987
28
Viscosidad cinemática
v
m2 s-1
pie2 s-1
0,0929
ISO
ISO
CAPÍTULO 4
22
Tabla 4.1 (continuación) I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
29
Longitud
l
cm m km
pulgada pie milla
2,54 0,305 1,609
ISO
30
Coeficiente de Manning 1/2 -1 = R2/3 h S v
n
s m-1/3
s pie-1/3
1,486
ISO l/n = k, coeficiente de rugosidad también puede utilizarse
31
Masa
m
kg g
lb oz
0,454 28,35
ISO
32
Porosidad
n
%
33
Precipitación
P
mm
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
Recomendada
VI
Se puede usar α si es necesario pulgada
25,4 41
I
42
Tabla 4.1 (continuación)
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada
VI
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
Intensidad de la precipitación
Ip
mm h-1
pulgada h-1
25,4
35
Presión
p
Pa
hPa mm Hg pulgada Hg
100,0 133,3 3386,0
36
Radiación** (cantidad de energía radiante por unidad de área)
R
J m-2
ly
4,187 x 104
37
Intensidad de radiación** (flujo por unidad de área)
IR
J m-2 s-1
ly min-1
697,6
Véase también carga, piezométrica
** Términos generales. Para más detalles sobre la terminología y los símbolos, véase la Guía de instrumentos y métodos de observación hidrológicos , (OMM–Nº 8) [5].
CAPÍTULO 4
34
Tabla 4.1 (continuación) I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
r2
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
Radio de influencia
39
Coeficiente de recesión Cr
40
Humedad relativa
41
Número de Reynolds Re
42
Escorrentía
R
mm
pulgada
25,4
43
Concentración de sedimentos
cs
kg m-3
ppm
Depende de la densidad
44
Caudal de sedimentos
Qs
t d-1
ton (EE.UU.) d-1
0,907
45
Tensión de corte
τ
Pa
U
m
pie
0,305
Expresado en forma decimal % Número adimensional
ISO
ISO 43
38
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
Recomendada
VI
I
44
Tabla 4.1 (continuación) II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada
VI
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
Pendiente (hidráulica, cuenca)
S
Número adimensional
ISO
47
Capa de nieve
An
%
48
Profundidad de la nieve
dn
cm
pulgada
2,54
49
Fusión de la nieve
M
mm
pulgada
25,4
50
Humedad del suelo
Us
% volumen
% masa
Depende de la densidad
51
Deficiencia de humedad del suelo
Us’
mm
pulgada
25,4
CAPÍTULO 4
46
Normalmente expresado como medida diaria
Tabla 4.1 (continuación)
I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
52
Capacidad específica = Qwe s-1
Cs
m2 s-1
pie2 s-1
53
Conductancia específica
K
µS cm-1
54
Rendimiento específico
Ys
55
Almacenamiento
S
56
Coeficiente de almacenamiento (agua subterránea)
CS
Expresado en decimales
57
Insolación
n/N
Expresado en decimales
0,0929 a θ = 25°C
Expresado en decimales m3
pie3
0,0283
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
Recomendada
VI
Valor real (n)/ número posible de horas (N) 45
I
46
Tabla 4.1 (continuación) II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada 58
Tensión superficial
σ
N m-1
VI
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso ISO
Temperatura
θ
°C
°F
Fórmula de conversión °C = 5/9 (°F-32)
ISO puede usarse también t
60
Total de sólidos disueltos
md
mg l-1
ppm
~ 1
(Para soluciones diluidas)
61
Transmisividad
T
m2 d-1
pie2 d-1
0,0929
62
Presión de vapor
e
Pa
hPa mm Hg pulgada Hg
100,0 133,3 3386,0
63
Velocidad del agua
v
m s-1
pie s-1
0,305
ISO
64
Volumen
V
m3
pie3 acre pie
0,0283 1230,0
ISO
wn
mm
pulgada
25,4
65
Equivalente en agua de la nieve
CAPÍTULO 4
59
Tabla 4.1 (continuación) I
II
III
Elemento
Símbolo
IV
V Unidades
Recomendada
VI
VII
Factor de conversión*
Observaciones
También en uso
Número de Weber
We
67
Perímetro mojado
Pw
m
pie
0,305
68
Anchura (de una sección transversal o de una cuenca
b
m km
pie milla
0,305 1,609
69
Velocidad del viento
u
m s-1
km h-1 milla h-1 kn (o kt)
0,278 0,447 0,514
70
Actividad (cantidad de radioactividad)
A
Bq (Becquerel)
Ci (Curie)
3,7 x 1010
OIEA
71
Fluencia de la radiación o fluencia energética
F
Jm-2
erg cm-2
103
OIEA
72
Intensidad del flujo de radiación (o del flujo de energía)
I
Jm-2 s-1
erg cm-2 s-1
103
OIEA
Número adimensional
ISO
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
66
47
48
CAPÍTULO 4
TABLA 4.2 Símbolos diversos Elemento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Símbolo
Concentración Coeficiente (en general) Diferencia
c C ∆
Caudal afluente Tiempo de respuesta Carga Número de (categoría) Caudal efluente Recarga Número total
I ∆t L m O f N
Observaciones ISO ISO ISO, valores expresados en las mismas unidades unidades variables ISO (véase infiltración en la Tabla 4.1)
TABLA 4.3 Unidades recomendadas indicadas en la Tabla 4.1 Unidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Centímetro Día Grados Celsius Gramo Hectárea Hectopascal Hora Julio Kilogramo Kilómetro Nudo Litro Metro Microsiemens Miligramo Milímetro Minuto Newton Partes por millón Pascal Porcentaje Segundo Tonelada (métrica) Año Becquerel
Símbolo
Observaciones
cm d °C g ha hPa h J kg km kn, kt l m µS mg mm min N ppm Pa % s t a Bq
ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO OIEA
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
49
b) las estaciones que forman parte de la red básica deberían funcionar siempre durante un período relativamente largo, por ejemplo unos 10 años como mínimo, para obtener información satisfactoria sobre los valores medios de los parámetros observados y sobre sus variaciones temporales; c) además de las estaciones que forman parte de la red básica, se podrían establecer estaciones hidrológicas para fines especiales, destinadas a funcionar únicamente para investigaciones especiales durante un período limitado. El programa de observación de estas estaciones puede contener muchos elementos. Para garantizar un funcionamiento continuo y seguro es fundamental proceder a una inspección regular y frecuente de todas las estaciones; d) para evitar malentendidos, las estaciones deben ser identificadas por su nombre y coordenadas geográficas y, cuando proceda, por el nombre de la cuenca del río principal y el nombre del río, el lago o el embalse donde está ubicada la estación. Es indispensable disponer de un directorio exacto y actualizado de las características de las estaciones y de los cambios que ocurran durante el período de funcionamiento; e) convendría mantener cierta uniformidad en las horas de observación entre las estaciones de una cuenca, teniendo en cuenta los intervalos más adecuados para los elementos que se han de observar. En condiciones excepcionales, por ejemplo en caso de crecidas, se deben realizar mediciones más frecuentes de los elementos adecuados y transmitir lo antes posible los datos obtenidos; f) para los intercambios internacionales es recomendable utilizar las siguientes unidades de tiempo: el año del calendario gregoriano, los meses de dicho calendario y el día solar medio, de medianoche a medianoche, de acuerdo al huso horario. Sin embargo, en algunos casos, es preferible usar otros períodos que se aproximen más a las fases de los ciclos hidrológicos; g) para facilitar la interpretación de los fenómenos observados, convendría presentar los datos en forma de valores estadísticos, como promedios, valores máximos y mínimos, desviaciones típicas, distribución de frecuencias (tablas o curvas), etc. Las frecuencias calculadas a partir de la recopilación de datos para períodos relativamente cortos se deben comparar con frecuencias períodos largos (30 años o más). De esta manera, se puede comparar el carácter de un período dado con las condiciones medias de un largo período. Alguno de los datos obtenidos se publicarán en los anuarios hidrológicos. Para cada estación, un resumen estadístico aclarará el significado de los datos del año en cuestión. Un anuario debe contener información completa sobre todas las estaciones: nombre, coordenadas, altitud, área de drenaje, fenómenos observados, horas de observación, período que abarca el registro, etc. A este respecto, conviene que se tengan en cuenta los modelos de tablas que figuran en el capítulo 25 de esta Guía;
50
CAPÍTULO 4
h) para las actividades internacionales, es conveniente emplear los idiomas español, francés, inglés o ruso y utilizar únicamente símbolos, letras, abreviaturas y unidades internacionalmente reconocidos; i) los datos hidrológicos observados y procesados permitirán comprender bien las condiciones hidrológicas de un área determinada. Servirán para mejorar o establecer un programa de pronósticos con fines hidrológicos, cuando se necesite dicho programa. Un programa de esta clase debe incluir pronósticos de niveles de agua, caudales, condiciones de hielo, inundaciones y mares de tempestad. 4.3 Exactitud de las mediciones hidrológicas 4.3.1 Principios básicos En teoría, los valores reales de los elementos hidrológicos no se pueden determinar por medición porque los errores de medición no se pueden eliminar completamente. La incertidumbre en la medición tiene un carácter probabilístico que se puede definir como el intervalo donde se espera que el valor real permanecerá con una cierta probabilidad o nivel de confianza. La anchura del intervalo de confianza se denomina también margen de error. Si las mediciones son independientes unas de otras, se puede estimar la incertidumbre en los resultados de las mediciones tomando unas 20 a 25 observaciones y calculando el valor de la desviación típica, y luego determinando el nivel de confianza de los resultados. En general, este procedimiento no puede aplicarse en mediciones hidrométricas, debido a los cambios en el valor a medir durante el período de medición. Por ejemplo, es evidente que, sobre el terreno, no se pueden realizar mediciones consecutivas de caudal con un molinete a nivel constante. En consecuencia, se tiene que hacer una estimación de la incertidumbre, examinando las diferentes fuentes de error en la medición. Otro problema que se plantea en la aplicación de datos estadísticos a los datos hidrológicos se debe al supuesto de que las observaciones son variables aleatorias independientes de una distribución estadística fija. Esta condición raras veces se cumple en las mediciones hidrológicas. El caudal de un río, por naturaleza, no es aleatorio, depende de valores previos. Generalmente se admite que no es muy importante la manera como se produce el apartamiento entre los datos hidrológicos y los conceptos teóricos de errores. Sin embargo, cabe insistir en que ningún análisis estadístico puede reemplazar las observaciones correctas, en particular porque con estos análisis no se pueden eliminar los errores sistemáticos. Sólo errores aleatorios pueden caracterizarse por medios estadísticos. Esta sección contiene definiciones de términos básicos relativos a la exactitud de las mediciones hidrológicas. Se indican los métodos para realizar estimaciones de incertidumbre y se dan los valores numéricos de la exactitud, que se requieren para los parámetros hidrológicos más importantes. Se incluyen también, referencias a las recomendaciones existentes, contenidas en el Reglamento Técnico de la OMM [3] y en otras publicaciones.
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
51
4.3.2 Definiciones de los términos relacionados con la exactitud Las definiciones de los términos relacionados con la exactitud, que figuran a continuación, tienen en cuenta las contenidas en el Volumen III (Hidrología), del Reglamento Técnico de la OMM [3], y en la Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos de la OMM [5]: Exactitud: nivel de aproximación entre una medición y el valor real. Esto supone que se han aplicado todas las correcciones conocidas. Intervalo de confianza: intervalo que incluye el valor real con una probabilidad determinada y que es función de las estadísticas de la muestra (figuras 4.1 y 4.2). Nivel de confianza: probabilidad de que el intervalo de confianza incluya el valor verdadero (figuras 4.1 y 4.2). Corrección: valor que se debe agregar al resultado de una medición para tener en cuenta cualquier error sistemático conocido y, por lo tanto, obtener la mejor aproximación al valor verdadero. Error: diferencia entre el resultado de una medición y el valor verdadero de la cantidad medida. NOTA: este término designa también la diferencia entre el resultado de una medición y la mejor aproximación al valor verdadero (en vez del propio valor verdadero). La mejor aproximación puede ser la media de varias o muchas mediciones. Valor probable: la mejor aproximación al valor verdadero; puede ser la media de varias mediciones. Histéresis (del instrumento): propiedad de un instrumento por la cual da mediciones diferentes del mismo valor real, de acuerdo a si ese valor se alcanzó por un cambio creciente continuo o por un cambio decreciente continuo de la variable. Medición: acción que tiene por objeto asignar un número como valor de una magnitud física en las unidades establecidas. (NOTA: el resultado de una medición es completo si incluye una estimación (necesariamente en términos estadísticos) de la magnitud probable de la incertidumbre). Distribución normal: distribución continua, definida matemáticamente, simétrica, en forma de campana, que tradicionalmente se supone que representa los errores aleatorios. Precisión: es la proximidad de acuerdo entre mediciones independientes de una sola magnitud obtenidas por la aplicación varias veces de un procedimiento de medición establecido, en condiciones definidas. (NOTA: a) la exactitud se relaciona en la proximidad al valor verdadero, la precisión se refiere únicamente a la proximidad que existe entre varias mediciones; b) la precisión de la observación o de la lectura, es la unidad más pequeña de división de una escala de medida en la cual es posible hacer la lectura directamente o por estimación). Error aleatorio: parte del error total que varía de manera imprevisible en magnitud y en signo, cuando se hacen mediciones de una variable determinada en las mismas condiciones.
52
CAPÍTULO 4
Error espurio Error aleatorio
× Valor medio de la magnitud value of medida quantity
×
×
×
×
× × ×
Valor de la magnitud medida α Sy α Sy
×
× ×
Incertidumbre aleatoria (ER )95= αSy evaluada con un nivel de confianza específico
Error sistemático Valor verdadero de la magnitud
Densidad de probabilidad Intervalo de confianza αSy Tiempo
Tiempo durante el cual se evalúa un valor constante en la magnitud Y
Figura 4.1 — Explicación de los errores
Intervalo de confianza de la media Nivel
Intervalo de confianza
Relación nivel-caudal relation
Límite de confianza del error típico de la estimación Se
Límite de confianza del error típico de la media Smr Caudal
Figura 4.2 – Explicación de los errores en una regresión lineal Rango: intervalo entre los valores mínimos y máximos de la magnitud que se ha de medir, para la que se han construido, ajustado o instalado los instrumentos. (NOTA: puede expresarse como la relación entre los valores máximos y mínimos medidos).
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
53
Medición de referencia: medición en la que se han utilizado los conocimientos científicos más recientes y las técnicas más avanzadas. El resultado de la medición de referencia se usa para obtener la mejor aproximación del valor verdadero. Repetibilidad: proximidad del acuerdo, en presencia de errores aleatorios, entre las mediciones de una misma magnitud, obtenidas en condiciones iguales, por ejemplo: el mismo observador, el mismo instrumento, en el mismo emplazamiento y a intervalos de tiempo suficientemente cortos para que las diferencias reales sean insignificantes. Reproducibilidad: proximidad del acuerdo entre mediciones del mismo valor de una magnitud obtenida en diferentes condiciones, por ejemplo: diferentes observadores, instrumentos, emplazamientos y a intervalos de tiempo suficientemente largos como para que las diferencias erróneas sean insignificantes. Resolución: cambio más pequeño de una variable física que puede causar una variación en la respuesta de un sistema de mediciones. Sensibilidad: relación entre el cambio de la respuesta y el correspondiente cambio del estímulo, o valor del estímulo requerido para producir una respuesta que excede en una cantidad determinada, la respuesta, ya presente, debido a otras causas. Valor falso: valor del cual se está seguro que es un error, por ejemplo debido a errores humanos o al mal funcionamiento de los instrumentos (figura 4.1). Desviación típica (Sy): raíz cuadrada positiva de la suma de los cuadrados de las desviaciones de la media aritmética, dividido entre (n-1); está dada por la expresión: n 2 ∑ ( yi − y ) Sy = 1 n−1
1/ 2
(4.1)
donde –y es la media aritmética de la muestra de n mediciones independientes de la variable y; (n-1) indica la pérdida de un grado de libertad. Error típico de estimación (Se): medición de la variación o dispersión de las observaciones con respecto a una regresión lineal. Es numéricamente similar a la desviación típica, salvo que la relación de regresión lineal sustituye a la media aritmética y (n-1) es sustituido (n-m): ∑ ( d )2 Se = n − m
1/ 2
(4.2)
donde d es la desviación de una observación con respecto al valor de regresión calculado, m el número de constantes en la ecuación de regresión, y (n-m) representa el grado de libertad en la derivación de la ecuación.
54
CAPÍTULO 4
Error sistemático: parte del error que: a) permanece constante durante un número de mediciones del mismo valor de una magnitud determinada; o b) varía según una ley definida cuando cambian las condiciones (figura 4.1). Tolerancia: exactitud permitida en la medición de una variable dada. Límite de tolerancia: valor del límite inferior o superior determinado para una característica cuantitativa. valor verdadero: valor que caracteriza una magnitud en las condiciones que existen en el momento en que se observa dicha magnitud. Es un valor ideal que sólo podría determinarse si todas las causas de error fueran eliminadas. Incertidumbre: intervalo dentro del cual cabe esperar que se sitúe el valor verdadero de una magnitud con una probabilidad establecida (figura 4.1) (NOTA: el valor numérico de la incertidumbre es el producto de la desviación típica real de los errores y de un parámetro numérico cuyo valor depende del nivel de confianza: e = ± α σ y ≈ ± α sy
(4.3)
La desviación típica, sy, calculada a partir de n observaciones, se aproxima a la desviación típica real, σy, como n se aproxima al infinito. En el caso de una distribución normal de errores, los parámetros numéricos son: Nivel de confianza 0,50 0,60 0,66 0,80 0,90 0,95 0,98 0,99 0,999
α 0,674 0,842 0,954 1,282 1,645 1,960 2,326 2,576 3,291
4.3.3 Tipos de error Los errores espurios deben ser eliminados al descartar los valores de las mediciones correspondientes. Estos errores se pueden identificar por una prueba estadística de dato anómalo, como la descrita en el documento ISO 5168 [7] en el que figuran criterios de rechazo. Los errores sistemáticos provienen principalmente de los instrumentos y no se pueden reducir aumentando el número de mediciones, si los instrumentos y las condiciones de medición permanecen invariables. Si el error sistemático tiene un valor conocido, este valor se debe sumar o restar del resultado de la medición y el error
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
55
debido a esta fuente se debe considerar como nulo. El error sistemático debe ser eliminado mediante correcciones, ajustes apropiados o cambiando el instrumento, y/o cambiando las condiciones del caudal, por ejemplo, la longitud del tramo recto del canal de aproximación a una estación de aforo. Con frecuencia estos errores se deben a condiciones de medición difíciles, como caudales no estacionarios, río de meandro y la mala localización de las estaciones. Los errores aleatorios no se pueden eliminar, pero se pueden reducir sus efectos mediante la repetición de las mediciones de los elementos. La incertidumbre en la media aritmética calculada a partir de n medidas independientes es la raíz cuadrada de n veces más pequeña que la incertidumbre de una sola medición. La distribución de los errores aleatorios se puede considerar como normal (gaussiana). En algunos casos, la distribución normal puede o debería ser remplazada por otras distribuciones estadísticas. 4.3.4 Fuentes de errores Cada instrumento y método de medición tiene sus propias fuentes de error, por lo tanto, sería difícil dar una lista exhaustiva de todas las fuentes de errores posibles. Las fuentes de error específicas generalmente figuran en las descripciones del diseño de los instrumentos y en el modo de empleo, como aparecen en las normas de la ISO, y en el Manual on Stream Gaugin de la OMM [8]. Algunas de las fuentes típicas de error son: a) error del punto de referencia o del cero que proviene de la determinación incorrecta del punto de referencia de un instrumento, por ejemplo: el nivel cero de la escala limnimétrica, la diferencia entre el cero de la escala limnimétrica y el nivel de la cresta de un vertedero; b) error de lectura que resulta de la lectura incorrecta de lo indicado por el instrumento de medición, por ejemplo, a causa de la mala visibilidad, el oleaje o el hielo en la escala limnimétrica; c) error de interpolación causado por la evaluación inexacta de la posición del índice con respecto a las dos marcas consecutivas de la escala entre las cuales está situado el índice; d) error de observación, similar al error de lectura, pero se atribuye al observador; e) histéresis (véase la definición del párrafo 4.3.2); f) error de no linealidad, parte del error por el cual un cambio de indicación o de respuesta no es proporcional al cambio correspondiente del valor de la magnitud medida en un rango determinado; g) error de insensibilidad, se produce cuando el instrumento no puede detectar un cambio dado en el elemento medido; h) error de desviación, se debe a las características del instrumento en el que, con el tiempo y en condiciones de uso particular, cambian las propiedades de medición, por ejemplo: la desviación en la mecánica de la relojería con el tiempo o debido a la temperatura;
56
CAPÍTULO 4
i)
error de inestabilidad, resulta de la incapacidad de un instrumento para mantener constantes ciertas propiedades meteorológicas específicas; error fuera de rango causado por el uso de un instrumento más allá del alcance de medición efectiva, inferior al mínimo o superior al máximo valor para el que se ha construido, ajustado o instalado el instrumento, por ejemplo: una altura inesperada del nivel de agua; error de exactitud causado por el uso inadecuado de un instrumento, cuando el error mínimo es mayor que la tolerancia para la medición.
j)
k)
4.3.5 Errores de medición secundarios Las observaciones hidrológicas se calculan frecuentemente a partir de varios componentes medidos, por ejemplo, el caudal al nivel de las estructuras de medición se calcula como una función del coeficiente de caudal, de las dimensiones características, y de la carga. Para estimar la incertidumbre resultante, se puede aplicar la teoría de transferencia (propagación) del error de Gauss. La incertidumbre resultante con frecuencia se remite a la incertidumbre total, que se puede calcular a partir de las incertidumbres de los componentes individuales, si los errores de los componentes individuales se consideran estadísticamente independientes. Si una magnitud, Q, es función de varias magnitudes medidas, x, y y z, el error resultante, eQ, de Q debido a los errores, ex, ey y ez, de x, y y z, respectivamente, deben ser evaluados mediante la ecuación de transferencia (propagación) simplificada:
(e ) Q
2
2
2
∂ ∂ ∂ = Q ex + Q ey + Q ez ∂x ∂z ∂y
2
(4.4)
donde ∂Q/∂x, ∂Q/∂y y ∂Q/∂z son las derivadas parciales de la función que expresa con claridad la relación entre la variable dependiente y las variables independientes. En las mediciones hidrológicas, es muy raro que una medición pueda repetirse bajo las mismas condiciones de campo. La desviación típica debería, por lo tanto, determinarse mediante el uso de datos de variables no estables (como en el caso de la curva de caudales). El error típico de estimación: ∑d2 se = n − 2
1/ 2
(4.5)
del promedio de las observaciones es muy importante para la caracterización de la relación altura-caudal, que requiere un tratamiento especial porque esta relación no es lineal, pero aproximadamente logarítmica. Es una estimación de la exactitud de la relación media calculada en una regresión y, por tanto, representa el ámbito en el que debe estar ubicada la media real (figura 4.2).
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
smr =
se n
57
(4.6)
Para una relación no lineal de dos variables, la desviación típica relativa es más característica y se puede calcular con la siguiente fórmula: 2 y −y c sy % = ∑ m yc n − 1
1/ 2
(4.7)
donde ym es el valor medido y yc el valor calculado a partir de la ecuación de regresión (o leído en un gráfico). 4.3.6 Caracterización de los instrumentos y métodos de observación La exactitud de un instrumento de medición se puede caracterizar por una incertidumbre a un valor dado, correspondiente al valor medible máximo o mínimo. La exactitud de un instrumento sin ese valor de referencia puede mal entenderse o mal interpretarse. En muchos casos, la exactitud con que se caracteriza un instrumento no es más que un componente de la exactitud global de la medición. Para la caracterización de la incertidumbre se usa un nivel de confianza al 95%, es decir que, en el cinco por ciento de los casos, el error podrá estar fuera del intervalo de confianza. Según el Reglamento Técnico de la OMM [3], las incertidumbres de las mediciones se deben presentar en una de las siguientes formas: a) incertidumbres expresadas en términos absolutos: valor medido de los elementos hidrológicos, por ejemplo: caudal Q = .... Incertidumbre aleatoria (er)95 = ..... b) incertidumbres expresadas en términos porcentuales: valor medido de los elementos hidrológicos, Q = .... Porcentaje de incertidumbre (er)95 = ..... En la práctica, las incertidumbres de las mediciones son dadas en forma de relación (o porcentaje) del valor medido Qm. Por ejemplo, en el caso de (er)95 = 10%, Qm ± 0,10 Qm contendrá el valor real de Q en 95% de los casos. En este caso, la incertidumbre se formula suponiendo unas condiciones medias de medición.
58
CAPÍTULO 4
4.3.7 Exactitud recomendada en las mediciones hidrológicas La exactitud recomendada depende sobre todo del uso previsto de los datos medidos (objetivo de la medición), de los instrumentos potencialmente disponibles, y de los recursos financieros disponibles. Por lo tanto, no puede ser un valor constante, sino un rango flexible. La tabla 4.4 contiene los niveles de exactitud recomendados, como una guía general para los instrumentos y métodos de observación. En muchos países, las normas nacionales regulan las exactitudes requeridas. TABLA 4.4 Exactitud recomendada (niveles de incertidumbre) expresada al 95 por ciento del intervalo de confianza
Precipitación (cantidad y forma) Intensidad de la lluvia Espesor de nieve (puntual) Contenido de agua en la nieve Evaporación (puntual) Velocidad del viento Nivel del agua Altura de ola Profundidad del agua Anchura de la superficie del agua Velocidad de la corriente Caudal Concentración de sedimento suspendido Transporte de sedimento suspendido Transporte de carga de fondo Temperatura del agua Oxígeno disuelto (temperatura del agua superior a 10°C) Turbidez Color pH Conductividad eléctrica Espesor de hielo Capa de hielo Humedad del suelo
3-7% 1 mm/h 1 cm debajo de 20 cm o 10% sobre 20 cm 2,5-10% 2-5%, 0,5 mm 0,5 m/s 10-20 mm 10% 0,1 m, 2% 0,5% 2-5% 5% 10% 10% 25% 0,1-0,5°C 3% 5-10% 5% 0,05-0,1 unidad de pH 5% l-2 cm, 5% 5% para ≥ 20 kg/m3 1 kg/m3 ≥ 20 kg/m3
NOTA: cuando se recomienda una variedad de niveles de exactitud, el valor inferior se aplica a las mediciones en condiciones relativamente buenas y el valor superior a las mediciones en situaciones difíciles
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
59
4.4 Claves Hidrológicas 4.4.1 Generalidades Todos los sistemas de transmisión de datos utilizan métodos de codificación cuyo objetivo es garantizar una transmisión rápida y fiable de la información. En los sistemas completamente automatizados, la información debe ser codificada antes de ser procesada. Por estas razones, las claves están compuestas de formatos estándar que permiten transmitir la información de manera compatible con el procesamiento ulterior. Este procesamiento, en general, es precedido de un control de calidad (sección 22.1). La estructura de las claves internacionales está reglamentada por acuerdos que resultan de un esfuerzo colectivo. Durante mucho tiempo, la OMM ha creado claves para permitir el intercambio de datos meteorológicos. En hidrología operativa, las necesidades de datos no son a escala mundial y hasta el momento se han introducido numerosas claves en este ámbito. Esto condujo a la Comisión de Hidrología de la OMM a preparar claves hidrológicas internacionales. El objetivo de estas claves es atender los requerimientos generales para normalizar en la medida de lo posible los procedimientos de codificación y recopilación de datos hidrológicos. Las claves de la OMM relativas a la hidrología son las claves HYDRA e HYFOR. Los datos transmitidos en estas claves normalizadas son conformes a las normas de la OMM. Por lo tanto, estos datos se pueden difundir a través de los canales de telecomunicaciones de la Vigilancia Meteorológica Mundial (VMM), si se procede. Estas claves pueden ser muy útiles para grandes cuencas nacionales o internacionales, donde numerosas estaciones están conectadas a un centro de procesamiento de datos. El observador codifica las observaciones generalmente de forma manual y se transmiten a un centro de concentración para su procesamiento. Más recientemente, se creó la forma universal de la representación binaria de datos meteorológicos (BUFR) para el intercambio eficiente entre computadoras de datos meteorológicos y la clave GRID para los datos elaborados en forma de valores para puntos de cuadrícula. 4.4.2 Claves En el Volumen I del Manual de Claves [9] se describen las claves HYDRA e HYFOR. Se invita al lector a que se remita a este Manual para usar estas claves que se describen a continuación. La forma de clave FM 67-VI HYDRA – Informe de observación hidrológica proveniente de una estación de observación hidrológica, puede ser usada para transmitir: a) datos hidrológicos referentes a la altura del agua; b) datos hidrológicos referentes al caudal; c) datos referentes a la precipitación y a la capa de nieve;
60
CAPÍTULO 4
d) datos referentes a la temperatura del aire y del agua; e) datos sobre el estado del hielo en río, lago, o embalse. La clave FM 68-VI HYFOR – Pronóstico hidrológico, se puede utilizar para transmitir pronósticos de altura, caudal y de hielo. 4.4.3 Identificación de estaciones de observación hidrológica Cuando se transmiten datos de una estación, siempre se da el número de identificación de la estación. Como base para un sistema internacional de estaciones de observación hidrológica, la OMM ha preparado una lista de indicadores internacionales para las cuencas en una determinada Región de la OMM, así como indicadores de los países para cada cuenca donde están ubicadas las estaciones de observación hidrológica. El Volumen II del Manual de Claves [9] contiene dichas listas. 4.4.4 Claves BUFR y GRIB La clave FM 94-IX Ext. BUFR ha sido diseñada para el archivo e intercambio de datos meteorológicos. Se creó para las aplicaciones informáticas y es similar, en concepto, a las técnicas de compresión de datos utilizadas en diversos bancos de datos hidrológicos (capítulo 24). Actualmente se estudia la expansión del código BUFR para incluir el intercambio de datos hidrológicos en esta forma a través de la VMM. Si se trata de grandes volúmenes de datos, convendría más utilizar la clave BUFR que la clave HYDRA. La clave FM 47-IX Ext. GRID fue diseñada para la transmisión de datos procesados en forma de valores numéricos para puntos de cuadrícula, por ejemplo, los análisis y pronósticos de variables meteorológicas y de otros parámetros geofísicos. Se dispone también de una clave abreviada, GRAF, para la transferencia de datos elaborados en forma de valores reticulares. La clave FM 92-IX Ext. GRIB, es otra versión de la clave GRID que contiene datos en formato binario. Todas estas claves se pueden procesar en computadoras pero también se pueden descodificar manualmente. Como los datos de teledetección y los datos espaciales o distribuidos, así como datos de sistemas de información geográfica se utilizan cada vez más en hidrología operativa, se espera un amplio uso de estas claves y su adopción para los parámetros hidrológicos. Referencias 1. Organización Internacional de Normalización, 1979: Units of Measurement, ISO Standards Handbook 2, Ginebra. 2. Organización Meteorológica Mundial, 1966: International Meteorological Tables (S. Letestu). OMM–Nº 188, Ginebra. 3. Organización Meteorológica Mundial, 1988: Reglamento Técnico. Volumen III, Hidrología, OMM–Nº 49, Ginebra.
NORMAS Y REGLAS HIDROLÓGICAS
61
4. Organización Meteorológica Mundial, 1988: Reglamento Técnico. Volumen I, Generalidades, OMM–Nº 49, Ginebra. 5. Organización Meteorológica Mundial, 1983: Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos. Quinta edición, OMM–Nº 8, Ginebra. 6. Organización Meteorológica Mundial, 1983: Guía de prácticas climatológicas. Segunda edición, OMM–Nº 100, Ginebra. 7. Organización Internacional de Normalización, 1978: Measurement of Fluid Flow: Estimation of Uncertainty of a Flow-rate Measurement. ISO-5168-1978, Ginebra. 8. Organización Meteorológica Mundial, 1980: Manual on Stream Gauging. Volúmenes I y II, Informe de hidrología operativa, Nº 13, OMM–Nº 519, Ginebra. 9. Organización Meteorológica Mundial, 1988: Manual de Claves. Volúmenes I y II, OMM–Nº 306, Ginebra.
CAPÍTULO 5 ORGANIZACIONES INTERNACIONALES QUE REALIZAN ACTIVIDADES EN MATERIA DE HIDROLOGÍA Y RECURSOS HÍDRICOS 5.1 Generalidades Este capítulo ofrece una visión general de la participación de las organizaciones internacionales (gubernamentales y no gubernamentales) en el ámbito de los recursos hídricos y en las diversas disposiciones de coordinación y cooperación en el sistema de las Naciones Unidas así como a nivel regional y global. Fue preparado sobre la base de la información suministrada por la Secretaría del Grupo intersecretarías sobre recursos hídricos (ISGWR) del Comité Administrativo de Coordinación de las Naciones Unidas (CAC) [1,2] (véase también la sección 5.4).
5.2 Organizaciones Intergubernamentales (OIG) Estas organizaciones se establecen mediante acuerdos entre dos o más Estados. Dichas organizaciones pueden ser mundiales o regionales. Algunas de ellas permanecen activas en el ámbito de los recursos hídricos. En la tabla 5.1 se enumeran las organizaciones y los órganos especializados de las Naciones Unidas que tienen actividades a nivel mundial, y la tabla 5.2 contiene información sobre organizaciones regionales de las Naciones Unidas y de otras organizaciones regionales. Ambas tablas incluyen las siglas oficiales y las direcciones de las organizaciones. 5.3
Naturaleza y coordinación de las actividades de las organizaciones de las Naciones Unidas en el desarrollo de los recursos hídricos Las actividades de las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas en el ámbito de los recursos hídricos abarcan una muy amplia variedad de temas. Su contribución ha aumentado en los últimos 30 años, tanto en términos de importancia como en la complejidad de los temas que abordan. La tabla 5.3 presenta una visión sinóptica de la participación de las organizaciones de las Naciones Unidas con una indicación de los principales sectores de interés y de aplicación. La agrupación se hizo de conformidad con las principales áreas de interés consideradas en la Conferencia Internacional sobre el Agua y el Medio Ambiente [3], a saber: a) evaluación de los recursos hídricos e impactos del cambio climático en éstos; b) protección de los recursos hídricos, calidad del agua y ecosistemas acuáticos;
Nombre
Abreviatura
Dirección
DDES
United Nations Headquarters, Nueva York, N.Y. 10017, EE.UU.
Fondo de las Naciones Unidas para la Infancia
UNICEF
Three United Nations Plaza, Nueva York, NY l00l7, EE.UU.
Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo
PNUD
One United Nations Plaza, Nueva York, NY l00l7, EE.UU.
Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente PNUMA
P.O. Box 30552, Nairobi, Kenya
Universidad de las Naciones Unidas
UNU
Toho Seimei Building, 15-1 Shibuya, 2-Chome, Shibuya-ku, Tokio 150, Japón
Programa Mundial de Alimentación
PMA
Via Cristoforo Colombo 426, 00145 Roma, Italia
Centro de las Naciones Unidas para los Asentamientos Humanos
HABITAT
United Nations Office in Nairobi P.O. Box 30030, Nairobi, Kenya
Departamento de Asuntos Humanitarios – Oficina del Coordinador de las NU para el Socorro en Casos de Desastres
DAH-ONUSCD
Palais des Nations, CH-l2ll Ginebra l0, Suiza
Consejo Mundial de la Alimentación
CMA
Via delle Terme di Caracalla, 00100 Roma, Italia
CAPÍTULO 5
NACIONES UNIDAS Departamento de Desarrollo Económico y Social
* Situación en 1992.
64
TABLA 5.1 Organizaciones intergubernamentales relacionadas con la hidrología y los recursos hídricos – nivel mundial *
Tabla 5.1 (continuación)
Instituto Internacional de Investigaciones y Capacitación para la Promoción de la Mujer
P.O. Box 21747, Santo Domingo, República Dominicana
OIT
4, route des Morillons, CH-l2ll Ginebra 22, Suiza
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación
FAO
Via delle Terme di Caracalla, 00100 Roma, Italia
Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura
UNESCO
7, place de Fontenoy, 75700 París, Francia
Organización Mundial de la Salud
OMS
20, avenue Appia, CH-l2ll Ginebra 27, Suiza
Banco Mundial
BIRF
l8l8 H Street, N.W., Washington, D.C. 20433, EE.UU.
Organización Meteorológica Mundial
OMM
P.O. Box 2300, CH-l2ll Ginebra 2, Suiza
Fondo Internacional de Desarrollo Agrícola
FIDA
Via del Serafico l07, 00l42 Roma, Italia
Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial
ONUDI
P.O. Box 300, Vienna International Centre, A-l400, Viena, Austria
Agencia Internacional de la Energía Atómica
AIEA
P.O. Box l00, Vienna International Centre, A-l400 Viena, Austria
ÓRGANOS ESPECIALIZADOS Y OTRAS ORGANIZACIONES Organización Internacional del Trabajo
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
INSTRAW
65
Nombre
Abreviatura
66
TABLA 5.2 Organizaciones intergubernamentales relacionadas con la hidrología y los recursos hídricos – nivel regional * Dirección
ÓRGANOS DE LAS NACIONES UNIDAS CEPA
P.O. Box 300l, Addis Abeba, Etiopía
Comisión Económica para Europa
CEPE
Palais des Nations, CH-12ll Ginebra l0, Suiza
Comisión Económica para América Latina y el Caribe
CEPALC
Casilla l79-D, Santiago, Chile
Comisión Económica y Social para Asia y el Pacífico
CESPAP
The United Nations Building, Rajadamnern Ave., Bangkok 10200, Tailandia
Comisión Económica y Social para Asia Occidental
CESPAO
P.O. Box 927 115, Amán, Jordania
Oficina de las Naciones Unidas para la Región Saheliana
ONUS
One United Nations Plaza, Room DC-1100, Nueva York, NY l00l7, EE.UU.
Comisión Regional sobre el Aprovechamiento de Tierras y Aguas para el Cercano Oriente (FAO)
RNEA-LWU
Via delle Terme di Caracalla, 00100 Roma, Italia
OTROS Centro Árabe de Estudios de las Zonas Áridas y las Tierras de Secano
ACSAD
P.O. Box 2440, Damasco, Siria
Organización Metorológica del Caribe
CMO
P.O. Box 46l, Puerto España, Trinidad y Tabago
* Situación en 1992.
CAPÍTULO 5
Comisión Económica para África
Tabla 5.2 (continuación) CILSS
BP 7049, Uagadugú, Burkina Faso
Comité Regional para los Recursos Hídricos del Istmo Centroamericano
CRRH
c/o ICE, P.O. Box l0032, San José, Costa Rica**
Comisión de las Comunidades Europeas
CEC
200 rue de la Loi, Bruselas l040, Bélgica
Consejo de Europa
CE
Avenue de l’Europe, 67 Estrasburgo, Francia
Consejo de Ayuda Mutua Económica
CAME
Prospekt Kalinina 56, Moscú G-205, Federación de Rusia
Comunidad Económica de los Países de los Grandes Lagos
CEPGL
BP 58, Gisenyi, Rwanda
Agencia Espacial Europea
AEE
8-l0 rue Mario Nikis, 75738 París, CEDEX l5, Francia
Comité interafricain d’études hydrauliques
CIEH
B.P. 369, Uagadugú 01, Burkina Faso
Consejo Nórdico
NC
Gamla Rigsdagshuset, Estocolmo, Suecia
Organización de la Unidad Africana
OUA
P.O. Box 3243, Addis Abeba, Etiopía
Organización de los Estados Americanos
OEA
Pan American Union Building, Washington, D.C. 20006, EE.UU.
Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos
OCDE
Château de la Muette, 2 rue André Pascal, 75775 París, Francia
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
Comité Interestatal para la Lucha contra la Sequía en el Sahel
** Secretaría por rotación
67
Sector de interés
Organizaciones especializadas
Organizaciones interesadas en las aplicaciones del sector indicado
OMM, UNESCO, DDES, FAO, BIRF, AIEA
OMS, PNUD, CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, CESPAD, ONUSCD
2. Protección de los recursos hídricos, calidad del agua y ecosistemas acuáticos
OMS, OMM, PNUMA, DDES, CEPE
Todas las otras organizaciones
3. El agua y el desarrollo urbano sostenible; abastecimiento de agua potable y saneamiento en los centros urbanos
BIRF, HABITAT, OMS, PNUD, UNICEF, INSTRAW
DDES, CEPA, CEPALC, CESPAP, CESPAD, UNEP
4. Agua para una producción alimentaria y un desarrollo rural sostenibles, así como para el abastecimiento de agua potable y saneamiento en las zonas rurales
FAO, BIRF, PNUD, WFP, OMS, UNICEF, DDES, HABITAT, INSTRAW, OIT
CEPA, CEPALC, CESPAP, CESPAD
5. Gestión integrada de los recursos hídricos
DDES, CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, INSTRAW, PNUD, BIRF
ONUSCD, UNESCO, OMM, OMS, FAO
CAPÍTULO 5
1. Evaluación de los recursos hídricos e impactos del cambio climático en éstos
* Situación en 1992.
68
TABLA 5.3 Participación de las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas en el desarrollo de los recursos hídricos: indicación de los principales sectores de interés y de aplicaciones*
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
c)
69
agua y desarrollo urbano sostenible; abastecimiento de agua potable y saneamiento en los centros urbanos; d) agua para una producción alimentaria y un desarrollo rural sostenibles, así como para el abastecimiento de agua potable y saneamiento en las zonas rurales; y e) gestión integrada de los recursos hídricos. Estos temas corresponden también a los del capítulo 18 del Programa 21 de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (CNUMAD) [4]. El sexto tema examinado en la Conferencia (los mecanismos de ejecución y coordinación en los niveles mundial, nacional y local) se refiere a la naturaleza y el alcance de las actividades de las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas, y a los medios de coordinación de estas actividades. Las cuestiones relativas a la creación de capacidad inevitablemente se encuentran en todos los temas antes mencionados. La tabla 5.4, contiene más detalles de las actividades de las organizaciones. Cada división de la tabla indica las organizaciones que se ocupan del desarrollo y de la gestión de sectores específicos de los recursos hídricos. Las funciones de desarrollo y de gestión se han clasificado en la siguiente forma: a) hidrología de aguas superficiales; b) hidrología de aguas subterráneas; c) control de la calidad del agua superficial; d) control de la calidad del agua subterránea; e) información sobre la utilización del agua; f) desarrollo de los servicios de aguas superficiales; g) desarrollo de los servicios de aguas subterráneas; h) reutilización de las aguas usadas; i) gestión integrada de los recursos hídricos; j) gestión del uso del agua; k) gestión de las aguas residuales; l) fortalecimiento de las instituciones; m) legislación; n) enseñanza y formación profesional; o) desarrollo de los recursos humanos. Los sectores específicos de los recursos hídricos son: a) uso del agua en la agricultura; b) abastecimiento de agua potable; c) uso del agua en la industria; d) energía hidráulica; e) navegación; f) control de crecidas; g) gestión de la sequía; h) uso del agua con diversos fines.
70
TABLA 5.4 Participación de las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas en el ámbito de los recursos hídricos * Sectores específicos Funciones de desarrollo y de gestión
Abastecimien- Uso to de agua del agua en potable la industria
Energía Navegación Control hidroeléctrica de crecidas DDES, CEPA, INSTRAW, UNESCO, BIRF
1
Hidrología del agua superficial
DDES, CEPA, FAO, BIRF
DDES, UNICEF, CEPA, CESPAP, CESPAO, INSTRAW, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, BIRF, HABITAT
2
Hidrología del agua subterránea
DDES, CEPA, FAO, BIRF
DDES, CEPA, INSTRAW, BIRF, HABITAT
CEPA, BIRF, HABITAT
* Situación en 1992.
DDES, CEPA, CESPAP, BIRF
Gestión de la sequía
Uso del agua con diversos fines
DDES, CEPA, CESPAP, CESPAO, UNESCO, FAO, OMM, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, CESPAP, CESPAO, UNESCO, FAO, OMM, BIRF
DDES, CEPA, CESPAP, CESPAO, BIRF, UNESCO, OMM, HABITAT
CEPA, HABITAT, UNESCO, OMM
DDES, CEPA, CESPAP, UNESCO, FAO, OMM, BIRF
DDES, CEPA, CESPAP, CESPAO, HABITAT, UNESCO, OMM, BIRF
CAPÍTULO 5
Uso del agua en la agricultura
Tabla 5.4 (continuación) DDES, CEPA, FAO, OMS, BIRF
DDES, UNICEF, CEPA, CESPAP, PNUMA, OMS, BIRF, HABITAT
DDES, OMS, BIRF, HABITAT
4
Control de la calidad del agua subterránea
CEPA, FAO, OMS, BIRF
UNICEF, CEPA, CESPAP, PNUMA, OMS, BIRF, HABITAT
OMS, BIRF, HABITAT
5
Información sobre el uso del agua
CEPA, UNICEF, CEPE, CEPA, CEPALC, CEPE, CESPAP, CEPALC, INSTRAW, CESPAP, FAO, INSTRAW, BIRF OMS, BIRF, HABITAT
CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, BIRF, HABITAT
CEPA
CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, INSTRAW, BIRF
CEPA, CESPAP
CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP,
CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, UNESCO, OMM
DDES, CEPA, UNESCO, FAO, OMM
DDES, CEPA, CESPAP, PNUMA, UNESCO, OMS, OMM, HABITAT
CEPA, CESPAP, UNESCO, FAO, OMM
CEPA, CESPAP, PNUMA, UNESCO, OMS, OMM, HABITAT
CEPA, CEPALC, CESPAP, UNESCO, OMM, FAO, BIRF
CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, INSTRAW, HABITAT, UNESCO, OMM, BIRF
71
Control de la calidad del agua superficial
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
3
72
Tabla 5.4 (continuación) Desarrollo de los servicios de agua superficial
DDES, CEPA, CESPAP, FAO, PMA, BIRF
DDES, UNICEF, CEPA, CESPAP, OMS, PMA, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, BIRF, HABITAT
7
Desarrollo de los servicios de agua subterránea
DDES, CEPA, CESPAP, FAO, PMA, BIRF
DDES, UNICEF, CEPA, CESPAP, OMS, PMA, BIRF, HABITAT
8
Uso de las aguas usadas
DDES, CEPA, CEPE, FAO, BIRF
DDES, OMS
DDES, CEPA, CESPAP, BIRF
CEPA, CESPAP, BIRF
DDES, CEPA, CESPAP, CESPAO, FAO, PMA, BIRF, HABITAT, UNESCO, OMM
DDES, CEPA, CESPAP, UNESCO, OMM, FAO, PMA, BIRF
DDES, CEPA, CEPALC, CESPAP, CESPAO, PMA, UNESCO, OMM, BIRF, HABITAT
CEPA, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, CESPAP, UNESCO, OMM, FAO, PMA, BIRF
DDES, CEPA, CESPAP, CESPAO, PMA, BIRF, HABITAT, UNESCO, OMM
CEPA, CEPE, OMS, BIRF, HABITAT
CESPAP
DDES, CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, CESPAO, HABITAT, UNESCO, OMM
CAPÍTULO 5
6
Tabla 5.4 (continuación)
9
Gestión integrada de los recursos hídricos
DDES, CEPA, ECE, CESPAP, OMS, PMA, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, ECE, CESPAP, OMS, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, ECE, BIRF
CEPA, ECE, ESCAP, BIRF
DDES, CEPA, ECE, CESPAP, CESPAO, PMA, BIRF, HABITAT, UNESCO, OMM
DDES, CEPA, ECE, CESPAP, UNESCO, FAO, OMM, PMA, BIRF
DDES, CEPA, ECE, ECLAC, CESPAP, CESPAO, PMA, BIRF, OMM, UNESCO, HABITAT
DDES, FAO, CEPA, CEPALC, CESPAP, BIRF
DDES, CEPA, CEPALC, CESPAP, INSTRAW, OMS, BIRF, HABITAT
DDES, CEPA, CEPALC, CESPAP, BIRF, HABITAT
CEPA, CESPAP, CEPALC, INSTRAW, BIRF
CEPA, CEPALC, BIRF
CEPA, CEPALC, CESPAP, FAO, UNESCO, OMM, BIRF
CEPA, CEPALC, CESPAP, FAO, BIRF, UNESCO, OMM
DDES, CEPA, CEPALC, CESPAP, INSTRAW, UNESCO, OMM, BIRF, HABITAT
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
10 Gestión del uso del agua
DDES, CEPA, ECE, CESPAP, FAO, OMS, PMA, BIRF
73
74
Tabla 5.4 (continuación) Gestión de las aguas residuales
CEPA, CEPE, FAO, OMS, PMA
CEPA, OMS, IBRD, HABITAT
CEPA, CEPE, OMS, BIRF, HABITAT
CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, CESPAO, OMM, HABITAT, UNESCO
12
Fortalecimiento de las instituciones
CEPA, CEPALC, FAO, BIRF
UNICEF, CEPA, CESPAP, CEPALC, OMS, BIRF, HABITAT
CEPA, CEPALC, BIRF, HABITAT
CEPA, CEPALC, BIRF
CEPA, CESPAP
CEPA, CEPALC, CESPAP, BIRF, HABITAT, UNESCO, OMM
CEPA, CEPALC, UNESCO, FAO, OMM, BIRF
CEPA, CEPALC, CESPAP, CESPAO, BIRF, HABITAT, UNESCO, UNESCO, OMM
13
Legislación
DDES, CEPA, CEPE, FAO
DDES, CEPA, CEPE, OMS, HABITAT
DDES, CEPA, CEPE
DDES, CEPA, CEPE
CEPA, CEPE, CESPAP
CEPA, CESPAP, FAO, HABITAT
CEPA, FAO
DDES, CEPA, CEPE, CEPALC, CESPAP, CESPAO, FAO, BIRF, HABITAT
CAPÍTULO 5
11
Tabla 5.4 (continuación)
Enseñanza y formación profesional
CEPA, INSTRAW, FAO, OMS, PMA, BIRF
DDES, UNICEF, CEPA, CESPAP, INSTRAW, OMS, BIRF, HABITAT
15
Desarrollo de los recursos humanos
CEPA, DDES, INSTRAW, UNICEF, FAO, CEPA, OMS, CESPAP, BIRF INSTRAW, OMS, BIRF, HABITAT
CEPA, OMS, BIRF
CEPA, INSTRAW, UNESCO, BIRF
DDES, CEPA, CESPAP
CEPA, CESPAP, PMA, UNESCO, OMM, BIRF, HABITAT
CEPA, CESPAP, FAO, PMA, UNESCO, OMM, BIRF
CEPA, CEPALC, CESPAP, INSTRAW, UNESCO, OMM, BIRF, HABITAT
CEPA, BIRF, HABITAT
CEPA, BIRF
CEPA, CESPAP,
CEPA, CESPAP, BIRF, HABITAT, UNESCO, OMM
DDES, CEPA, CESPAP, UNESCO, FAO, OMM, BIRF
CEPA, CESPAP, INSTRAW, BIRF, HABITAT, UNESCO, OMM
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
14
75
76
CAPÍTULO 5
En las publicaciones The United Nations Organizations and Water [1] y en The United Nations Organizations and Water: Briefing Note on the Scope and Nature of the Activities of the Organizations of the United Nations System [2], figura información adicional sobre la clase de funciones que desempeña cada organización, así como la descripción del alcance y naturaleza de las actividades relacionadas con el agua de cada una de las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas, con ejemplos de proyectos típicos que estas organizaciones han realizado. 5.4
Organización de la cooperación en el sistema de las Naciones Unidas a nivel mundial, regional y sectorial Para consolidar los respectivos cometidos e incrementar la complementariedad de los esfuerzos con el fin de asistir a países en desarrollo, las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas tienen dispositivos formales de cooperación y colaboración en muchos programas, incluidos los relativos al agua. Como puede verse en los resúmenes de la tabla 5.5, algunos de estos dispositivos son muy amplios, abarcan todo el ámbito de desarrollo de los recursos hídricos e implican un amplio sistema de coordinación a nivel global y regional. Otros, de naturaleza sectorial, requieren una colaboración bilateral o multilateral en el marco de un aspecto particular del desarrollo de los recursos hídricos. Las referencias [1, 2] contienen más detalles sobre estos dispositivos de cooperación interorganizaciones. La intensa cooperación en el ámbito del agua se facilita a través del Grupo intersecretarías para recursos hídricos del Comité Administrativo de Coordinación de las NU, que constituye un núcleo de colaboración esencial para las actividades de las NU relativas al agua. Las OIG, enumeradas en la tabla 5.1, y las comisiones económicas regionales de las Naciones Unidas, enumeradas en la tabla 5.2, son miembros de este Grupo intersecretarías. Como ejemplo de esta cooperación interorganizaciones, el Comité de enlace mixto OMM/UNESCO sobre actividades hidrológicas permite una coordinación eficaz de las actividades pertinentes a los recursos hídricos de ambas organizaciones. Es muy importante el vínculo que existe entre la OMM y la UNESCO, y entre los programas de hidrología y recursos hídricos de ambas organizaciones [5], prueba de ello es que la UNESCO se dedica a la investigación y la educación y la OMM a la hidrología operativa y los servicios. 5.5
Organizaciones No Gubernamentales (ONG) Son organizaciones internacionales que no están establecidas por acuerdos intergubernamentales, incluidas las organizaciones que aceptan miembros designados por las autoridades gubernamentales, a condición de que dicha participación no impida la libre expresión de las opiniones de la organización. En la tabla 5.6 figuran, en orden alfabético en inglés las ONG que se ocupan de la hidrología y los recursos
77
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
Estados y Territorios Miembros
UNESCO Conferencia General
Consejo Ejecutivo
UNESCO ORCYT y oficinas fuera de la sede
Congreso de la OMM
Asociaciones Regionales
Consejo Ejecutivo
Grupos de trabajo sobre hidrología Consejo Mesa
Grupos de trabajo
Secretaría Programa Hidrológico Internacional
ONG internacionales
Comisión de Hidrología
Secretaría Comité de enlace mixto UNESCO/ OMM sobre actividades hidrológicas Grupo intersecretarías NU/CAC para recursos hídricos
NU y otras organizaciones
Comisiones Técnicas
Grupos de trabajo y ponentes
Programa de Hidrología y Recursos Hídricos
Donantes
Enlaces organizacionales entre la OMM y la UNESCO
hídricos: las organizaciones pueden pertenecer a cualesquiera de las siguientes categorías: a) federaciones de organizaciones internacionales; b) organizaciones mundiales; c) organizaciones intercontinentales; d) organizaciones regionales; e) organismos semiautónomos; y f) organizaciones especiales. La presentación de la tabla 5.6 es como sigue: a) columna 1: nombre de la organización; b) columna 2: siglas; c) columna 3: dirección de la organización; la dirección indicada es la de la secretaría internacional o del contacto principal que se conoce para 1992. Algunas secretarías pueden cambiar de dirección en función de las modificaciones de la composición de los órganos rectores.
78
TABLA 5.5 Disposiciones tomadas para coordinar el desarrollo de los recursos hídricos en el marco del sistema de las Naciones Unidas (nivel mundial y regional) y a nivel sectorial (cooperación bilateral o multilateral)* Organismo Subcomité de Recursos Hídricos del Comité Administrativo de Coordinación (SCRH-CAC)
Coordinación general en todo el ámbito del agua
Organizaciones interesadas Todas las organizaciones que participan en actividades relativas al agua
1. Garantizar el seguimiento del plan de acción de Mar del Plata 2. Fomentar la planificación y el examen común de los programas relativos al agua. 3. Promover la cooperación en la ejecución de las actividades relacionadas con el agua a nivel nacional y regional
Comité de dirección para el abastecimiento de agua y el saneamiento
Coordinación de las actividades relativas al abastecimiento del agua y las medidas de saneamiento
Términos del acuerdo:
1. Fomentar el abastecimiento de agua y el saneamiento a nivel global, sobre todo en el marco de los programas de las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas y de la gestión y la planificación de los recursos hídricos y del medio ambiente. 2. Controlar continua y efectivamente las necesidades y tomar las medidas necesarias para alcanzar los objetivos nacionales, regionales y globales. 3. Garantizar la consulta la continua y efectiva entre las organizaciones del sistema de las Naciones Unidas mediante el intercambio de información sobre políticas, programas, criterios y métodos adoptados, y la difusión de información.
* Stituación en 1992.
NU, comisiones regionales, UNICEF, PNUD, PNUMA HABITAT, IIICPM, FAO, UNESCO, OMS, BIRF, OMM, CRI
CAPÍTULO 5
Términos del acuerdo:
Objetivo
Tabla 5.5 (continuación) Grupo especial interinstitucional Asia y el Pacífico
Oficiales designados para ocuparse de cuestiones sobre el medio ambiente
Términos del acuerdo:
CESPAP, NU/DDES, PNUMA, UNICEF, UNIDO, PNUD, FAO, BIRF, OIT, UNESCO, OMS, OMM, CRI, BID, Comité MEKONG
Fomentar la cooperación entre organizaciones en el ámbito de los recursos hídricos a nivel regional Coordinar en el sistema de las Naciones Todas las organizaciones involucradas Unidas, las actividades efectuadas en materia de medio ambiente, incluidas las realtivas al desarrollo de los recursos hídricos Promover la cooperación entre organizaciones Proporcionar productos alimentarios para proyectos cuyo objetivo es promover el desarrollo social y económico, y el riego
FAO y Programa Mundial de Alimentos de las NU
Términos del acuerdo:
Movilizar y distribuir productos alimentarios y otros suministros para: 1. Garantizar el desarrollo de los recursos humanos destinados a los programas sobre la alimentación infantil y el almuerzo escolar 2. El establecimiento o el desarrollo de la infraestructura
Programa de cooperación entre el Banco Mundial y la FAO
Determinar los proyectos y tomar medidas Banco Mundial y FAO. necesarias para la inversión en la agricultura
Términos del acuerdo:
Combinar los recursos y la experiencia del personal de ambas organizaciones para identificar y preparar los proyectos de inversión financiados por el Banco Mundial; la FAO contribuye por intermedio de su Centro de Inversión
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FAO/Programa Mundial de Alimentación
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
Términos del acuerdo:
Todo el ámbito del agua
Programa de cooperación entre el Banco Mundial y la UNESCO Términos del acuerdo:
Acuerdos de trabajo entre el Banco Mundial y la OMS para el abastecimiento de agua y el saneamiento Términos del acuerdo:
Términos del acuerdo:
Acuerdos de trabajo entre el Banco Mundial y el FIDA Términos del acuerdo:
Identificar el proyecto para realizar las inversiones en el sector educativo
Banco Mundial y UNESCO
Emprender conjuntamente la evaluación y la preparación de un proyecto en el ámbito de la educación Actividades previas a la inversión relativas al OMS y Banco Mundial abastecimiento de agua, eliminación de desechos, y evacuación del agua debida a una tormenta Iniciar conjuntamente estudios y misiones previos a la inversión en los países en desarrollo Miembros de ambas Organizaciones Identificación de proyectos y preparación de pequeñas empresas industriales que requieren mucha mano de obra
Banco Mundial y ONUDI
Estudios y misiones mixtas para evaluar y preparar proyectos, dando mayor importancia a la ayuda al empleo, la creación de pequeñas empresas manufactureras y de construcción que necesitan gran cantidad de mano de obra, sobre todo las pequeñas plantas hidroeléctricas Preparación y evaluación de proyectos relativos a la agricultura y al desarrollo rural
Banco Mundial y FIDA
El Banco Mundial asiste en la preparación, evaluación y supervisión de proyectos financiados por el FIDA (o financiados conjuntamente por el FIDA y el Banco Mundial
CAPÍTULO 5
Banco Mundial/ONUDI
80
Tabla 5.5 (continuación)
Tabla 5.5 (continuación) Cooperación a largo plazo en el ámbito de la hidrología
Términos del acuerdo:
1. Mantener y desarrollar la colaboración en todo el ámbito de la hidrología 2. Establecer estrecha cooperación con sus respectivos programas hidrológicos (el PHO de la OMM y el PHI de la UNESCO)
Acuerdos de trabajo entre la FAO y la OMM en el ámbito de la hidrología y los recursos hídricos
La hidrología y sus aplicaciones en la agricultura
Términos del acuerdo:
UNESCO y OMM.
FAO y OMM
División general de responsabilidades entre las dos Organizaciones para la recopilación y el análisis de datos hidrológicos y meteorológicos Establecimiento de procedimientos para colaborar y tomar medidas a fin de prevenir y luchar contra las enfermedades transmitidas por vectores
FAO, OMS, PNUMA. Se prevé también la cooperación de otras organizaciones.
Términos del acuerdo:
1. Celebrar reuniones para examinar las actividades de los programas e identificar las medidas que se han de tomar; 2. Intercambio de información, datos sobre proyectos e instrucciones sobre países; 3. Preparación de normas y formación profesional
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Memorándum de entendimiento OMS/ FAO/PNUMA relativo a la protección contra las enfermedades transportadas por el agua durante las mejoras del abastecimiento de agua a la agricultura
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
Acuerdos de trabajo en el ámbito de la hidrología y cooperación a largo plazo entre las Secretarías de la UNESCO y la OMM
Memorándum de entendimiento FAO/ OMS relativo al abastecimiento de agua y el saneamiento del agua en las zonas rurales y el desarrollo de la agricultura Términos del acuerdo:
Términos del acuerdo:
Comité Mixto ONUDI/PNUMA
Términos del acuerdo:
Capacitación de trabajadores de divulgación rural e integración de cuestions sobre el abastecimiento de agua y el saneamiento en programas de desarrollo rural
FAO y OMS, y la cooperación de otras organizaciones, si procede
1. Planificación y ejecución conjunta de proyectos relativos al abastecimiento de agua potable y al de riego en zonas rurales 2. Realización de estudios y formación profesional en la aplicación de técnicas adecuadas y en los beneficios del abastecimiento de agua y el saneamiento en zonas rurales Programas relacionados con la hidrología y el desarrollo de los recursos hídricos
FAO, UNESCO
1. Consultas regulares para unificar la planificación de los programas de trabajo sobre cuestiones comunes a las dos Organizaciones; 2. Intercambio de asesoramiento e información en materia de hidrología y de recursos hídricos
Coordinación de las actividades relacionadas con el uso industrial del agua y los aspectos ambientales del desarrollo industrial
ONUDI, PNUMA.
El Comité se reúne una vez al año para coordinar las actividades
CAPÍTULO 5
Acuerdos de colaboración entre las Secretarías de la FAO y la UNESCO en el ámbito de la hidrología y recursos hídricos
82
Tabla 5.5 (continuación)
TABLA 5.6 Organizaciones internacionales no gubernamentales (ONG) que se ocupan de hidrología y los recursos hídricos* Organismo
Abreviatura
Dirección
AIH
National Rivers Authority, 550 Steetsbrook Road, Solihul, West Midlands, B91 1QT, Reino Unido
International Association of Sedimentologists
IAS
Université de Liège, Place du Vingt-Août 7, B-4000 Liège, Bélgica
Asociación Internacional de Limnología Teórica y Aplicada
SIL
Sil Secretariat/Central Office, Department of Biological Sciences, University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama 35487-0344, EE.UU.
Asociación Internacional de Derecho de Aguas
AIDA
Via Montevideo 5, I-00198 Roma, Italia
Asociación Internacional de la Calidad del Agua
AICA
Alliance House, 29-30 High Holborn, Londres WC1V 6BA, Reino Unido
Consejo Internacional de Uniones Científica – Comité de Investigaciones Espaciales – Comité de Ciencia y Tecnología en Países en Desarrollo – Comité sobre Datos para la Ciencia y la Tecnología – Comité Científico de Investigaciones Hidrológicas (CIUC-UATI) – Comité Científico sobre Problemas del Medio Ambiente
CIUC COSPAR COSTED
Bd. de Montmorency 51, F75016 París, Francia véase CIUC véase CIUC
CODATA COWAR
véase CIUC CHO-TNO, P.O. Box 6067, 2500 JA, Delft, Países Bajos véase CIUC 83
* Situación en 1992.
SCOPE
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
Asociación Internacional de Hidrogeólogos
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Tabla 5.6 (continuación)
UGI
University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canadá T6G 2H4
International Institute por Applied Systems Analysis
IIASA
A-2361 Laxenburg, Austria
International Association on Water Pollution Research
IAWPRC
1 Queen Anne’s Gate, Londres SW1H 9BT, Reino Unido
Organización Internacional de Normalización
ISO
1, rue de Varembé, CH-1211 Ginebra 20, Suiza
Sociedad Internacional de Ciencia del Suelo
SICS
P.O. Box 353, 9 Duivendaal, 6700 AJ Wageningen, Países Bajos
Centro Internacional de Formación en Gestión de los Recursos Hídricos
ITCWRM (CEFIGRE)
BP 13, Sophia Antipolis, F-06561 Valbonne CEDEX, Francia
Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza y de los Recursos Naturales
UICN
Avenue du Mont-Blanc, CH-1196 Gland, Suiza
Unión Internacional de Geodesia y Geofísica (miembro del CIUC) – Asociación Internacional de Ciencias Hidrológicas – Asociación Internacional de Meteorología y Física Atmosférica
IUGG
Observatoire Royal, avenue Circulaire 3, B-1180 Bruselas, Bélgica P.O. Box 6067, 2500 JA, Delft, Países Bajos National Centre for Atmospheric Research , P.O. Box 3000, Boulder, CO 80307 EE.UU.
Unión Internacional de Ciencias Geológicas (miembro del CIUC)
UICG
AICH AIMFA
Maison de la Géologie, Rue Claude-Bernard 77, F-75005 París, Francia
CAPÍTULO 5
Unión Geográfica Internacional (miembro del CIUC)
AIREH
University of Illinois, 205 North Mathews Avenue, Urbana, IL 61801 EE.UU.
Asociación Internacional de Distribución del Agua
IWSA
1 Queen Anne’s Gate, London SW1H 9BT, Reino Unido.
Unión de Asociaciones Técnicas Internacionales (miembro del CIUC)
UITA
UNESCO, 1 rue Miollis, F-75015 París, Francia.
Comisión Internacional de Ingeniería Agrícola
CIGR
CHO-TNO, P.O. Box 6067, 2600 JA Delft, Países Bajos.
Unión Internacional de Química Pura y Aplicada
IUPAC
Bank Court Chambers, 2-3 Pound Way, Templars Square, Cowley, Oxford OX4 3YF, Reino Unido.
– Asociación Internacional de Investigaciones Hidráulicas AIIH
Rotterdamseweg 185, P.O. Box 177, 2600 MH Delft, Países Bajos.
– International Commission on Large Dawns
ICOLD
Bd. Haussmann 151, F-75008 París, Francia.
– Comisión Internacional de la Irrigación y Saneamiento
ICID
48 Nyaya Marg, Chanakyapuri, Nueva Delhi 110021, India.
– World Energy Conference
WEC
34 St. James Street, London SW1A 1HD, Reino Unido.
Asociación Internacional Permanente de los Congresos de Navegación
PIANC
WTC-Tour 3, 26e étage, Boulevard S. Bolivar 30, B-1210 Bruselas, Bélgica
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES
Asociación Internacional de Recursos Hídricos
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86
CAPÍTULO 5
5.6
Cooperación institucional en cuencas fluviales y lacustres internacionales Existen numerosos acuerdos y tratados internacionales relativos al uso común de ríos internacionales y aguas limítrofes, y muchos de dichos acuerdos y tratados son el resultado de una cooperación institucional entre los países interesados. La lista de las principales instituciones internacionales de esta clase figura, según las regiones de la OMM, en el Manual INFOHYDRO [6]. Referencias 1. Naciones Unidas, 1982: The United Nations Organizations and Water, 8300237, Nueva York. 2. Naciones Unidas, 1992: The United Nations Organizations and Water: Briefing Note on the Scope and Nature of the Activities of the Organizations of the United Nations System. 3. Naciones Unidas, 1992: Conferencia Internacional sobre el Agua y el Medio Ambiente. El desarrollo en la perspectiva del siglo XXI. Declaración de Dublín e Informe de la Conferencia, 26-31 de enero de 1992, Dublín, Irlanda. 4. Naciones Unidas, 1992: Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (CNUMAD). Programa 21, Río de Janeiro, Brasil. 5. Organización Meteorológica Mundial/Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, 1991: Progress in the implementation of the Mar del Plata Action Plan and a strategy for the 1990s. Report on Water Resources Assessment. 6. Organización Meteorológica Mundial, 1987: Servicio de información y referencias hidrológicas — Manual INFOHYDRO. Informe de hidrología operativa Nº 28, OMM – Nº 683, Ginebra.
PARTE B INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS Y MÉTODOS DE OBSERVACIÓN Y DE ESTIMACIÓN CAPÍTULO 6 RESUMEN DE LOS INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS Y MÉTODOS DE OBSERVACIÓN 6.1 El ciclo hidrológico como materia de observación El agua se encuentra en la Tierra en cantidades considerables en sus tres estados físicos: líquido, sólido y gaseoso. Se encuentra también en los tres principales ambientes accesibles al hombre: la atmósfera, los mares y océanos, y los continentes. Como el agua pasa fácilmente de un ambiente a otro y de una fase a otra, según el entorno, es una materia dinámica tanto en espacio como en tiempo. El ciclo hidrológico se puede considerar, desde un punto de vista conceptual, como un sistema con diversas variables: unas representan las transferencias hídricas y otras las masas de agua presentes en los espacios donde se pueden acumular. El ciclo hidrológico se resume en la figura de abajo. En general, la ciencia de la hidrología no abarca todo el ciclo hidrológico, sino que se limita a la parte continental del ciclo y a sus interacciones con los océanos y la atmósfera. En vista de que el hombre pasa una gran parte de su tiempo en la superficie terrestre, y de que el agua es a la vez indispensable para la vida y un peligro potencial para la misma, el conocimiento hidrológico es inestimable para la supervivencia de la humanidad y su bienestar. Una manera frecuente de adquirir este conocimiento es realizando mediciones puntuales de los almacenamientos y caudales de agua en el tiempo y el espacio. El análisis o la síntesis de estas mediciones o datos constituyen el conocimiento o la información en hidrología. La parte D de esta Guía, versa sobre el análisis hidrológico. Dos de las ecuaciones básicas que describen la física del ciclo hidrológico se aplican también a los sistemas utilizados para hacer mediciones de sus propiedades transitorias: 1) la ecuación de continuidad de la masa y 2) la ecuación de la continuidad de la energía. Por ejemplo, una forma de la ecuación para la continuidad de la masa: Q = AV
(6.1)
a menudo sirve como base para determinar el flujo en una corriente o un canal. En la ecuación 6.1, Q es el flujo instantáneo a través de una sección transversal de un canal con un área A, y V la velocidad media de la corriente. Con frecuencia, el flujo, llamado también caudal, no se puede medir directamente en los ríos, incluso en pequeñas corrientes de agua. Por otra parte, la superficie de la sección transversal se
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CAPÍTULO 6
puede medir mediante un muestreo de las dimensiones espaciales y las velocidades utilizando molinetes. De esta manera, la ecuación 6.1, que se describe en detalle en el capítulo 11, permite determinar el caudal de los ríos, incluso los más grandes del mundo. Otro ejemplo de la función de la ecuación de la continuidad de la masa se refiere a la evaporación del agua de un lago. En este ejemplo, la ecuación toma la forma: P + I - O - E = ∆S
(6.2)
Nubes de lluvia Formación de nubes
PRECIPITACIONES EVAPORACIÓN
Escorrentía superficial Infiltración
SUELO ROCA Percolación profunda
Agua subterránea
OCÉANO
El ciclo hidrológico es un sistema cerrado en el interior del cual circula el agua. Todo el sistema funciona por el exceso de radiaciones solares descendentes con respecto a las radiaciones ascendentes. El ciclo está compuesto de los siguientes subsistemas: atmosférico, escorrentía superficial y subterránea.
Concepto general del ciclo hidrológico
RESUMEN DE LOS INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS
89
donde P es la cantidad de precipitaciones que caen sobre la superficie del lago durante un período de observación, I y O el agua superficial y subterránea que entra y sale, respectivamente, en este período, E la cantidad de agua evaporada desde la superficie del lago, y ∆S la variación en el volumen de agua del lago durante el período considerado. Las precipitaciones se pueden medir según las técnicas descritas en el capítulo 7; las entradas y salidas de agua se pueden medir usando las técnicas descritas en los capítulos 10, 11, 12 y 16; las variaciones en el volumen de agua del lago se pueden calcular en función de la diferencia de nivel de la superficie del lago al inicio y al final del período de observación. El capítulo 10 versa sobre la medición del nivel de agua. Al obtener cuatro de los cinco términos de la ecuación 6.2, por medición u observación, el quinto término, la evaporación, se deduce algebraicamente. La exactitud de la evaporación que se obtiene con la ecuación 6.2 depende de la de los otros cuatro términos. El resultado, con frecuencia, no es satisfactorio cuando es difícil medir uno o varios de esos términos. En ese caso, se recomienda utilizar la ecuación de la continuidad de la energía para estimar la evaporación a partir de la energía requerida para que el agua pase de la fase líquida a la fase de vapor. El capítulo 9 contiene directrices sobre este enfoque. Además de los temas antes mencionados, esta parte de la Guía contiene instrucciones sobre la estimación de la capa de nieve y sus propiedades (capítulo 8), la medición del caudal de sedimentos (capítulo 13), la medición de la humedad del suelo (capítulo 15) y el análisis de la calidad del agua (capítulo 17). Al limitar el volumen de la Guía se debe restringir su contenido. Con el fin de obtener información más detallada sobre los temas tratados, el lector puede consultar: para la medición del caudal, el Manual de Aforos de Caudales [1] y para el análisis de muestra, la Guía operativa del SIMUVIMA–Agua [2]. Si bien las normas internacionales existentes de la ISO no son obligatorias, se ruega al lector que se refiera a las normas internacionales de esa Organización relativas a los métodos para medir caudales líquidos en canales abiertos. La ISO ha establecido más de 26 normas [3] para varios tipos y métodos de mediciones. Se pueden encontrar también referencias importantes en las actas de los simposios, seminarios y cursillos internacionales sobre hidrometría, organizados por la AICH, la OMM y la UNESCO. Esta parte de la Guía cubre una amplia gama de instrumentos y métodos de observación de variables hidrológicas. En la práctica, la mayoría de los métodos de medición que se describen en esta Guía se sigue utilizando, a pesar del advenimiento de nuevas técnicas. La selección de las nuevas técnicas se debe hacer a partir de una variedad, constantemente en aumento, de instrumentos y métodos de observación. Los Servicios Hidrológicos tienen la tendencia de retrasar la adopción de nuevas técnicas debido a los gastos que ocasiona la compra del equipo y la formación del personal. Prefieren, en general, mantener una cierta homogeneidad en los
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CAPÍTULO 6
instrumentos para reducir al mínimo los gastos de capacitación del personal y el mantenimiento de los equipos. 6.2 Técnicas emergentes Los capítulos siguientes de esta parte de la Guía se refieren a las técnicas probadas y de uso corriente en muchas partes del mundo. Sin embargo, como se indicó antes constantemente surgen nuevas técnicas. En esta sección se hace un breve resumen de estas técnicas para que los Servicios Hidrológicos se mantengan informados de las posibilidades que éstas ofrecen. 6.2.1 Teledetección En el ámbito de las mediciones hidrológicas se usan a menudo dos tipos de técnicas de teledetección: técnica activa (mediante la emisión de un haz de radiación artificial hacia un objetivo, y el análisis de la respuesta del objetivo), o pasiva (mediante el análisis de la radiación natural de un objeto). En los métodos activos, la radiación es electromagnética de alta frecuencia (radar) o acústica (dispositivos ultrasónicos). El aparato se instala en el suelo (radar ultrasónico) en aviones o en satélites (radar). Los dispositivos ópticos (láser) todavía no se utilizan con mucha frecuencia en hidrología. La teledetección activa se utiliza generalmente para la medición de zonas, pero puede también usarse para mediciones puntuales (dispositivos ultrasónicos). En los métodos pasivos, la radiación es electromagnética (desde el infrarrojo hasta el violeta y muy pocas veces el ultravioleta). Las aplicaciones más corrientes se realizan con un analizador multiespectro, que es aerotransportado, y más frecuentemente instalado en un satélite. La medición con este método se realiza siempre en una zona determinada. El radar se usa actualmente para medir la intensidad de la lluvia en una superficie dada. Otros usos de la teledetección están todavía muy limitados en hidrología; se utilizan, sin embargo, en la medición de masas de agua y en la extensión de las inundaciones. Además, el uso de hiperfrecuencias (microondas) podría ofrecer algunas posibilidades para medir la humedad del suelo. 6.2.2 Microelectrónica Una visión general de la fabricación, características técnicas, adquisición y mantenimiento de productos microelectrónicos, da una idea de la posible aplicación en la instrumentación hidrológica. No es necesario que un Servicio Hidrológico tenga experiencia en el diseño y fabricación de instrumentos hidrológicos basados en la microelectrónica. La industria de la microelectrónica es muy dinámica; todos los años aparecen nuevos componentes y dispositivos electrónicos que presentan empresas recientemente implantadas. Cada año salen al mercado nuevos productos comerciales, siem-
RESUMEN DE LOS INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS
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pre más numerosos y variados, y con frecuencia más baratos. Esto se debe a las nuevas técnicas de fabricación y de creación de diseños, así como a la economía de escala que permite reducir el precio de costo de la producción en grandes cantidades. El precio unitario bajo se obtiene porque el costo del diseño y la preparación de la fabricación se distribuye entre numerosas unidades. Es muy importante saber también que todos los años se interrumpe la producción de numerosos componentes y productos existentes. Desafortunadamente, la demanda de instrumentos hidrológicos es en general muy pequeña, en comparación con otros mercados. Por lo tanto, el costo de dichos instrumentos no se beneficia de la economía de escala al mismo nivel que muchos otros productos. Asimismo, es necesario que los instrumentos hidrológicos funcionen automáticamente, con corriente eléctrica de baja potencia y en un entorno que pueda incluir una amplia gama de temperaturas, grados de humedad, polvo y otros factores ambientales. Esto incrementa mucho el costo unitario. Otros aparatos microelectrónicos que han sido diseñados para usarlos en situaciones rigurosas, como los de uso militar, están con frecuencia en un orden de costos que supera las posiblidades de muchos Servicios Hidrológicos. Existe en el mercado una extensa serie de instrumentos hidrológicos producidos en su mayoría por pequeñas o medianas empresas especializadas. Cada empresa publica una documentación sobre el funcionamiento, las interfases y las normativas ambientales impuestas a los instrumentos. Es responsabilidad del usuario, cuando acepta el instrumento, verificar que éste responda eficazmente a las normas prescritas. 6.2.3 Microprocesadores Técnicamente, los microprocesadores son computadoras. Su introducción en las actividades de recopilación de datos hidrológicos tuvo lugar a mediados de los años 70 con la fabricación de plataformas de recopilación de datos (PRD) para la adquisición y transmisión de datos hidroclimáticos. El uso de microprocesadores permite: a) corregir, en tiempo real, las señales indicadas por el sensor; b) obtener sobre el terreno una primera información a partir de datos en bruto (por ejemplo cálculo de la media y extracción de extremos); c) convertir la señal de un sensor en otro parámetro (por ejemplo nivel de agua en caudal mediante la aplicación de la curva de caudales); d) variar el programa de medición (por ejemplo la frecuencia de acuerdo al valor del parámetro). Los microprocesadores son también muy útiles ya que facilitan la aplicación de otros métodos de medición (por ejemplo el método del bote móvil para mediciones de caudal), así como para realizar en tiempo real diversas operaciones de cálculo de datos.
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CAPÍTULO 6
6.2.4 Registradores automáticos de varios parámetros Las características de funcionamiento de los registradores automáticos de varios parámetros incluyen la medición, el almacenamiento y el control y, para muchos registradores, la telemetría de datos hidrológicos. Estas tres funciones se reflejan en la estructura de estos instrumentos. Como su nombre lo indica, los registradores automáticos de varios parámetros están diseñados para integrar datos procedentes de dos o más subsistemas de mediciones, con un subsistema de almacenamiento y control. El registrador debe interactuar con otros factores exteriores, como el sistema de suministro de energía eléctrica, el ambiente hidrológico propiamente dicho, la pantalla de visualización de datos y los operadores que dan inicio o ponen en funcionamiento de rutina el subsistema. La función de un subsistema de medición hidrológica es captar una señal específica del agua y convertirla en un dato adecuado para ser visualizado, registrado o procesado. Por ejemplo, la medición mecánica del nivel del agua se obtiene con un flotador conectado a una plumilla que marca sobre una banda registradora, o una perforadora de cinta de papel, mientras que los sistemas microelectrónicos generan una señal eléctrica. Los datos que suministran los aparatos mecánicos también se pueden observar directamente en una pantalla. Otros subsistemas más recientes, utilizan otras técnicas de medición. Los subsistemas de almacenamiento y control de los registradores aceptan señales de dos o más subsistemas de medición y las almacenan en un formato adecuado para la recuperación, el análisis o la telemetría. Estas señales se pueden transmitir continuamente o a intervalos de tiempo fijos o irregulares. La transferencia de datos se puede ordenar de cualquier parte de las interfases entre los subsistemas. La comunicación de los datos a través de las interfases debe estar claramente definida para cada subsistema y éstos deben ser compatibles. Muchos subsistemas modernos de almacenamiento y control pueden realizar análisis complejos de datos en tiempo real y usar estos análisis para calcular información derivada, compactar datos o iniciar una acción. Por ejemplo, con algunos subsistemas se pueden recopilar datos en condiciones que cambian rápidamente, como la velocidad y la dirección del viento (un conjunto de parámetros muy variables), y calcular y almacenar datos estadísticos, en vez de valores discretos. El subsistema puede tomar el control automático en función de los valores recibidos. Los subsistemas modernos son capaces de enviar señales de control al subsistema de medición para aumentar la frecuencia de las medidas, o enviar señales al subsistema telemétrico para iniciar los avisos o mensajes de alerta que se transmiten. Asimismo, algunos registradores de datos multiparámetros equipados con telemetría pueden tener un sistema de funcionamiento que se controla a distancia, a través del subsistema telemétrico. Los subsistemas hidrológicos de telemetría consisten también en tres elementos: un equipo de detección sobre el terreno, un medio de comunicación, como el teléfono
RESUMEN DE LOS INSTRUMENTOS HIDROLÓGICOS
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o enlaces de radiocomunicación, y las estaciones de recepción. El equipo de detección sobre el terreno es un registrador de datos de varios parámetros como el antes definido. Los párrafos siguientes tratan del subsistema de telemetría sobre el terreno. En algunos modelos, se ha previsto una comunicación bidireccional entre una estación hidrológica a distancia y una estación central de recepción. En otros modelos, el sistema sólo acepta una comunicación unidireccional desde la estación a distancia hasta la estación central de recepción. En el primer caso, la estación se interroga y se le ordena transmitir los datos. En el segundo caso, la estación inicia una transmisión después de un tiempo determinado o cuando el dato hidrológico excede una condición límite. Se puede controlar la transmisión de manera que se produzca a intervalos fijos o aleatorios. Los subsistemas hidrológicos actuales de telemetría comunican por microondas, radio o teléfono. La transmisión por microondas requiere un enlace visual directo, mientras que la transmisión por radio puede ser visual directa o retransmitida mediante un enlace de transmisión en tierra o instalado a bordo de un satélite de órbita terrestre. En los subsistemas telemétricos es necesario que el sistema instalado a distancia satisfaga las normas del medio de comunicación utilizado. Por ejemplo, como las calidades particulares de líneas telefónicas sólo pueden aceptar algunas velocidades de comunicación de datos, el subsistema telemétrico debe ajustarse a esas velocidades de transmisión. Asimismo, el uso de un satélite como relé para la transmisión telemétrica de datos requiere que el sistema a distancia emita los datos dentro de los límites bien definidos de potencia y frecuencia, y según otras normas de comunicación propias al satélite, que determina el operador del satélite. Las características de los registradores automáticos de datos de varios parámetros son los componentes materiales, los programas informáticos y las características físicas como el tamaño, el peso y la potencia eléctrica. El microprocesador, los circuitos, y otros componentes físicos de estos registradores forman lo que se denomina hardware; y el principal componente es el microprocesador (véase la sección 6.2.3). Los primeros microprocesadores comercializados podían procesar de cuatro a ocho bits de información a la vez, y se conocían como microprocesadores de 4 a 8 bits. Más adelante se introdujeron en el mercado los microprocesadores de 16 a 32 bits. Los microprocesadores utilizados en los registradores de datos de varios parámetros hidrológicos deben tener una secuencia de instrucciones muy bien definidas (programas) para determinar las operaciones de los registradores. Estas instrucciones definen muchas facetas del funcionamiento interno del sistema, así como la manera en que el microprocesador funciona con otros elementos del hardware. El programa informático determina cómo el microprocesador mantiene el tiempo, cómo y a qué frecuencia
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CAPÍTULO 6
envía los datos a los dispositivos de almacenamiento de datos o al subsistema telemétrico, y todas las múltiples tareas que debe realizar. La programación del funcionamiento de un registrador de datos se realiza por medio de un dispositivo separado o por interruptores, o un teclado diseñado como parte integrante del subsistema de almacenamiento y control. En la actualidad, los registradores automáticos de datos de varios parámetros son pequeños y ligeros en comparación con los instrumentos tradicionales de recopilación de datos hidrológicos que sustituyen. Gracias a su pequeño tamaño y a las bajas exigencias de potencia eléctrica, con frecuencia funcionan con baterías y se pueden instalar en pequeñas garitas protegidas de la intemperie. Muchos de ellos tienen una pantalla, lo que permite, en la visitas de técnicos o hidrológos, evaluar el estado de funcionamiento y revisar la calidad de los datos recopilados. Referencias 1. Organización Meteorológica Mundial, 1980: Manual on Stream Gauging. Volúmenes I y II, Informe de hidrología operativa Nº 13, OMM–Nº 519, Ginebra. 2. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente/Organización Mundial de la Salud/Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura/Organización Meteorológica Mundial, 1992: Global Environment Monitoring System (GEMS)/Water Operational Guide. Canada Centre for Inland Waters, Burlington, Ontario. 3. Organización Internacional de Normalización, 1983: Measurement of Liquid Flow in Open Channels. ISO Standards Handbook 16, Ginebra.
CAPÍTULO 7 MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
7.1 Condiciones generales El volumen total de las precipitaciones que llegan al suelo durante un período determinado se expresa en función del nivel que alcanzarían sobre una proyección horizontal de la superficie terrestre, una vez se hayan fundido todas las precipitaciones caídas en forma de nieve o hielo. Las nevadas se miden también en función del espesor de la nieve fresca que cubre una superficie plana y horizontal. El objetivo principal de cualquier método de medición de las precipitaciones es obtener muestras representativas de la precipitación en la zona a que se refiera la medición. En hidrología, es fundamental medir el valor exacto de las precipitaciones. Por lo tanto, es muy importante que se tenga en cuenta la elección del emplazamiento y la forma y exposición del pluviómetro; además, deben tomarse medidas para impedir las pérdidas por evaporación, efectos del viento y salpicaduras. En este capítulo se examinan las facetas de la medición de precipitaciones más importantes para las prácticas hidrológicas. La Guía de Instrumentos y Métodos de Observación Meteorológicos [1] contiene más información sobre este tema. 7.2 Emplazamiento del pluviómetro En una instalación ideal, el agua recogida en un pluviómetro representará las precipitaciones que se hayan producido en la zona circundante. Sin embargo, en la práctica es difícil crear estas condiciones debido a los efecto del viento, por lo que habrá que prestar gran atención a la elección del emplazamiento. Los efectos del viento se pueden considerar desde dos aspectos: efectos sobre el instrumento mismo, que en general reducen la cantidad de agua recogida, y efectos del emplazamiento sobre la trayectoria del viento, a menudo más importantes y pueden dar resultados superiores o inferiores de la precipitación medida. Las perturbaciones creadas por un obstáculo dependen de la relación entre sus dimensiones lineales y la velocidad de caída de la precipitación. Este efecto se reduce, aunque no se elimina del todo, al elegir el emplazamiento de modo que la velocidad del viento al nivel de la boca del instrumento sea lo más pequeña posible, pero de manera que la lluvia no sea detenida por objetos circundantes, y/o al modificar los alrededores del pluviómentro de modo que la corriente de aire que pase sobre la
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CAPÍTULO 7
boca de éste sea lo más horizontal posible. Todos los pluviómetros de una región o país deben estar instalados de manera similar y en las mismas condiciones. El pluviómetro se debe exponer con su boca en posición horizontal sobre el nivel del suelo. Si el emplazamiento lo permite, el pluviómetro deberá estar protegido del viento en todas las direcciones por objetos (árboles, arbustos, etc.), cuya altura sea lo más uniforme posible. La altura de estos objetos sobre la boca del pluviómetro deberá ser por lo menos la mitad de la distancia que existe entre el instrumento y los objetos (para proporcionarle una protección adecuada del impacto del viento), pero no deberá exceder la distancia existente entre el pluviómetro y los objetos (para evitar la intercepción de parte de la lluvia que llega al pluviómetro). La situación ideal es tener ángulos de 30° y 45° entre la cima del pluviómetro y la de los objetos circundantes. Deben evitarse, como protección para el pluviómetro, objetos como rompevientos consistentes en una sola hilera de árboles, pues tienden a aumentar la turbulencia en el sitio del pluviómetro. También debe evitarse la protección aislada o irregular cerca del pluviómetro, debido a los efectos variables e impredecibles que puedan tener sobre lo que éste capte. Cuando no sea posible garantizar una protección adecuada contra el viento, es mejor suprimir todos los obstáculos situados a una distancia del instrumento igual a cuatro veces sus respectivas alturas. Asimismo, deberá elegirse un emplazamiento cubierto de la fuerza del viento para impedir los errores de mediciones que se puedan originar por este motivo. Siempre habrá que actuar con precaución, de modo que el emplazamiento elegido no produzca perturbaciones significativas en el flujo del viento. Convendrá evitar las pendientes y los suelos fuertemente inclinados en una dirección (sobre todo si ésta coincide con la del viento predominante). El terreno circundante puede estar cubierto de césped, grava, o ripio, pero una superficie plana y dura como la de cemento origina salpicaduras excesivas. La boca del pluviómetro debe hallarse lo más baja posible con relación al suelo (la velocidad del viento aumenta con la altura), pero ha de estar al mismo tiempo lo suficientemente elevada para evitar que el agua que cae al suelo salpique el pluviómetro. En las regiones donde la nieve es escasa y donde no hay peligro de que las inmediaciones del pluviómetro estén cubiertas por charcos de agua, incluso en caso de lluvias intensas, se recomienda una altura normalizada de 30 centímetros. Si no se cumplen estas condiciones, se recomienda una altura normalizada de un metro. En lugares expuestos, en los que no se dispone de una protección natural, se ha observado que se pueden obtener mejores resultados, al medir las precipitaciones líquidas, si el pluviómetro se instala en un pozo, de modo que su borde esté a nivel del suelo (figura 7.1). El pozo se cubre con una rejilla antisalpicaduras, de plástico fuerte o metal, con una abertura central para el embudo del pluviómetro. La rejilla antisalpicaduras debe componerse de finos listones de unos 12,5 cm de largo, colocados
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MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
verticalmente con un espaciamiento de unos 12,5 cm en un modelo simétrico cuadrado. La zona que rodea al pluviómetro deberá estar nivelada y libre de obstrucciones importantes, por lo menos, en 100 metros hacia todas las direcciones. Otra posible instalación, pero no tan efectiva, sería instalar el pluviómetro en el centro de un muro circular de césped. La pared interior del muro deberá ser vertical, con un radio de cerca de 1,5 metros. La pared exterior deberá inclinarse en un ángulo de unos 15° con respecto a la horizontal. La parte superior del muro debe estar al mismo nivel que la boca del pluviómetro. Deberán tomarse medidas para el drenaje. Debe tenerse en cuenta que el pluviómetro de pozo está previsto para medir precipitaciones líquidas y que no debe usarse en mediciones de nevadas. Otro medio de modificar las inmediaciones del pluviómetro consiste en disponer pantallas apropiadas en torno al instrumento. Cuando están bien concebidas, estas pantallas permiten obtener resultados mucho más representativos que los que se consiguen con los pluviómetros no protegidos, totalmente expuestos al viento. La protección ideal debe: a) asegurar un flujo de aire paralelo a la boca del pluviómetro; b) evitar toda aceleración local del viento sobre la boca del pluviómetro; c) reducir en lo posible la velocidad del viento que azota lateralmente el pluviómetro; en estas condiciones, la altura de la boca del pluviómetro por encima del suelo reviste mucha menos importancia; d) evitar toda salpicadura en dirección de la boca del pluviómetro; en estas condiciones, la altura de la boca del pluviómetro por encima del suelo reviste mucha menos importancia; e) evitar que la nieve obstruya la boca del pluviómetro.
; ;
E
C
N
D
B C D E N
v v v v v
B
5 cm 5 cm 60 cm 60 cm 30 cm
Figura 7.1 — Pluviómetro enterrado para medir las precipitaciones líquidas
98
CAPÍTULO 7
La precipitación en forma de nieve está mucho más condicionada a los efectos adversos del viento que la lluvia. En lugares excepcionalmente ventosos, la captación en un pluviómetro con o sin protección contra el viento, puede ser inferior a la mitad de la caída de nieve real. Los emplazamientos elegidos para medir nevadas y/o la capa de nieve deben, en lo posible, estar en zonas protegidas del viento. Las pantallas de protección, acopladas a los pluviómetros, han demostrado ser bastante efectivas para reducir los errores de captación de la precipitación debidos al viento, en especial para precipitaciones sólidas. Sin embargo, ningún protector hasta el momento elimina por completo los errores de medición causados por el viento. 7.3 Pluviómetros no registradores 7.3.1 Generalidades Los pluviómetros no registradores, utilizados por la mayoría de los Servicios Meteorológicos e Hidrológicos para las mediciones oficiales, consisten casi siempre en receptáculos abiertos con lados verticales, por lo general en forma de cilindros rectos. En los distintos países, se utilizan diferentes alturas y tamaños de boca, por lo tanto las mediciones no son en realidad comparables. La altura de la precipitación captada en un pluviómetro se calcula por medio de un tubo medidor o de una regla graduados. En pluviómetros que posean paredes no verticales, la medición se hace, ya sea pasando o midiendo el volumen del contenido, o midiendo la profundidad con una varilla o regla de medir especialmente graduadas. 7.3.2 Pluviómetros normalizados El pluviómetro ordinario utilizado para la lectura tiene, con frecuencia, la forma de un tubo colector que desemboca en un recipiente. El diámetro de la boca del tubo colector no tiene importancia; lo más práctico es una superficie de recepción de 200 a 500 cm2, aunque en algunos países se utiliza un área de 1 000 cm2. Es conveniente que el diámetro del tubo medidor sea igual a 0,1 del diámetro de la boca del colector. Cualquiera que sea el tamaño elegido, la graduación del dispositivo de medición debe estar en relación con éste. Las características más importantes de un pluviómetro son las siguientes: a) el borde del colector debe tener una arista cortante, descender verticalmente en la parte interior y estar biselado en pendiente rápida en el exterior; los nivómetros se deben diseñar de modo que sean muy reducidos los errores debidos a la obturación parcial de la boca por la acumulación de nieve húmeda en sus bordes; b) la superficie de la boca debe conocerse con una precisión del 0,5 por ciento y la construcción del dispositivo debe ser de manera que esta superficie sea constante; c) el colector debe estar diseñado de modo que se evite toda clase de salpicadura; esto puede lograrse dando la suficiente profundidad a la pared vertical y una inclinación bastante pronunciada al embudo (como mínimo 45°);
MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
99
d) el cuello del tubo colector debe ser estrecho y estar bien protegido de la radiación para minimizar las pérdidas de agua por evaporación; e) cuando parte de la precipitación cae en forma de nieve, el embudo debe ser bastante profundo para almacenar la caída de nieve de un día; esto es importante para impedir que la nieve se amontone fuera del embudo. Los pluviómetros utilizados en lugares donde sólo se pueden efectuar lecturas semanales o mensuales, deben tener un diseño similar al del tipo usado para lecturas diarias, pero con un colector de mayor capacidad y una construcción más sólida. 7.3.3 Pluviómetros totalizadores Los pluviómetros totalizadores se utilizan para medir la precipitación total de una estación en zonas aisladas o escasamente habitadas. Estos pluviómetros se componen de un colector unido a un embudo que desemboca en un recipiente que tiene la capacidad necesaria para contener las lluvias estacionales. Al instalar estos pluviómetros, deben tenerse en cuenta los criterios de exposición y protección indicados en secciones anteriores. En las zonas en las que se producen nevadas muy importantes, el colector se debe colocar a una altura superior a la capa de nieve máxima prevista. Esto se logra instlando el pluviómetro en una torre o montando el colector en un tubo de acero de 30 cm de diámetro y de una altura suficiente para que la cubeta esté siempre por encima de la altura máxima de la nieve acumulada. En el recipiente se vierte una solución anticongelante para que se derrita la nieve que cae en el pluviómetro. Una solución apropiada de este tipo consiste en una mezcla, por unidad de peso, de 37,5 por ciento de cloruro de calcio comercial (con una pureza del 78 por ciento) y de 62,5 por ciento de agua. También puede utilizarse una solución de etilenglicol. La segunda solución anticongelante, aunque más cara, es menos corrosiva que el cloruro de calcio y da mayor protección sobre una gama más amplia de concentraciones. El volumen del anticongelante vertido en el recipiente no debe exceder un tercio de la capacidad total del pluviómetro. Para evitar la pérdida de agua por evaporación debe usarse una fina película de aceite, en este caso 8 mm de espesor son suficientes. Se recomienda usar aceites de motor no detergentes y de baja viscosidad. No se deben utilizar aceites de transformador o con siliconas. El valor de las precipitaciones estacionales se determina al pesar o medir el volumen del líquido contenido en el recipiente. Sea cual fuere el método que se emplee, debe tenerse en cuenta la cantidad de anticongelante introducida en el recipiente al comienzo de la estación. 7.3.4 Métodos de medición Para la medición de la lluvia recogida en el pluviómetro se utilizan corrientemente dos métodos: una probeta graduada y una varilla graduada para la medición del nivel.
100
CAPÍTULO 7
La probeta graduada debe estar hecha de vidrio transparente, con un reducido coeficiente de dilatación, y llevar claramente indicadas las dimensiones del pluviómetro con el que ha de usarse. Su diámetro no debe ser superior a un tercio del de la boca del pluviómetro. Las graduaciones deben marcarse con cuidado; por lo general, sólo se deben hacer cada 0,2 mm, indicando claramente las líneas correspondientes a cada milímetro entero. Es también conveniente que se marque la línea correspondiente a 0,1 mm. Cuando no sea necesario medir las precipitaciones con tanta exactitud, la graduación será de 0,2 a 1,0 mm, y después cada milímetro siguiente, y señalar bien claro cada graduación correspondiente a 10 mm. Si se quiere que las mediciones sean exactas, el error máximo de las graduaciones no debe exceder de ±0,05 mm en la graduación correspondiente a 2 mm o por encima de ella, ni de ±0,02 mm por debajo de esa marca. Para lograr esta exactitud con pequeñas cantidades de lluvia, el interior de la probeta debe tener una base de forma cónica. En todas las mediciones, se debe tomar como línea básica el punto inferior del menisco de agua; es importante mantener vertical la probeta y evitar los errores de paralaje. Es útil, al respecto, que las principales líneas de graduación se repitan en el interior de la probeta. Las varillas medidoras de nivel deben ser de cedro o de otro material apropiado que no absorba mucho el agua y cuyo efecto de capilaridad sea reducido. Las varillas de madera no deben usarse si se ha añadido aceite al colector para evitar la evaporación del agua; se usarán varillas de metal o de otro material fácil de limpiar. Estas varillas deben tener un pie de metal para evitar el desgaste y estar graduadas de acuerdo con la relación entre la superficie de los cortes transversales de la entrada del pluviómetro y del recipiente, teniendo en cuenta el agua que desplaza la propia varilla. Se deben hacer marcas cada 10 mm. El error máximo de graduación admisible en una varilla de medición de nivel no debe exceder ±0,5 mm en ningún punto. Si bien la medición puede hacerse con una varilla, siempre que sea posible, será mejor controlar el resultado con una probeta graduada. Se puede también medir la cantidad de agua por el peso; este método tiene varias ventajas. Para ello, se pesa el recipiente y su contenido y se sustrae el peso del recipiente vacío. De este modo no existe peligro de que se produzcan derrames ni que parte del agua quede adherida a las paredes del recipiente. Los métodos corrientes son, sin embargo, más simples y baratos. 7.3.5 Errores y exactitud de las lecturas Siempre que las lecturas se hagan con el debido cuidado, los errores que puedan cometerse en la medición del agua recogida en el pluviómetro son mínimos comparados con los errores debidos a la instalación del instrumento. Las lecturas diarias deben redondearse a los 0,2 mm más cercanos y de preferencia a la décima de milímetro más próximo, y las lecturas semanales o mensuales pueden redondearse al
MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
101
milímetro más cercano. Las principales fuentes de error en la medición son el uso de probetas o varillas de medición sin graduación exacta, el derrame de parte del líquido cuando es transferido a la probeta y la incapacidad de trasvasar toda el agua del receptor a la probeta. Además de estos errores, pueden producirse pérdidas por evaporación. Éstas sólo pueden ser considerables en regiones de clima cálido y seco y en caso de que los pluviómetros se observen a intervalos poco frecuentes. Las pérdidas por evaporación se pueden reducir poniendo algo de aceite en el recipiente o diseñando el pluviómetro de modo que sea pequeña la superficie de agua expuesta a la evaporación, haya poca ventilación y que no se eleve mucho la temperatura interna del pluviómetro. La superficie receptora del pluviómetro debe ser lisa a fin de que las gotas de lluvias no se adhieran a ella. Esta superficie nunca se debe pintar. En invierno cuando las lluvias son a menudo seguidas de heladas, se pueden evitar los daños del recipiente, y por lo tanto las pérdidas por filtración, agregando una solución anticongelante. Esta medida se aplica a los pluviómetros visitados con poca frecuencia. Al proceder a la lectura del pluviómetro hay que tener en cuenta la solución añadida. Todos los pluviómetros se deben controlar periódicamente para detectar posibles pérdidas. 7.3.6 Corrección de errores sistemáticos Los efectos del viento, la humedad, la evaporación, la ventisca de nieve y las salpicaduras son en general la causa de que la cantidad de precipitación medida sea inferior (de tres a 30 por ciento o más) a la que realmente ocurrió. Este error sistemático puede ser corregido si los datos recogidos van a ser usados para cálculos hidrológicos [2]. Antes de hacer las correcciones, los datos originales deben archivarse. Los datos publicados deben llevar la mención “medidos” o “corregidos”, según proceda. Las correcciones que se pueden hacer a la medición de las precipitaciones dependen de las relaciones entre los componentes del error y los factores meteorológicos. Así, la pérdida debida a la perturbación del campo del viento cercano a la boca del pluviómetro está relacionada con la velocidad del viento y la estructura de la precipitación. Esta última se puede caracterizar según el período de tiempo usado, por la proporción de las precipitaciones de baja intensidad (ip ≤ 0,03 mm min-1), por un logaritmo de la intensidad de la lluvia, por la temperatura del aire y/o la humedad, y por el tipo de precipitación. La pérdida debida a las mojaduras está relacionada con el número de ocasiones y/o de días de lluvia, mientras que la pérdida por evaporación es una función del déficit de saturación y de la velocidad del viento. El error por exceso de precipitación medida como resultado de la ventisca o el esparcimiento de nieve está relacionado con la velocidad del viento. Si se deben aplicar correcciones diarias, se pueden utilizar los datos de las observaciones de los factores meteorológicos antes indicados, obtenidas en el sitio
102
CAPÍTULO 7
de medición o en sus inmediaciones. En sitios donde no se disponga de esas observaciones meteorológicas, sólo deben utilizarse estimaciones para períodos de tiempo mayores que un día, por ejemplo un mes. El valor de la corrección varía entre 10 y 40 por ciento para meses individuales y depende de la estimación de los factores meteorológicos empleados. El tabla 7.1 contiene los principales componentes del error sistemático en la medición de la precipitación. En la figura 7.2 se indica el factor de corrección k por el efecto de la deformación del campo de viento sobre el orificio del pluviómetro, estimado experimentalmente con varios pluviómetros. Es una función de dos variables: la velocidad del viento durante la precipitación al nivel del borde del pluviómetro y la velocidad de caída de las partículas de precipitación. Esta última depende de la estructura de la precipitación. El valor absoluto de la pérdida por humedad depende de la geometría y del material del colector y del depósito del pluviómetro, del número de mediciones de precipitaciones y de la cantidad, frecuencia y forma de las precipitaciones. Este valor es diferente si las precipitaciones caen en forma líquida, mezclada o sólida, y se pueden estimar por peso o por mediciones volumétricas en laboratorio. La pérdida por humedad para precipitaciones sólidas es en general más pequeña que para las precipitaciones líquidas porque el colector sólo se humedece una vez que la nieve se derrite. La pérdida total mensual por humedad, ∆P1, se puede calcular con la ecuación: _ ∆P1 = a M (7.1) donde P1 es el promedio de la pérdida por humedad diaria para un colector determinado y M el número de días de lluvia. Si la cantidad de precipitaciones se miden más de una vez al día, la pérdida total mensual por humedad se obtiene de la siguiente manera:
∆P1,2 = ax Mp
(7.2)
donde ax es el promedio de la pérdida a causa de la humedad y la medición de la precipitación para un pluviómetro determinado y una forma de precipitación, mientras que Mp es el número de mediciones de precipitaciones durante el período que se examina. La pérdida por evaporación se puede estimar de la siguiente forma:
∆P3 = ie τe
(7.3)
El valor de ie depende de la construcción, material y color del pluviómetro, de la forma y cantidad de precipitación, del déficit de saturación del aire y de la velocidad del viento al nivel del borde del pluviómetro durante la evaporación. Es difícil calcular ie teóricamente debido a la compleja configuración del instrumento. Sin embargo, ie se puede calcular con ecuaciones empíricas o funciones gráficas como
TABLA 7.1 Principales componentes del error sistemático en la medición de las precipitaciones y sus factores meteorológicos e instrumentales, enumerados en orden de importancia
(
Pk = kPc = k Pg + ∆P1 + ∆P2 + ∆P3 ± ∆P4 − ∆P5
)
donde Pk es la cantidad de precipitación ajustada, k factor de corrección, Pc la cantidad de precipitación captada por el colector del pluviómetro, Pg la cantidad medida de precipitación en el pluviómetro y P1 — P5 son ajustes para corregir errores sistemáticos como se definen más abajo:
k
Componente de error
Magnitud
Factores meteorológicos
Factores instrumentales
Pérdida debida a la deformación 2-10% del campo de viento por encima 10-50% * de la boca del pluviómetro
Velocidad del viento en la boca del pluviómetro y estructura de la precipitación
La forma, la superficie del receptor y la altura del receptor y del depósito del pluviómetro
Pérdidas debidas a la mojadura de las paredes interiores del colector y del depósito cuando se lo vacía
2-10%
Frecuencia , tipo y cantidad de precipitación, tiempo de secado del instrumento y frecuencia del vaciado del depósito
Los mismos que los anteriores y, además, el material, color y edad del colector y el depósito del pluviómetro
∆P3
Pérdidas debidas a la evaporación del depósito
0-4%
Tipo de precipitación, déficit de saturación del aire y velocidad del viento en la boca del pluviómetro durante el intervalo de tiempo que hay entre el fin de la precipitación y la medición
La superficie del receptor y la isolación del depósito, el color y, en algunos casos, la edad del colector o el tipo de embudo (fijo o desmontable)
∆P4
Salpicaduras hacia adentro y hacia afuera del pluviómetro
1-2%
Intensidad de las lluvias y velocidad del viento
La forma y la altura del colector y el tipo de instalación del pluviómetro
∆P5
Ventiscas de nieve
Intensidad y duración de la tormenta de nieve, velocidad del viento y estado de la cobertura de la nieve
La forma, la superficie del receptor y la altura del receptor y del depósito del pluviómetro
∆P1 + ∆P2
103
* Nieve.
MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
Símbolo
104
CAPÍTULO 7
a)a)
100
80
60 N (%)
1.3 1 2
100 80 60 40 40
1.2
k 20 1.1
20
1.0 0
2
4
6
8
10
U ph (m s -1 )
27°
C
1 2
8° C
5
% de sat. del oxígeno disuelto > mg/1 de oxígeno disuelto > DBO5 (filtrado) > DBO5 (estable) > DBO > Nitrato > Dureza provisional > Cianuro (excepto el ferrocianuro) > Fenoles monohídricos > Fenoles polihídricos > Cromato > Aceite (libre) > Aceite (libre) = Nitrato + nitrito = Ca + Mg = Fenoles mono y polihídricos
Fuente: OMM/FAO, 1985 : Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management. OMM–N° 634, Ginebra.
a) definir los datos que deben ser codificados. Son normalmente de la categoría de datos descriptivos que se usan frecuentemente (por ejemplo, el nombre de ubicaciones, las variables medidas, los métodos de análisis, las unidades de medición y los indicadores de calidad de datos); b) decidir cuándo la codificación debe ser realizada. Si el objetivo es que el registro y los documentos de entrada de datos sean compatibles, la codificación debe realizarse en el momento de adquisición de datos por el observador hidrólogo o el técnico de laboratorio. Aunque mucho menos deseable, los datos también pueden codificarse al introducirlos en la computadora. Esto detiene el proceso de entrada de datos y requiere la intervención de un operador más capacitado y con más experiencia; c) estudiar la posibilidad de utilizar sistemas de codificación existentes (nacional o internacional) para algunos datos. Los inventarios de códigos para variables, métodos de análisis de laboratorio, y unidades de medición codificadas han sido desarrollados por varios países. La adopción de dichos sistemas de códigos permiten el intercambio de datos y reducen la necesidad de dedicar recursos en hacer nuevas listas de códigos;
350
CAPÍTULO 22
d) obtener o preparar listas de códigos, incorporar los códigos en el informe y la forma de entrada de datos y en los sistemas informáticos, incluso instrucciones para la codificación (y listas de códigos pertinentes) en las hojas de instrucciones técnicas; e) capacitar observadores en el uso de códigos y para controlar la manera de rellenar los formularios desde el inicio del sistema de códigos. Este control debería ser hecho por varios meses para permitir que el técnico se familiarice con los códigos. La mayoría de los códigos usados en hidrología son numéricos. Sin embargo, se utilizan también combinaciones diferentes de códigos alfabéticos o alfanuméricos para registros de tarjetas perforadas y en otros ámbitos que utilizan datos más descriptivos, como la clasificación del uso de tierras y suelo. El código utilizado en sistemas hidrológicos se describe más adelante en el NAQUADAT Dictionnary of Parameter Codes [5]. 22.3.1 Códigos de ubicación Los códigos normalmente existen para la cuenca o subcuenca y es muy útil incorporarlos en archivos de datos de descripción de estación (sección 21.2). Esto permite la identificación rápida de todas las estaciones (o de las estaciones que miden variables seleccionadas) en una sóla cuenca o grupo de cuencas. La sección 21.2 contiene más información relativa a la numeración de estaciones. 22.3.2 Códigos para las variables (parámetros) Se refiere al grupo más grande de códigos. La proporción de variables hidrológicas y conexas que se necesitan incluir en una base de datos puede ser considerable. Afortunadamente, varios institutos hidrológicos han publicado una lista de códigos de variables (el Environment Canada [5] y el Department of Environment del Reino Unido [6]). La lista de códigos normalmente comprende para la variable, cuatro o cinco dígitos de código, la definición del texto de variable y posiblemente algunas abreviaciones o sinónimos. Un carácter distintivo de esas variaciones entre las listas es la inclusión de las unidades de medición y/o técnicas de análisis (particularmente para datos derivados de laboratorio) en la definición o en sus mismos códigos. Así, en un sistema, el código 08102 se refiere al oxígeno disuelto medido en mg/1, usando un medidor de oxígeno disuelto, mientras que otro sistema describe la misma variable como 0126 (oxígeno disuelto) con un código de unidad de medición de 15, donde 0126 y 15 son entradas en la lista de códigos pertinentes a mg/1 y metro, respectivamente. Los objetivos y usos de esas listas de códigos figuran en los diccionarios de datos. La tabla 22.2 contiene un extracto del diccionario de códigos hidrológicos,
CONTROL DE DATOS Y CODIFICACIÓN
351
mientras que la tabla 22.3 un extracto de un diccionario de calidad del agua. En el primer ejemplo, se usan dos códigos, uno para la variable, el otro para la unidad; mientras que en el segundo sólo hay uno. En este último diccionario se distinguen las técnicas de análisis que deben aplicarse a las muestras de aguas subterráneas G), lagos L) y ríos R), y se indica el nivel de exactitud requerido para el método de análisis. El trabajo que implica la preparación de dichos diccionarios es tan grande que es recomendable utilizar la lista de códigos existentes. 22.3.3 Códigos de calificación de datos Es usual y altamente recomendado, tener una serie de códigos disponible para que el observador hidrológico y el técnico de laboratorio puedan emplear en la calificación de datos anormales o inciertos, lo que permitirá en el futuro una utilización más segura de estos datos. Hay básicamente dos grupos de calificaciones, la primera puede ser considerada como la situación real (fiabilidad) de los valores de datos y la segunda indica algunas condiciones exteriores que pueden dar un estado anormal de los datos. Para ambos grupos, el código usado es normalmente de carácter alfabético único, conocido también como una bandera. Las banderas para la fiabilidad de los datos son: E – valor estimado, considerando que la estimación es relativamente buena; S – valor sospechoso, se supone que es incorrecto, pero no hay medios para verificarlo; G – valores inferior al límite de calibración o de medición; L – valor inferior al límite de detección (valor situado en el límite); V – Valor fuera de la gama de variaciones normalmente aceptables, pero que ha sido controlado y verificado. Banderas para las condiciones exteriores: I – presencia de hielo (o hielo represado); S – presencia de nieve; F – presencia de heladas; D – estación sumergida (durante una crecida); N – resultados procedentes de un laboratorio no normalizado (calidad controlada); P – resultados procedentes de un laboratorio parcialmente controlado desde el punto de vista de la calidad. Las banderas deben ser introducidas, si procede, y se guardarán con los datos que se relacionan. Los procedimientos de validación de datos realizados por computadora pueden generar más banderas; en ese caso se pueden usar los mismos códigos. 22.3.4 Códigos de datos faltantes Es muy importante diferenciar entre datos faltantes y datos registrados con valor cero. Si el sitio de un valor numérico faltante es dejado en blanco, la mayoría de las
352
CAPÍTULO 22
computadoras lo interpretarán como un cero que agregan automáticamente, lo cual se presta a confusión. Como no se puede utilizar un carácter alfabético en un sistema de datos numéricos, el problema de los datos faltantes no puede resolverse al agregar una "M" (faltante). Una posibilidad es poner el código M como bandera de dato separada; pero en los sistemas donde no se usan banderas, se deberá introducir un valor físicamente imposible, por ejemplo -999, para indicar al sistema de procesamiento de datos la presencia de un valor que falta. Si es necerario, ese valor puede ser transformado en un espacio blanco o "-" en el fichero de salida.
TABLA 22.2 Extracto de un diccionario de códigos hidrológicos Códigos DET 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2024
UNIDAD 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 110 21 21 18 18 18 18 18 18 18 21
Denominación principal y sinónimos
Unidad
CAUDAL CAUDAL MEDIO HORARIO CAUDAL MEDIO DIARIO CAUDAL MEDIO DIARIO (0000-2400) CAUDAL MEDIO MENSUAL CAUDAL MEDIO ANUAL CAUDAL MEDIO ANUAL (Oct.-Sept.) CAUDAL MÁXIMO DIARIO CAUDAL MÁXIMO MENSUAL CAUDAL MEDIO DIARIO MÁXIMA MENSUAL CAUDAL MÁXIMO ANUAL CAUDAL MEDIO DIARIO MÍNIMO MENSUAL ESCORRENTÍA TOTAL DIARIA ESCORRENTÍA TOTAL MENSUAL NIVEL DE AGUA SEGÚN EL RSc NIVEL MEDIO DIARIO DE AGUA SEGÚN EL RSc NIVEL MEDIO MENSUAL DE AGUA SEGÚN EL RSc NIVEL MEDIO ANUAL DE AGUA SEGÚN EL RSc NIVEL MÁXIMO DIARIO DE AGUA SEGÚN EL RSc NIVEL MÁXIMO MENSUAL DE AGUA SEGÚN EL RSc NIVEL MÍNIMO DIARIO DE AGUA SEGÚN EL RSc PRECIPITACIÓN HORARIA TOTAL
m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 m3 s-1 mm mm m m m m m m m mm
NOTA: RSc es la Referencia del Servicio cartográfico, que corresponde a la altitud nacional cero.
TABLA 22.3 Extracto de un diccionario de códigos de parámetros de calidad del agua Abreviación
Unidades
18130 10101 10102
Aldrin Alcalinidad total Alcalinidad total Tensioactivos aniónicos Arsénico Arsénico Bario Bario Benzo g.h.i., periyleno 3,4 Benzofluoretileno 11,12 Benzofluoretileno 3,4 Benzopireno Demanda bioquímica de oxígeno Boro Boro Boro Boro Cadmio Calcio Calcio Calcio Demanda química de oxígeno Cloruro Cloruro Cloruro Cloruro Clorofila A Cromo hexavalente
Aldrin Alc Tot Alc Tot Tens An AS AS BA BA HPC
ug/l mg/l CACO3 mg/l CACO3
33103 33104 56101 56102 06510
08201 05101 05102 05103 05105 48101 20101 20103 20105 08301 17201 17203 17205 17207 06711 24101
DBO B B B B CD CA CA CA DQO CL CL CL CL Cloro A Cromo HEX
mg/l AS mg/l AS mg/l BA mg/l BA ug/l mg/l mg/l mg/l mg/l 02 mg/l B mg/l B mg/l mg/l mg/l CD mg/l CA mg/l CA mg/l CA mg/l 02 mg/l CL mg/l CL mg/l CL mg/l CL mg/l mg/l CR
G1L2R3
Nivel de exactitud previsto
+ + + + + + + +
+ + + +
+ + + + + +
0,02 0,02 0,1 mg/l Lauryl 0,005 mg/l 0,005 mg/l 0,1 mg/L 0,1 mg/l
+ + + +
-
+ + + + +
+ + + + + + + + -
+ + + + + + + + + -
+ + + + + + + + + +
2 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,001 mg/l 1 mg/l 1 mg/l 1 mg/l 20 mg/l 1 ml 1 ml 1 ml 1 ml 0,005 mg/l 0,005 mg/l
Método de análisis
Cromatografía gaseosa/líquida Valoración potenciométrica Valoración potenciométrica Colorimetría Absorción atómica sin llamas Absorción atómica Emisión de llamas Espectrofotometría por fluorescencia
5 días Método potenciométrico con mannitol Método curcumin Fluorimetría Colorimetría al ácido carmínico Absorción atómica Valoración EDTA Absorción atómica Emisión de llamas Método K2CR07 Valoración Colorimetría Electrodo específico Intercambio iónico Colorimetría Colorimetría
353
Parámetro
CONTROL DE DATOS Y CODIFICACIÓN
Código
354
Tabla 22.3 (continuación) Parámetro
Abreviación
Unidades
G1L2R3
Nivel de exactitud previsto
Método de análisis
24002 29101 29105 29106 06606 18010 18020 18000 18150
Cromo total Cobre Cobre Cobre Cianuro DDD DDE DDT Dieldrin Dióxido de carbono disuelto Oxígeno disuelto Oxígeno disuelto Conductividad eléctrica Coliformes fecales Coliformes fecales Estreptococos fecales Estreptococos fecales Fluoranteno Fluoruro Fluoruro Fluoruro Isómeros de hexaclorociclohexano Ácido sulfhídrico Indeno 1,2,3-C,D pyrene Caudal instántaneo Caudal instántaneo Hierro total Hierro total Hierro total
CR TOT CU CU CU CN DDD DDE DDT Dieldrin CO2 02 DISS 02 DISS COND ELEC. COL FEC. COL FEC. ESTREP FEC. ESTREP FEC.
mg/l CR mg/l CU mg/l CU mg/l CU mg/l CN ug/l ug/l ug/l ug/l mg/l mg/l 02 mg/l 02 usie/cm No/100 ml No/100 ml No/100 ml No/100 ml mg/l mg/l F mg/l F mg/l F ug/l
-
-
+ + + +
0,005 mg/l 0,005 mg/l 0,005 mg/l 0,005 mg/l 0,005 mg/l
Absorción atómica Colorimetría Absorción atómica, extracción Absorción atómica, aspiración Colorimetría Cromatografía gaseosa/líquida Cromatografía gaseosa/líquida Cromatografía gaseosa/líquida Cromatografía gaseosa/líquida
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
+ + + + + + +
1 mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l 1,0 MSM a 20° C No disponible No disponible No disponible No disponible
08101 08102 02041 36011 36012 36101 36102 09104 09105 09106
01000 97167 26002 26004 26005
F F F BHC H2S Q INSTANT Q INSTANT FE FE FE
mg/l H2S mg/l m3/s m3/s mg/l FE mg/l FE mg/l FE
+ - + - + - -
0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l
+ + +
0,05 mg/l
+ + + + +
+ + +
+ + + + +
0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,1 mg/l
Método de Winkler Sonda con oxígeno disuelto Conductivimetría Tubo múltiple Conteo en membrana filtrante Fermentación en tubo múltiple Filtro de membrana Colorimetría Electrodo específico Método de electrodo potencial Cromatografía gaseosa/líquida
Limnimetría Otros métodos Colorimetría Absorción atómica, aspiración directa Aspiración
CAPÍTULO 22
Código
Tabla 22.3 (continuación) Abreviación
Unidades
82101 82102 03101 12102 12103 25101 25104 25105 80111 28101 28102 07506 07553 07554 07555 07105
Plomo total Plomo total Litio Magnesio Magnesio Manganeso Manganeso Manganeso Mercurio Níquel Níquel Amoníaco Amoníaco Amoníaco Amoníaco Nitrato, nitrito Tensioactivos no iónicos Nitrógeno orgánico de Kjeldahl Nitrógeno orgánico de Kjeldahl Ortofosfato en solución reactiva PCB total Permanganato pH Fenoles Fósforo total Especies de fitoplanctón Potasio Potasio Producción primaria
PB PB LI MG MG MN MN MN HG NI NI NH3 NH3 NH3 NH3 NO3NO2 Tens no ion N KJEL N KJELl PO4-P SOL
mg/l PB mg/l PB mg/l LI mg/l MG mg/l MG mg/l MN mg/l MN mg/l MN mg/l HG mg/l NI mg/l NI mg/l N mg/l N mg/l N mg/l N mg/l N
07001 07004 15254 18165 10302 06532 15403 19103 19105
PCB PERM V pH FENOLS P TOTAL PHITO K K PROD PRIM
mg/l N mg/l N mg/l P µg/l mg/l pH mg/l mg/l P mg/l K mg/l K mg/1 02
G1L2R3
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + -
+ + + + + + + +
+ + + + + + + + + + +
+ + + + + -
- + + + - + + + + + + + + + +
Nivel de exactitud previsto 0,001 mg/l 0,001 mg/l 0,1 mg/l 1 mg/l 1 mg/l 0,01 mg/l 0,01 mg/l 0,01 mg/l 0,001 mg/l 0,005 mg/l 0,005 mg/l 0,1/0,01 mg/l 0,1/0,01 mg/l 0,1/0,01 mg/l 0,1/1 0,1 mg/l 0,1/1 0,1 mg/l 0,1 mg/l Lissapol X 0,1 mg/l 0,1 mg/l 0,02/0,002 mg/l
2 mg/l 0,1 unidad 0,002 mg/l no disponible 0,1 mg/l 0,1 mg/1
Método de análisis
Absorción atómica – solvente Extracción Absorción atómica Colorimetría Absorción atómica Absorción atómica Valoración Edta Colorimetría Absorción atómica, aspiración directa Aspiración Absorción atómica– solvente Extracción Absorción atómica Absorción atómica, aspiración directa Aspiración Extracción Electrodo específico Valoración Nesslerización Colorimetría Colorimetría Método de Kjeldahl Colorimetría Colorimetría — Cromatografía gaseosa/líquida pH metro Colorimetría —
355
Parámetro
CONTROL DE DATOS Y CODIFICACIÓN
Código
356
Tabla 22.3 (continuación) Parámetro
Abreviación
Unidades
G1L2R3
Nivel de exactitud previsto
34102 14101 11103 11105 16301 16302 16303 16306 10401 02061 02062 06001 02076 10504
Selenio Sílice reactivo Sodio Sodio Sulfato Sulfato Sulfato Sulfato Sólidos en suspensión Temperatura Temperatura Carbono orgánico total Transparencia Sólidos volátiles en suspensión
SE SI REAC NA NA SO4 SO4 SO4 SO4 MES TEMP TEMP COT TRANS SUSP SOL VOL
mg/l Se mg/l Si 02 mg/l Na mg/l Na mg/l SO4 mg/l SO4 mg/l SO4 mg/l SO4 mg/l Grado C Grado C mg/l C m mg/l
+ + + + + + + + + + -
A02 0,3 mg/l 0,001 mg/l 0,1/0,01 mg/l 1 mg/l 1 mg/l 2 mg/l 2 mg/l 2 mg/l 2 mg/l 2 mg/l 0,5° C 0,5° C 1 mg/l 0,5 m
1. Se debe determinar en aguas subterráneas marcadas con +. 2. Se debe determinar en lagos marcados con +. 3. Se debe determinar en ríos marcados con +.
+ + + + + + + + + + + + -
+ + + + + + + + + + + + +
Método de análisis
Fotometría de llama Absorción atómica, aspiración directa Aspiración Absorción atómica sin llama Colorimetría Fotometría de llama Absorción atómica, aspiración directa Aspiración Método gravimétrico Método tubidimétrico Valoración
CAPÍTULO 22
Código
CONTROL DE DATOS Y CODIFICACIÓN
357
22.3.5 Códigos de transmisión Todos los sistemas de transmisión de datos hacen uso de alguna forma de códigos, cuyo objetivo es asegurar que la información sea transmitida rápida y seguramente. En el caso de sistemas totalmente automatizados, la información debe necesariamente ser codificada antes de ser procesada. Por esta razón, los códigos son normalizados. Esto permite que la información sea transmitida y enviada en una forma compatible con el sistema de proceso previsto. Dicho procesamiento es precedido, en general, por un control de calidad de los datos. Los códigos de transmisión se examinan en detalle en la sección 4.4. Referencias 1. Organización Meteorológica Mundial, 1983: Guía de prácticas climatológicas. Segunda edición. OMM-N° 100, Ginebra. 2. Organización Meteorológica Mundial/Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 1985: Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management. OMM-N° 634, Ginebra. 3. Instituto de Hidrología del Reino Unido, 1974: A System for Quality Control and Processing of Streamflow, Rainfall and Evaporation Data (D.T. Pluiston, y A. Hill, Informe N° 15. 4. Organización Meteorológica Mundial, 1980: Manual on Stream Gauging. Volúmenes I y II, Informe de hidrología operativa N° 13, OMM-N° 519, Ginebra. 5. Environment Canada, 1973: NAQUADAT Dictionnary of Parameter Codes. Inland Waters Directorate, Environment Canada, Ottawa. 6. U.K. Department of Environment, 1981: Hydrological Determinand Dictionary. Water Archive Manual N° 5, Water Data Unit.
CAPÍTULO 23 PROCESO PRIMARIO DE DATOS
23.1 Generalidades El proceso o procesamiento de datos implica transformar los datos brutos a ciertas formas que sean fáciles de utilizar y manipular para los usuarios futuros. Los datos comúnmente entran al sistema mediante el registro de manuscritos, por conversión mecánica de registros analógicos o en forma digital. Los datos brutos son en general comprimidos o reformateados a una forma más útil, y deben estar sujetos a una variedad de revisiones de calidad en las etapas correspondientes. Independientemente del tipo de datos que se esté procesando o el camino que su procesamiento tome, un requerimiento básico es el de mantener un estándar de operaciones que no degrade la calidad de los datos. El sistema de procesamiento debe estar integrado y debe ser revisado periódicamente a fin de asegurar su efectividad continua a la luz de nuevos sistemas, tecnologías y requerimientos de usuarios. Algunos de los elementos que deben ser considerados son descritos brevemente más adelante. El sistema debe minimizar la duplicación de esfuerzos, evitar procesos innecesarios, verificar estados de avance y finalización y asegurar que las actividades interrelacionadas sean coordinadas efectivamente. También debe estar estructurado de forma que garantice controles específicos en cada etapa del trabajo. Debe facilitar a los usuarios un acceso rápido y fácil a los datos y permitir la actualización de los datos en forma periódica y a intervalos de tiempo cortos. El sistema debe tener la suficiente flexibilidad como para permitir fácilmente su corrección, el agregado de datos o la actualización de secciones con datos erróneos. Al mismo tiempo, debe estar protegido por un sistema de alto nivel de seguridad para que cualquier alteración de la base de datos sea legítima y autorizada. Todas las versiones originales, además de la versión corregida, deben ser archivadas. Esto permite controlar el origen de cualquier grupo de datos en todo momento. En un nivel más técnico, se debe tener gran cuidado al instalar los algoritmos para la compactación de datos, su cálculo y verificación. Esto tiene un efecto directo en la calidad de los datos almacenados. Una vez instalados, la tendencia es de confiar siempre en los algoritmos, y una rutina inadecuada puede degradar la base de datos por períodos largos sin ser detectado. Asimismo, cualquier mejora del programa
360
CAPÍTULO 23
informático (software) debe ser registrada con su fecha y documentación, para ayudar al rastreo de períodos de procesamiento incorrectos. Para una presentación más concisa, los distintos componentes de un sistema completo de proceso de datos se indican en la tabla que figura más adelante. La sección H del Manual de Referencia del HOMS contiene componentes que describen sistemas de procesamiento primario para varios tipos de datos climatológicos, de precipitaciones, de nivel de agua, de caudales y de calidad del agua. Finalmente, la seguridad global de la base de datos debe estar garantizada contra la pérdida o la alteración. 23.2 Entrada de datos 23.2.1 Uso del teclado La opción básica reside entre los sistemas en línea y fuera de línea y, dentro de cada sistema, si la validación de los datos debe hacerse al introducirlos o no. Los sistemas fuera de línea permiten introducir los datos por medio del teclado a un aparato informático compatible, que podrá transferir los valores a la computadora principal. Los sistemas fuera de línea se sirven de discos, diskettes o cintas magnéticas de nueve pistas que contienen los datos; pueden ser conectados vía módem o red local al centro principal de procesamiento. Asociado a los cambios en el medio de almacenamiento, ha habido un incremento en el uso de equipos inteligentes de entrada de datos, basados en microprocesadores, lo que ha permitido que los datos sean sometidos a revisiones iniciales especificas a medida que se introducen (esto es, entrada de datos bajo control de la computadora). Los datos son luego transferidos a un área de almacenamiento temporal de donde pueden ser recabados para una edición posterior. Una vez que los procedimientos de revisión han sido completados, el conjunto de datos puede ser memorizado en un disco, diskette o cinta, o transferido electrónicamente para su procesamiento. Las ventajas principales de los sistemas de entrada de datos fuera de línea consisten en que pueden estar lejos de la computadora principal de procesamiento (EDP: electronic-data-processing), y que dejan a la máquina central libre para trabajos de procesamiento más complejos. La descentralización de la función de entrada de datos es recomendable y se sugiere que, tanto como fuera posible, la persona encargada de la recolección de datos también estuviese encargada de su preparación, incluida la etapa de validación inicial. El volumen de datos recolectados por los observadores hidrológicos no es muy grande en términos convencionales de EDP, ya que la mayor parte del tiempo están viajando entre estaciones para recolectar relativamente poca cantidad de datos. Resulta práctico y altamente recomendable equipar con simples microcomputadoras las oficinas de terreno; los observadores hidrológicos pueden así supervisar la entrada de datos, que son controlados por una computadora. Los formularios controlados por la computadora pueden ser obtenidos
Componentes del proceso de datos Procesamiento de datos Preparación de datos
Introducción de datos
Validación
Actualización de la base de datos
Procesamiento secundario
1. Normalización de las unidades
1. Añadir series de 1. Programas para nuevos datos a la el informe de base existente rutina
2. Cálculo de los parámetros derivados
2. Señalar cualquier 2. Resúmenes error estadísticos
3. Nueva codificación de los datos de entrada para reducir las necesidades de memoria 4. Adaptar los datos al formato de base de datos
4. Interpolación o introducción de datos
1. Selección de los datos: a. Tipo de parámetro b. Valor de parámetro c. Posición d. Período de registro e. Periodicidad del registro
Salida de datos 1. Impresoras 2. Trazadores 3. UPV (unidad de presentación visual) 4. Medios de almacenamiento informático 5. Microfilms 6. Teletransmisión
361
Corrección de errores
3. Introducir los valores de datos faltantes
Extracción de datos
PROCESO PRIMARIO DE DATOS
Preparación de do- 1. Documentos 1. Control de cumentos para la numéricos máximos y digitalización: a. Introducción mínimos 1 Transcripción directa por del contenido UPV 2. Control por del cuaderno b. Introducción totalización de terreno. mediante Formato de datos medios 3. Control de no estándard informáticos: homogeneidad tarjetas perfoentre estaciones 2 Codificación, radas; cintas reducción/ magnéticas; normalización discos de datos de magnéticos entrada 2. Diagramas y cartas. Entrada directa de datos por una tableta digitalizadora 3. Medios informáticos compatibles: a. Cintas magnéticas o cassettes b. Diskette c. Memoria integrada d. Líneas de comunicación (datos teletransmitidos) e. Lectura gráfica/ Lectores ópticos
Procesamiento primario
362
CAPÍTULO 23
mediante programas estándar de entrada de datos o con ayuda de programas informáticos creados en la oficina central para la entrada de datos hidrológicos. Cuando se seleccionan dichos sistemas, se debe asegurar la compatibilidad del formato del disco. Los trabajos de los centros de entrada de datos serán: a) teclear los formularios de datos completados localmente, de preferencia bajo el control de una computadora; b) revisar y corregir los datos ingresados. Esto puede ser hecho por inspección visual de hojas impresas y/o el uso de programas básicos de validación de datos (sección 22.2) preparados en la oficina central; c) copiar los datos corregidos en un disco u otro soporte informático y enviarlo o transmitirlo, vía módem u otra conexión, a la oficina central; d) recibir y responder preguntas de la oficina central después de que en el EDP (proceso electrónico de datos) se hayan utilizado varios programas complejos de validación. Si fuera necesario, los grupos de datos originales se podrían editar y hacer un nuevo envío. Cuando se prefieren sistemas de entrada de datos centralizados o cuando aún quedan volúmenes importantes de datos para ser ingresados en la oficina central, se pueden utilizar grandes sistemas de entrada de datos fuera de línea. Como estos sistemas son manejados normalmente por operadores experimentados, debe ser usado el sistema estándar de introducción y de verificación de datos. Las pruebas de validación de los datos, efectuadas mediante técnicas de ingreso de datos controlado por computadora, pueden causar retrasos en la respuesta del sistema, inadvertidos para la mayoría de los operadores, pero que influyen en la velocidad de entrada de datos de un operador experto. Además, como estos operadores generalmente no tienen conocimientos hidrológicos, no disponen de los medios de interpretar las señales de error provenientes de pruebas de validación hidrológica. De hecho, las funciones de entrada y validación de datos deberían estar repartidas entre el servicio central de preparación de datos y la oficina central de hidrología. Esto nuevamente destaca la ventaja de sistemas de entrada de datos distribuidos en las cuales, para operaciones en una escala menor, ambas funciones pueden ser combinadas. Los discos y/o cintas magnéticas que contienen datos de sistemas fuera de línea llegan al EDP para el ingreso y son sometidos a rutinas exhaustivas de validación de datos. Los sistemas en línea permiten que la entrada de datos sea hecha directamente en el EDP mediante terminales UPV (unidad de presentación visual). Este tipo de entrada de datos sirve para pequeños sistemas EDP, pero para aplicaciones más importantes se deben usar lo menos posible porque los terminales conectados deben estar dedicados a la ejecución y al control de operaciones más complejas de proceso de datos y al desarrollo de software. Sin embargo, la capacidad de hacer la edición de datos en línea es muy útil cuando se trata de un número pequeño de datos
PROCESO PRIMARIO DE DATOS
363
que necesiten corrección luego de una fase de validación. Para una edición limitada este procedimiento es más simple que el de tener que pedir que el sistema fuera de línea prepare un nuevo conjunto de datos. El desarrollo de potentes computadoras personales, que pueden anexarse por redes locales a la computadora principal, ha incrementado mucho la flexibilidad de estos sistemas. Cualquiera que sea el sistema de entrada de datos usado, es esencial que se proporcione una guía clara, preferentemente en el mismo formulario de datos, sobre la forma en que se deben entrar los datos. No debe existir ambigüedad acerca de qué se debe o no se debe entrar, ni acerca del formato de datos. 23.2.2 Proceso de gráficos Es indispensable saber si los gráficos serán digitalizados por técnicas automáticas o si los cálculos serán hechos manualmente antes de entrar los resultados en la base de datos. Si el número de gráficos es pequeño, el diseño de sistemas de computación automáticos para la digitalización de gráficos puede que no valga la pena. Sin embargo, los diseñadores de los sistemas deberán hacer estudios para comparar el costo y la exactitud de los procesamientos manuales y automáticos. La opción por técnicas automáticas es preferible si el programa está adaptado al sistema informático disponible, y si el equipo digitalizador forma parte de un sistema de análisis de mapas más grande. El análisis automático de gráficos generalmente implica el uso de un digitalizador con un cursor manual usado para trazar el gráfico. Los digitalizadores de buena calidad son caros comparados con otros componentes básicos del material informático y el programa de análisis puede costar una suma similar. Para la utilización de un digitalizador es necesario un grado más alto de formación que para realizar gráficos manualmente. Cabe señalar que los gráficos que contengan cuadrículas no rectangulares no pueden ser analizados directamente utilizando un programa desarrollado para gráficos con cuadrículas ortogonales. Dichos gráficos se pueden encontrar en algunos registradores climatológicos y de presión de agua. En un nivel más alto de perfeccionamiento en el proceso de digitalización está el uso del analizador (scanner) que recorre automáticamente el trazo del gráfico. Son instrumentos extremadamente complejos y, en general, sólo son adquiridos por las dependencias de mayor jerarquía en el sector de aguas. La necesidad de automatización depende del alto grado de complejidad del gráfico. Si se trata sobre todo del registro de los niveles del agua subterránea, las técnicas de copiado manual pueden ser rápidas y exactas. Sin embargo, si hay muchos gráficos de precipitaciones, el análisis manual tiende a ser lento y sujeto a errores. Los gráficos obtenidos por instrumentos que tienen movimientos de inversión presentan problemas particulares para su interpretación manual. Cualesquiera que fueren los métodos empleados, automáticos o manuales, la técnica de copiado debe estar determinada. La técnica de copiado de datos en puntos
364
CAPÍTULO 23
de quiebre entre los cuales se pueda interpolar linealmente, puede rendir resultados satisfactorios. Esta técnica reduce el tiempo dedicado a digitalizar, particularmente en gráficos donde hay un período prolongado con poco o ningún cambio de los parámetros, por ejemplo gráficos pluviométricos en períodos secos, gráficos de piezómetros, recesiones en el flujo de los ríos. Más aún, en cualquier momento se puede efectuar la reducción de los datos a cualquier base de tiempo sin pérdida significativa de información. Para gráficos pluviométricos, donde los trazos pueden ser muy dinámicos, puede ser preferible copiar con trazo continuo y desarrollar un programa informático que elimine los puntos que puedan ser interpolados aceptablemente. La técnica de compresión de datos no debe suprimir ninguna parte del contenido de los datos originales (sección 24.2.4). Incluso en estaciones donde hayan sido instalados registradores digitales, muchos servicios hidrológicos mantienen registradores gráficos. La razón es que el gráfico proporciona una apreciación visual inmediata de las condiciones presentes y pasadas. Si los gráficos sirven sólo para control y como funciones de respaldo, no es necesario desarrollar sistemas específicos para su procesamiento porque los datos se tomarán del registro digital. Los digitalizadores son normalmente explotados en línea en sistemas con pequeñas unidades centrales (micro/mini EDP) y los datos pueden ser guardados directamente en diskette, disco o cinta magnética. Cuando el digitalizador es usado fuera de línea, normalmente bajo el control de un microprocesador especializado, los datos digitalizados brutos son transferidos a la máquina procesadora principal por medios informáticos adecuados o, si la microcomputadora posee un programa de procesamiento, las correcciones de tiempo y de cero pueden ser hechas y los valores digitalizados convertidos al formato de serie-tiempo requerido antes de ser transferidos. Si la copia de gráficos se hace manualmente, los datos deben ser transcritos a un formato de entrada de datos. La forma más simple de hacerlo es usar un formato estándar de serie cronológica de una variable. Puesto que los datos podrían ser extraídos como una serie irregular de tiempo, ambos valores de tiempo y datos deberían ser introducidos al formulario de adquisición de datos. 23.2.3 Estaciones manuales que utilizan la telemetría En algunas estaciones los datos son recolectados manualmente, pero son transferidos por telemetría. Dicha recolección de datos semiautomática es usada con frecuencia en sistemas de proceso en tiempo real y cada vez más para la recolección de datos hidrológicos. Los sistemas más sencillos de teletransmisión son el teléfono, el télex y las conexiones radiales. Estos sistemas requieren suficiente capacidad en el centro de proceso de datos como para poder recibir los niveles pico de entrada de mensajes y la
PROCESO PRIMARIO DE DATOS
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disponibilidad de terminales en línea por donde se pueda ingresar manualmente la información a la computadora. Asimismo, el programa de ingreso de datos, debe ser preparado de forma que permita que conjuntos aleatorios de datos, observados en distintos lugares, sean ingresados y si el programa usa estos valores para actualizar los respectivos ficheros de series de tiempo. Los procesos de entrada de datos y de actualización deberán incluir un grado elemental de validación de datos, por ejemplo el control de los intervalos de variación (sección 22.2). Si los datos telemedidos son usados para llevar inventarios, se recomienda que el observador envíe la planilla usual de entrada de datos al final de cada período de observación. Aunque los datos no necesiten ser reingresados, la planilla puede ser usada para revisar los registros digitales. Los procedimientos descritos anteriormente requieren la participación del ser humano en ambos extremos de la conexión de telemetría. Hoy en día existen técnicas que permiten que el observador codifique la información en un formato compatible con la computadora, que pueda ser recibido y procesado automáticamente en la oficina central. Este método utiliza un teclado pequeño parecido a una calculadora de bolsillo. El observador ingresa los códigos de identificación de la estación y de los parámetros y valores observados. El instrumento, llamado a veces terminal de recolección de datos y transferencia (DCTT), touchstone pad, codifica la información en el formato requerido para la trasmisión. La trasmisión se realiza por teléfono o por radio y puede incluir conexiones vía satélite. Estas unidades son relativamente baratas (incluido el trasmisor de radio) y eliminan la necesidad de tener operaciones manuales centralizadas. Si los observadores hidrológicos han recibido la formación necesaria, esta técnica permite combinar las ventajas de las observaciones in situ con las ventajas del procesamiento y trasmisión de datos automáticos. 23.2.4 Estaciones automatizadas Esta sección se refiere a las estaciones equipadas con sensores automáticos desde donde se pueden grabar datos en medios compatibles con la computadora y/o trasmitirlos por telemetría a un centro de recolección de datos. Si los datos son grabados localmente o trasmitidos desde la estación, hay muchas características comunes entre dos tipos de estaciones automatizadas. Estas similitudes son brevemente descritas antes de considerar las características específicas de cada técnica individual. Cabe señalar que no todas las variables hidrológicas pueden ser controladas y registradas automáticamente. El estado del desarrollo de los diversos sensores automáticos puede ser resumido como sigue: a) operacional para los niveles del agua, la temperatura (aire, agua, suelo), las precipitaciones, la humedad. Excelente fiabilidad para la radiación solar, la velocidad del viento, la dirección del viento, el pH, la salinidad;
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CAPÍTULO 23
b) operacional para el caudal de superficies abiertas, la evaporación en tanque, las nevadas. Fiabilidad variable para la profundidad de la nieve, la humedad del suelo, la turbiedad del agua, el oxígeno disuelto, la carga de sedimentos suspendidos y de fondo, algunas variables de calidad del agua y el espesor del hielo; c) no existe todavía para la mayoría de los parámetros de calidad del agua. Se puede observar que los principales elementos hidrometeorológicos y los niveles de agua están cubiertos adecuadamente, pero que la recolección de datos de calidad del agua todavía se basa, en general, en técnicas manuales de recolección de datos. Sin embargo, un gran número de investigaciones y de pruebas in situ se están haciendo en este ámbito. Los sensores se dividen en dos grupos: los que proveen señales analógicas (niveles de agua medidos con flotadores, piramómetros con pila termoeléctrica), y los que producen salidas digitales, (pluviógrafos con cubeta basculante). Las señales analógicas generalmente deben ser convertidas en formatos digitales para cualquier operación posterior. Los registradores de niveles de agua son equipados con convertidores mecánicos o electrónicos, como codificadores de eje, mientras que la mayoría de los sensores climatológicos son digitalizados enteramente por medios electrónicos. Muchos sensores producen señales que necesitan una conversión de datos a unidades estándar para su análisis. Las conversiones pueden ser completas o referirse a relaciones de calibración adaptadas a cada sensor. Los datos registrados in situ en general, no son convertidos; esto se hace en el centro de procesamiento. Sin embargo, los datos trasmitidos son convertidos antes de la trasmisión. Existen dos bases de tiempo para la recolección de datos: la frecuencia del muestreo y la frecuencia de la grabación de datos. Para algunos sistemas de sensores registradores, (estaciones de medición del nivel del agua) las dos bases de tiempo son idénticas. Sin embargo, para sistemas que dependen más de técnicas electrónicas (en particular si el fenómeno observado tiene variación apreciable con el tiempo, por ejemplo la velocidad del viento) el intervalo de muestreo puede ser de cinco a 10 segundos, mientras que la suma o el promedio de la información puede ser grabada o trasmitida cada 10 minutos. En estas estaciones, los datos son grabados en medios informáticos compatibles. Los observadores hidrológicos visitan las estaciones a intervalos de uno a tres meses para recolectar los datos y renovar los medios de grabación para el próximo período. Los datos así grabados son luego llevados al centro de procesamiento. Los datos pueden también ser trasmitidos al centro de procesamiento por radio, teléfono o vía satélite. 23.2.4.1 Banda de papel y registradores de cassette Una característica de este tipo de almacenamiento era que aunque fueran compatibles con la computadora casi siempre necesitaban algún tipo de traducción o cambio
PROCESO PRIMARIO DE DATOS
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de soporte antes de que pudieran ser leídos directamente por los equipos estándar de registro informático. Los registradores digitales de nivel más viejos estaban provistos con bandas de papel perforadas de 16 surcos. Este formato de 16 surcos era común ya que los datos estaban codificados en un formato decimal que podía ser leído directamente en la banda por los observadores. Dicha banda requería un dispositivo de lectura especial en el centro de procesamiento. Asimismo, los registradores de datos en cassette fueron muy usados en las estaciones automáticas de climatología y de calidad del agua, pero en la actualidad sólo se utilizan microcomputadoras para el ingreso directo de datos a partir de cassettes. La razón de esta aparente incompatibilidad entre los medios de registro digitales en el terreno y los dispositivos de entrada de datos en la mayoría de las computadoras está vinculada a un problema de velocidad de transferencia de información. La utilización de diskettes y bandas magnéticas en lugar de bandas de papel y cassettes, permite a los dispositivos de entrada informáticos tratar con más eficacia y eficiencia grandes volúmenes de datos (gracias a una mayor velocidad al entrar los datos). Aunque se sigan usando registradores de cintas de papel de cinco y ocho surcos en algunos instrumentos hidrológicos de terreno, sus sistemas de lectura correspondientes están desapareciendo rápidamente como instrumentos periféricos de computadoras. La mayoría de las cintas de papel son vulnerables a las condiciones ambientales que predominan en las estaciones hidrológicas, sobre todo a los cambios de humedad. Esto resulta en pequeñas pero importantes diferencias en la longitud de las cintas, que puede a su vez originar errores en el procesamiento. Incluso la incorporación de cintas plastificadas más estables no han logrado erradicar estos problemas, aunque en experiencias recientes en Nueva Zelandia con cintas de papel con recubrimiento de aluminio se han subsanado los problemas relativos a las variaciones de humedad. Cabe señalar que los riesgos de errores de procesamiento pueden ser minimizados con el uso de lectores de cinta de baja velocidad, que tienen más tolerancia en cuanto a la variación de longitud de las cintas. El sistema de manejo de cintas de papel y cassettes generalmente debe tener un preprocesador fuera de línea, esto es una pequeña máquina (por ejemplo, una microcomputadora) para transferir la información a un medio de alta velocidad, antes de introducirla al procesador principal. Las publicaciones de la OMM, tituladas Manual on Stream Gauging [1] y Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management [2] contienen más detalles sobre los registradores de cintas de papel y de cassettes. Los datos obtenidos en cintas de papel o cassettes deben ser siempre conservados, una vez transferidos a diskette o a cinta magnética estándar, para no perder los datos originales y la información detallada que les acompañan.
368
CAPÍTULO 23
23.2.4.2 Memorias de estado sólido El uso de memorias de estado sólido cada vez más reducidas ha ido en aumento para todo tipo de grabación de datos in situ. Ya se ha visto que los microprocesadores se usan para controlar la operación de los sensores y para la conversión y elaboración de los datos recogidos por los sensores. Ahora, es posible almacenar los datos resultantes en módulos de memoria intercambiable. La capacidad de almacenamiento típica de ese módulo de memoria viva (RAM) es de 8 000 datos, lo que equivale a cerca de 11 meses de datos registrados horariamente o casi tres meses de datos registrados cada 15 minutos, y esta capacidad aumenta constantemente. Al comienzo de cada período de registros, un módulo de grabación en blanco se inserta en el dispositivo de campo. Periódicamente, los módulos son intercambiados y el módulo que se retira es llevado al centro de procesamiento en donde es conectado a un lector de dicho módulo. El lector, que cuenta con su propio microprocesador, puede procesar y formatear los datos contenidos en el módulo y la salida puede ser impresa y/o transmitida a la computadora central mediante interfaces estándar (RS-232). Después de transferir los datos, se eliminan del módulo, el cual puede volverse a utilizar. También se puede utilizar una memoria de sólo lectura programable borrable (EPROM) para transferir los datos directamente a una computadora de terreno sin retirar el EPROM. Estos sistemas poseen ventajas tales como el no requerimiento de partes mecánicas móviles en el sistema de grabación de terreno, el bajo consumo de energía y una unidad de grabación mucho más compacta. Sin embargo, el grado extremadamente alto de automatización de estos sistemas no permite al observador de terreno revisar visualmente el funcionamiento de los instrumentos. Este tipo de recolección de datos in situ desempeña un papel cada vez más importante en los sistemas de recolección y proceso de datos. 23.3 Procedimientos de proceso 23.3.1 Procedimientos generales del proceso primario Para este capítulo se ha hecho una diferencia algo artificial entre los procesos de validación de datos y el proceso primario de datos. Los procedimientos de validación de datos sobre todo hacen comparaciones entre los datos ingresados y los valores de prueba. El proceso primario es considerado como el que está compuesto de procedimientos necesarios para transformar los datos de entrada a fin de almacenarlos, imprimirlos o visualizarlos en pantalla. Desde un punto de vista operativo, tanto la validación (22.2) como el procesamiento primario son parte de los procesos de actualización de la base maestra de datos, que se llevan a cabo en la mayoría de los sistemas hidrológicos con una frecuencia mensual (figura 24.1). Sin embargo, cabe señalar que tanto la actualización como algunas etapas del proceso primario están condicionadas a una validación de los datos.
PROCESO PRIMARIO DE DATOS
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Los principales componentes del procesamiento primario son: a) ajuste de datos por errores conocidos – Estos son errores indicados por los técnicos de terreno o por los encargados de efectuar manualmente el control de calidad de los conjuntos de datos que se reciben. Como se indica en la figura 24.1, la corrección de estos errores se debe hacer antes de someter los datos a la validación. Estas correcciones son a veces necesarias para los datos derivados de soportes informáticos compatibles (por ejemplo cintas de papel y cassettes), ya que los datos no serán editados hasta que ingresen en la computadora central. Del mismo modo, los gráficos digitalizados automáticamente son con frecuencia ingresados con errores conocidos. Los ajustes que más se requieren son compensaciones por errores de cero y por diferencias entre la hora y la fecha en que fueron registrados con las anotadas por el técnico de terreno (capítulo 22). Estos errores pueden estar asociados a una desviación gradual del reloj, del dispositivo sensor o del mecanismo de grabación, pero también pueden ser causados por incidentes eventuales, como un paro del reloj o una traba del perforador o de la pluma. En el primer caso, el sistema de procesamiento puede ajustar el error automáticamente por medio de una corrección lineal, u otra más compleja, de los datos registrados. En el segundo caso, es normal que se provean manualmente valores estimados para los datos faltantes si el período afectado no es demasiado largo y si hay suficiente información de respaldo disponible. También pueden requerirse ajustes para compensar fenómenos más complejos como la presencia de hielo en estaciones de medición de niveles de agua en ríos. En estos casos es casi seguro que el nivel (o flujo) corregido se calcule manualmente para el período afectado. Se deben utilizar los procedimientos y formularios normalizados para comunicar los errores al personal de procesamiento. Dichos formularios pueden ser usados para anotar las correcciones introducidas de nivel o caudal. Un aspecto esencial en el proceso de corrección por métodos manuales o informáticos, es que todos los datos modificados deben ser marcados convenientemente para indicar los ajustes hechos; b) agregación e interpolación de datos – Muchas variables, dada su naturaleza dinámica, deben ser medidas en períodos relativamente cortos, pero sólo se utilizan como promedios o totales de períodos más largos (agregación). Por lo tanto, para muchas aplicaciones hidrológicas, las variables climatológicas pueden ser requeridas sólo en valores diarios, aunque deben ser medidas con una frecuencia mayor para obtener valores estimados diarios fiables. La temperatura y la velocidad del viento son buenos ejemplos, pero en muchos casos lo mismo vale para niveles de agua y caudales en ríos. Si bien la agregación es directa para una serie cronológica de intervalo constante, una doble etapa de interpolación/ agregación es necesaria para variables medidas en períodos irregulares.
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CAPÍTULO 23
Es importante observar que los niveles de agregación de datos son en general diferentes para el almacenamiento y para el egreso de los datos. Los datos en un nivel alto de agregación, por ejemplo promedios mensuales o anuales, pueden ser luego mantenidos en línea para su consulta general. La interpolación y la agregación son necesarias tanto en el espacio como en el tiempo. La correlación cruzada de datos de estaciones para estimar datos faltantes es una interpolación espacial que se utiliza con frecuencia y la estimación de valores superficiales a partir de puntos de observación es una forma común de agregación; c) evaluación de variables derivadas – Las variables derivadas más frecuentes son la escorrentía y la evapotranspiración potencial. Sin embargo, la gama de variables derivadas es muy amplia e incluye muchos indicadores de calidad del agua. Para la gestión de una base de datos es importante saber si las variables derivadas tienen que ser almacenadas después de haber sido calculadas e informadas. Sin duda, no es esencial ocupar un espacio-memoria con datos que pueden ser recalculados a partir de los datos de base. Para tomar esta decisión se deben plantear las siguientes preguntas: i) ¿Cuán seguido se deben recuperar las variables derivadas? ii) ¿Cuán complejos son los cálculos requeridos, tanto en términos de algoritmos como de cantidad de datos básicos necesarios? iii) ¿El objetivo de la base de datos es almacenar los datos básicos para que los usuarios los procesen ellos mismos o compilar un inventario de todas las variables importantes (básicas y derivadas)? En general, no se almacenan los valores de carga de sedimentos y de sales disueltas porque éstos se usan muy poco y pueden ser calculados por la multiplicación de dos series de tiempo básicas: caudal y concentración. En Estados Unidos, el sistema WATSTORE (Water Data Storage and Retrieval) [3] mantiene en línea los promedios de caudales diarios, mientras que en Nueva Zelandia el sistema TIDEDA (Time Dependant Data) [3] almacena sólo los niveles en los formatos de series cronológicas originales usados para el ingreso. La única regla fija es que cualesquiera fueren los valores derivados las series de datos originales deben ser preservadas en un medio magnético fuera de línea u otra forma estable de almacenamiento a largo plazo. Se puede aplicar la fase de validación a las variables derivadas, sobre todo las derivadas de dos o más series cronológicas básicas. De esta manera, aunque los niveles de agua en ríos como las curvas de calibración puedan pasar una validación aplicada individualmente a los datos, su combinación para producir estimaciones de caudal puede revelar algunas contradicciones. La sección 22.2.3.5 describe algunas técnicas de validación específicas para datos de caudal; d) salidas de resúmenes estadísticos – Son salidas de rutina, con frecuencia mensual o anual, de los datos procesados durante el ciclo de actualización de la base
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de datos. Estas salidas pueden ser consideradas como datos procedentes de la extracción de los datos básicos. Cabe recordar que, muchos elementos del procesamiento primario y del programa de recuperación de datos deben ser comunes. La atención que se preste a este punto reducirá en gran medida el esfuerzo de desarrollo de programas informáticos; e) conversión a formato de almacenamiento de bases de datos – La complejidad de esta operación depende de la diferencia entre el formato en el que los datos ingresados se suministran y el formato de los ficheros de la base de datos principal. Los datos en general se mantienen en el formato de ingreso mientras aguardan la validación y el procesamiento primario. Luego de este procesamiento, los datos procesados, con su calidad ya controlada, son transferidos para (actualizar) los archivos de la base de datos principal. Cabe destacar que no es necesario (ni recomendado) usar formatos comunes. Los formatos de ingreso de datos deben ser diseñados para adaptarse a las características de los sistemas de recolección e ingreso de datos. Los formatos de almacenamiento de datos deben ser diseñados para adaptarse al medio de almacenamiento y a los requerimientos de acceso a los datos. En la publicación de la OMM titulada Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management se describen algunos ejemplos de como fusionar datos provenientes de distintos formatos de ingreso a un único registro y, a la inversa, separar los datos ingresados con el propósito de su almacenamiento [2]. Además de proceder al reagrupamiento de los datos, pueden introducirse niveles adicionales de codificación, así como efectuar la conversión de las unidades medidas a las normas usadas en la base de datos. La conversión de una serie cronológica irregular a otra regular (párrafo b) supra) es otra de las operaciones necesarias en numerosos casos. Existen muchas opciones para la forma en que los datos pueden ser comprimidos para un almacenamiento eficiente. Estas técnicas figuran en la sección 24.2.4. No todos los datos serán sometidos a cada uno de los pasos de procesamiento antes descritos. El grado de procesamiento necesario depende de cada parámetro hidrológico, de la forma en que fue grabado y/o copiado para su ingreso, del tipo de sistema de procesamiento y del objetivo de la recolección del dato. En sistemas de tiempo real, es posible que los datos de entrada en forma bruta (validados o no validados) basten para desencadenar alguna acción de operación o de gestión. La importancia del procesamiento también depende del rigor con que se aplicaron los indicadores del estado del dato y de los informes producidos en la etapa de validación del dato. Salvo que el sistema de validación detecte un error indiscutible, por ejemplo durante el control de error absoluto (sección 22.2), es preferible dejar que el procesamiento continúe, quizás hasta la etapa de actualización. Dicha actitud
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CAPÍTULO 23
elimina la necesidad de cualquier etapa de procesamiento posterior si luego se comprueba que el dato en cuestión es correcto. El estado de los datos debe ser señalizado en los ficheros de trabajo, mientras se espera la confirmación o corrección de los datos (figura 24.1). 23.3.2 Procedimientos específicos del proceso primario Los procedimientos generales antes descritos se pueden aplicar a los distintos tipos de datos hidrológicos y es necesario identificar algunos de los procedimientos específicos más usados. Varias publicaciones de la OMM y la FAO abordan directamente los procedimientos que se deben aplicar (véase el principio de este capítulo) y se hará con frecuencia referencia a dichas publicaciones. Estos textos deben ser consultados para la teoría básica y para la formulación de técnicas, relativas sobre todo al procesamiento manual. Esta sección contiene información adicional sobre las técnicas de automatización. 23.3.2.1 Datos climatológicos [H25] Para las aplicaciones hidrológicas, las variables climatológicas más importantes son la temperatura, la evaporación y la evapotranspiración, en orden progresivo de complejidad del procesamiento. Antes de examinar las tareas de procesamiento, es útil considerar las formas en que la mayoría de los datos climatológicos son observados y registrados, por la importancia que tiene en las operaciones ulteriores. Las grandes variaciones de los parámetros climatológicos y su naturaleza dinámica hacen que la mayoría de los datos primarios se obtengan de estaciones climáticas dotadas siempre de personal o de estaciones climáticas (o meteorológicas) automáticas. La utilización de fuentes del primer tipo supone que los observadores tienen que estar bien formados y hacer muchas de las tareas básicas de proceso de datos in situ. Como el procesamiento que la mayoría de los parámetros necesita es muy simple, el procesamiento de campo es frecuentemente suficiente. Incluso, cuando se necesita derivar parámetros más complejos, los observadores están en general lo suficientemente formados para evaluarlos a partir de monogramas construidos con ese fin. Por lo tanto, el procesamiento primario por computadora, si se efectúa, comprenderá apenas la verificación de los cálculos manuales. El empleo de las estaciones climatológicas automáticas implica que existen un sistema y programas informáticos capaces de hacer una gama completa de operaciones de proceso de datos (sección 23.2.4). De hecho, muchas de las estaciones climatológicas automáticas están diseñadas para suministrar estimaciones de la evaporación y (según Penman) de la evapotranspiración. Casi todos estos sitemas incluyen una microcomputadora central para leer los datos grabados (cassette o memoria electrónica en estado sólido) y para hacer la validación de datos, control de homogeneidad,
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agregación, y tareas de procesamiento. En este caso, la computadora de la base de datos central recibe los datos procesados en un formato apropiado para su almacenamiento o aplicación directos. Se debe tener cuidado en el uso de datos procedentes de estaciones climáticas automáticas porque la calidad de los sensores es muy variable. La publicación de la OMM, titulada Guía de prácticas climatológicas contiene más detalles acerca del proceso de datos climatológicos. Numerosas variables climatológicas deben ser adaptadas a las condiciones estándar para su almacenamiento y/o aplicación. Por ejemplo, las velocidades del viento que no son medidas a una altura estándar, deberán ser transformadas a la altura estándar de dos metros usando la ley de potencias de la velocidad de los vientos. Asimismo, las mediciones de la presión pueden ser corregidas para corresponder a un nivel medio del mar, si la transformación no fuera hecha antes de la entrada del dato. 23.3.2.2 Observaciones de la evaporación y de la evapotranspiración [H39] Si se usan técnicas de medición directa, la computadora puede emplearse para verificar las estimaciones de la evaporación, revisando los niveles de agua (o las pesadas del lisímetro), así como la adición o la extracción de agua. Para calcular la evaporación de un lago a partir de valores medidos por un tanque de evaporación, es necesario aplicar el coeficiente de corrección del tanque utilizado. En algunos casos, ese coeficiente no es fijo sino que debe ser calculado por un algoritmo que comprenda otros parámetros climatológicos como la velocidad del viento, las temperaturas del agua y del aire y la presión de vapor. Estos parámetros pueden ser representados por valores medios de largo plazo o por valores medidos durante el período en que se analizaron los datos del tanque. Los coeficientes del tanque, o sus algoritmos, deben indicarse en la ficha de descripción de la estación (sección 21.2). Si un algoritmo usa valores medios de largo plazo, también deben ser guardados en el mismo fichero. En los capítulos 9, 37 y 38 se comentan detalles acerca de la estimación de la evaporación y la evapotranspiración. En la subsección I50 del Manual de referencia del HOMS figuran algunos programas informáticos para resolver la ecuación de Penman. 23.3.2.3 Datos de precipitación [H26] Frecuentemente se analizan datos de pluviómetros registradores para extraer información acerca de las características de las tormentas, mientras que los datos de los pluviómetros totalizadores sirven para cuantificar la disponibilidad y la variabilidad de los recursos hídricos. Antes de analizar cualquier información de los pluviómetros registradores, es necesario producir series cronológicas a intervalos regulares a partir de series irregulares en las cuales los datos son usualmente registrados. Si los datos han sido expuestos a una etapa previa de validación, la conversión de formato de esta serie
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cronológica quizás ya se haya hecho. El programa usado para la conversión debe ser lo suficientemente flexible para que permita la evaluación de cualquier serie cronológica de intervalo constante compatible con la resolución de los datos ingresados. Este programa necesitará tanto de interpolaciones como de agregaciones para poder producir las series regulares. La selección de un intervalo de tiempo adecuado se examina más adelante. Si los datos se derivan de pluviómetros registradores o totalizadores, lo primero que se debe hacer es repartir el total de las precipitaciones acumuladas y reconstruir los registros faltantes. Los totales acumulados de precipitaciones se utilizan en registros diarios de precipitación por ejemplo, cuando los datos del pluviómetro no se registran durante un fin de semana. Estos totales acumulados de precipitaciones también se usan con pluviómetros basculantes que envían sus datos por telemetría. Si algún informe de vuelco del recipiente no es recibido durante un período de lluvias, el primer informe recibido luego de la pausa contendrá el acumulado de los vaciados ocurridos desde el último informe. La diferencia entre este valor de acumulación y el provisto por el último informe debe ser repartido adecuadamente. Las técnicas para repartir totales acumulados y para estimar valores faltantes son esencialmente las mismas. La sección 22.2.3.2 describe la técnica de correlación cruzada con estaciones cercanas para dar estimaciones diarias y mensuales de totales acumulados. Aunque el objetivo fuera validar los totales de precipitación reales, puede también ser usado para repartir totales acumulados o para estimar los valores de precipitación cuando existen datos faltantes. Los valores de precipitación estimados o repartidos deben ser adecuadamente señalizados por el programa que se ocupe de esas tareas. Se pueden aplicar las mismas técnicas para datos de pluviómetros en intervalos menores, pero se obtendrán estimaciones de menor calidad debido a que, con frecuencia, habrán menos estaciones cercanas y a causa de la naturaleza dinámica de las precipitaciones de corta duración. 23.3.2.4 Datos de caudales [H70, H71, H73, H76, H79] Hay varias etapas requeridas para obtener datos de caudal. La primera se refiere a la medición del caudal, la segunda incorpora los caudales medidos en curvas de calibración, la tercera describe el cálculo de caudales a partir de datos de nivel y la última reseña algunos análisis estándar realizados que utilizan estimaciones de caudal. La publicación de la OMM titulada Manual on Stream Gauging [1], contiene más detalles de las técnicas para el cálculo de caudal. Mediciones de caudal Como se describió en la sección 22.2.3.5 los cálculos de caudales obtenidos a partir de datos de molinetes se hacen principalmente como una verificación de los valores calculados manualmente en la oficina de terreno. Para el procesamiento completo
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de los datos de medidores de dilución (sección 11.4), menos frecuentes, hay que esperar los análisis de laboratorio. Las técnicas de análisis para ambos métodos figuran en el Manual on Stream Gauging de la OMM [1]. Dado que el volumen de datos es pequeño y los análisis son relativamente sencillos, muchos sistemas no están previstos para el procesamiento informático de ambos conjuntos. Algunos organismos tienen calculadoras portátiles programables para ayudar a los técnicos a evaluar sobre el terreno las mediciones de los molinetes. Otra posibilidad es grabar los datos directamente en una computadora portátil. Como los resultados de los molinetes influyen en la estimación ulterior del caudal, se recomienda que los datos de mediciones de caudal sean sometidos a una verificación informática. La evaluación por computadora se puede extender al análisis de errores y a la asignación de límites de confianza a las mediciones individuales. Los caudales calculados pueden ser revisados desde el punto de vista de su conformidad estadística con relación a la curva de calibración existente. Cualquier programa desarrollado para datos de mediciones de caudal debe ser capaz de manejar el número máximo de verticales posibles. Si la experiencia lo justifica, se deben hacer correcciones por deflexiones excesivas en las líneas de sondeo con medidores suspendidos y para los casos en que las velocidades no son perpendiculares a la sección medida. Si el programa calcula las velocidades como parte del cálculo de caudal (esto es, si sólo las observaciones básicas de campo son usadas como datos de ingreso), se debe tener acceso a un fichero de referencia que contenga los números de serie y los coeficientes de calibración del molinete que se use. Se debe decidir si el programa debe calcular la superficie de las secciones por el método de la sección media o el de la sección central (sección 11.2.4). Curvas de gastos Las curvas de gastos definen la relación que existe entre el nivel y el caudal. Esta relación se puede determinar después de realizar muchas mediciones de caudales, que cubran una gran serie de caudales y usando los valores de niveles y caudales para definir una curva continua de gastos. Si bien las estructuras para aforo tienen una curva de gastos teórica, se recomienda calibrar dichas estructuras sobre el terreno. Tradicionalmente, las curvas de gastos han sido ajustadas manualmente a los valores medidos, pero en muchos casos dichas curvas pueden ser ajustadas con más exactitud por programas informáticos [1]. Si fuera necesario, se pueden asignar pesos a cada medida de caudales para reflejar la confianza estadística o subjetiva asociada con ella. Sin embargo, debido a que algunas secciones tienen varios puntos de control hidráulico, algunos hidrólogos aún prefieren considerar la definición de curva de gastos como un procedimiento manual. Numerosos factores inciden en la calidad de una curva de aforos.
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Obviamente es imperativo que un sistema de procesamiento de caudales sea capaz de identificar y emplear la curva de gastos adecuada. El operador debe estar consciente de sus limitaciones de uso. La sección 24.2.6 describe la organización de los datos descriptivos de la estación, que incluyen las tolerancias de las curvas de gastos. Cabe señalar que es importante conservar las curvas de gastos históricas para poder recalcular los caudales. Las curvas de gastos pueden ser almacenadas en la computadora de dos maneras: la forma tabulada y la forma funcional. Las formas tabuladas siguen siendo las más usadas y las gráficas son preparadas por extracción manual de los puntos en la curva de gastos. La extracción es hecha de forma que se puedan interpolar los puntos intermedios, lineal o exponencialmente, sin errores importantes en la estimación del caudal. La forma funcional de la curva de gastos tiene uno de estos tres orígenes: a) una ecuación teórica (o modificada) para una estructura de aforo; b) una función ajustada por computadora a los puntos aforados, esto es, una automatización del proceso manual de ajuste de curvas; c) una función ajustada a los puntos de una tabla preparada como fue descrita en el párrafo anterior, es decir, un alisamiento de una curva ajustada manualmente. Siempre que sea posible deben ser preparadas las formas funcionales ya que no necesitan interpolación. Son fáciles para utilizar en computadora y no requieren un gran espacio de almacenamiento. Si se adoptan estas funciones, la computadora puede ser usada para preparar tablas de gastos para uso manual. Cálculo de caudal Para la evaluación de caudales, deben estar disponibles para la computadora los siguientes conjuntos de datos: a) un conjunto de niveles controlados en cuanto a su calidad, esto es en los que fueron corregidos los cambios de fecha, el nivel de referencia y de tiempo y que luego fueron validados (sección 22.2.3.4). Si se emplean métodos de pendiente para el cálculo de caudal, se requieren dos conjuntos de datos de niveles de agua; b) curvas de gastos correspondientes al período y a la gama de variaciones cubiertas por las series de niveles. Cuando las curvas de gastos se relacionan con controles artificiales con variaciones frecuentes, como es el caso de compuertas y esclusas, una serie cronológica de los estados del control puede requerirse para guiar la selección informática de la curva de gastos apropiada; c) cualquier corrección de variaciones que se necesite aplicar al registro de niveles. Esto requiere que la magnitud y la duración de los cambios sean especificadas. Cuando se dispone de todos los conjuntos de datos, el cálculo de caudal puede continuar en las siguientes etapas:
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a) aplicar correcciones por variaciones del perfil al registro de niveles. En caudales muy pequeños, es posible que las variaciones negativas generen niveles modificados por debajo de cero. Esta situación debería ser detectada y notificada; b) controlar que la curva de gastos que se está usando sea válida para la fecha en que se midió el nivel procesado. Si la curva fuera inválida, identificar y localizar la curva correcta. Una falla en poder localizar la curva correcta debe ser notificada; c) controlar que los niveles que se están procesando se sitúan dentro del rango válido para la curva de gastos. Si están fuera, el sistema debe saber si se permiten extrapolaciones de la curva y, si así fuere, hasta qué valor. Si la extrapolación no está permitida, o si los niveles se sitúan fuera del rango de extrapolación permitido, un mensaje de error de "fuera de rango" debe ser notificado; d) aplicar la curva de gastos a un nivel de agua y obtener el valor del caudal correspondiente; e) regresar a la etapa a) hasta que todos los niveles de agua hayan sido procesados; f) compilar la series cronológicas de caudal para obtener los promedios de caudal en la unidad de tiempo estándar requerida (normalmente un día). Un problema que se plantea frecuentemente al usar curvas de gastos múltiples es que pueden producirse cambios abruptos de los caudales en los puntos de cambio de la curva. El sistema de procesamiento debe estar provisto de ciertas reglas en cuanto al tratamiento de este fenómeno. Estos problemas normalmente requieren un ajuste manual de los caudales tratados durante el período de transición si las discontinuidades son demasiado importantes. Cabe señalar que, contrariamente al proceso de datos de precipitaciones, la agregación para producir los intervalos de tiempo estándar debe ser la última etapa en los procedimientos descritos anteriormente. Esto se debe a la relación no lineal entre el nivel y el caudal. Como se ha indicado varias veces, los datos de caudal son usualmente agregados como valores promedios diarios. Si se dispone de las estimaciones especiales de las precipitaciones se pueden introducir en el fichero de caudales. Además de determinar los extremos instantáneos de niveles y caudales, no siempre se publican con regularidad los elementos de una serie cronológica de caudales instantáneos. La serie cronológica de niveles y tal vez la serie de caudales correspondiente son preservados en cinta o diskette fuera de línea para poder apoyar las consultas futuras de datos más detallados. Tareas de rutina después de realizar los cálculos En general, se trata de completar los datos faltantes mediante una correlación cruzada entre estaciones de medición cercanas, sobre todo las que se encuentran dentro del mismo sistema fluvial. En ausencia de correlaciones fiables puede recurrirse a
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modelos de lluvia-escorrentía, incluido el uso de modelos conceptuales de cuencas. Todos los datos estimados deben ser adecuadamente señalados. Numerosos sistemas fluviales son afectados por las actividades humanas y estos efectos cambian con el tiempo. Para los estudios hidrológicos y de recursos hídricos casi siempre es necesario tratar de aislar estos efectos artificiales de la respuesta natural de la cuenca, esto es obtener una serie cronológica estacionaria. Este proceso requiere un gran conocimiento de todas las derivaciones, caudales y represas dentro de la cuenca, directas o indirectas. Los efectos del uso del agua pueden ser agregados en una única serie cronológica que represente las modificaciones del caudal del río. Cuando estas correcciones se aplican a los caudales medidos se obtiene una serie natural. Cualquier dato modificado debe ser debidamente señalado. Una tarea esencial para el proceso de datos, sobre todo para el de sistemas de caudales, es realizar las debidas operaciones de mantenimiento en todos los conjuntos de datos. Estas operaciones requieren decisiones que permitan decidir los datos que deben ser mantenidos. Según los principios establecidos en la sección 23.3.1, convendría tratar de guardar sólo los datos básicos fundamentales (y copias de seguridad) y los datos derivados principales, como, los datos de caudal diario que consumen mucho tiempo para ser calculados. En el capítulo 24 figuran más detalles acerca de este tema sobre gestión de datos. Sin embargo, cabe señalar que los datos siguientes, relativos a caudales, deben ser conservados: a) los datos de niveles de agua y las correcciones efectuadas; b) los datos de niveles ajustados, esto es las series cronológicas de niveles de agua corregidos por errores temporales, altura del cero de escala y altura del limnímetro. Una copia de trabajo y por lo menos una copia de seguridad se deben conservar (fuera de línea); c) las curvas de gastos diarios y sus correcciones asociadas; d) los promedios diarios de caudal, algunos de los cuales pueden ser mantenidos en línea (los últimos años, resúmenes mensuales o períodos completos para estaciones importantes de referencia); e) datos relativos al uso del agua de la cuenca, utilizados para obtener los caudales naturales. Todos los demás grupos de datos son transitorios, o pueden ser derivados fácilmente de estos conjuntos de datos básicos. 23.3.2.5 Datos sobre la calidad del agua Existen cuatro grupos principales de actividad en el procesamiento primario de los datos de calidad del agua: a) verificación de los valores de laboratorio; b) conversiones de unidades de medición y ajustes de valores a escalas normalizadas de referencia;
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c) cálculo de índices de calidad del agua; d) cálculos de balance de masa. La verificación de los resultados de laboratorio puede incluir la reevaluación de datos calculados manualmente y/o el control de homogeneidad entre varios parámetros. Estas operaciones son en esencia una extensión de las técnicas de validación de datos, descritas en la sección 22.2.3.6. La normalización de unidades es importante para obtener la homogeneidad de valores almacenados en la base de datos. Las operaciones incluyen la conversión de unidades de medición usadas (como la normalidad a unidades equivalentes) o la corrección de valores para ajustarlos a una referencia estándar (por ejemplo, transformar los valores del oxígeno disuelto y la conductividad del agua a sus valores correspondientes a la temperatura estándar de 20ºC). Los índices de calidad del agua están generalmente basados en relaciones empíricas que intentan clasificar las características de la calidad del agua a un objetivo definido. Por lo tanto, existen índices en el ámbito de la potabilidad, la toxicidad, la dureza, la aptitud al tratamiento de las aguas, etc. Como estos índices son derivados del conjunto básico de datos sobre la calidad del agua, generalmente no es necesario almacenarlos. Si se requiere, se pueden volver a calcular. Algunos índices pueden influir directamente en la gestión del agua. Por ejemplo, algunas relaciones empíricas entre las variables de efluentes básicos pueden ser usadas como la base de un esquema de tarifas para el tratamiento de aguas residuales. Mientras más elevado sea el índice más alta será la tarifa. Los cálculos de balance de masas se utilizan para controlar las cargas de contaminantes y examinar la fiabilidad de los datos de calidad del agua. Las cargas se calculan multiplicando la concentración por el caudal (o por el volumen para agua embalsada). El cálculo de cargas en varios puntos del sistema fluvial permite detectar posibles fuentes de contaminación, que de otra manera se disimularían por las variaciones en el caudal. Es evidente que los cálculos de balance de masa deben ser hechos luego de que los caudales hayan sido calculados. Es muy fácil calcular el balance de masa para los parámetros estables de calidad del agua, o sea los que no cambian o cambian muy lentamente con el tiempo. Los parámetros inestables, por ejemplo el oxígeno disuelto y la DBO, pueden cambiar muy rápido y se requieren técnicas de modelación muy complejas parar monitorear su comportamiento. Más información y técnicas figuran en la publicación de la OMM, titulada Manual on Water Quality Monitoring - Planning and Implementation of Sampling and Field Testing [5] y en la Global Environment Monitoring System (GEMS) Water Operational Guide [6].
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CAPÍTULO 23
Referencias 1. Organización Meteorológica Mundial, 1980: Manual on Stream Gauging. Volúmenes I y II, Informe de hidrología operativa Nº 13, OMM–Nº 519, Ginebra. 2. Organización Meteorológica Mundial/ Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 1985: Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management, OMM–Nº 634, Ginebra. 3. Organización Meteorológica Mundial, 1981: Case Studies of National Hydrological Data Banks (Planning, Development, and Organization). Informe de hidrología operativa Nº 13, OMM–Nº 576, Ginebra. 4. Organización Meteorológica Mundial, 1983: Guía de prácticas climatológicas. Segunda edición, OMM–Nº 100, Ginebra. 5. Organización Meteorológica Mundial, 1988: Manual on Water Quality Monitoring – Planning and Implementation of Sampling and Field Testing. Informe de hidrología operativa Nº 13, OMM–Nº 680, Ginebra. 6. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente/Organización Mundial de la Salud/Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura/Organización Meteorológica Mundial, 1992: Global Environment Monitoring System (GEMS/WATER Operational Guide. Canada Center for Inland Waters, Burlington, Ontario.
CAPÍTULO 24 ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE DATOS
24.1 Almacenamiento de datos originales Los datos brutos, ya sean formularios de terreno, gráficos o informes deben quedar disponibles luego del procesamiento. Algunos errores cometidos al hacer los informes y el procesamiento pueden no salir a la luz hasta que los usuarios los examinen. Puede ser necesario también revisar las trascripciones del original o volver a analizar la interpretación de un signo dudoso hecha por el operario. Los registros de un emplazamiento en particular pueden ser recapturados en respuesta a un desarrollo futuro, o incluso los cambios en la tecnología pueden resultar en una elevación de las normas. En ambos casos, se requiere un nuevo procesamiento de los datos. Por lo tanto, los datos originales deben ser archivados en forma segura. El almacenamiento debe mantenerse separado de la base de datos electrónica y debe estar en un lugar seguro. Los datos brutos deberían ser accesibles para cualquier usuario. A este efecto, y para comodidad del usuario, el material puede ser archivado en microfilms. 24.2 Gestión y almacenamiento de datos procesados 24.2.1 Generalidades [G05, G06, G08, G10, G12] Una descripción completa de los procedimientos recomendados para almacenar y clasificar datos climatológicos figura en la Guía de prácticas climatológicas [1] de la OMM. Los datos hidrológicos requieren un tratamiento algo diferente en materia de eficiencia en el almacenamiento, pero se pueden aplicar muchas de las mismas consideraciones. Un breve resumen de los puntos más importantes de la Guía de prácticas climatológicas se incluye en este capítulo, así como algunas notas relativas a los nuevos equipos que no figuran en esa Guía y concernientes a los datos hidrológicos. Numerosos países recolectan grandes cantidades de datos climatológicos e hidrológicos, pero no pueden almacenar de todos los datos originales. Sin embargo, antes de destruir los originales, se pueden hacer copias en medios que requieren una pequeña fracción del espacio demandado por los documentos originales. Por ejemplo, un microfilm de datos (en forma de cifras o gráficos) ocupa casi 300 veces menos del espacio de almacenamiento de los registros originales.
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CAPÍTULO 24
La mayoría de los datos digitales son archivados en cintas o discos magnéticos. Como una cinta magnética de 2 500 pies (762 metros), con una densidad de 800 caracteres por pulgada (25 milímetros), puede contener la información de cerca de 250 000 de tarjetas perforadas, el espacio de almacenamiento requerido en la actualidad es una fracción muy pequeña del espacio requerido antes. Copias duplicadas de cintas magnéticas se pueden hacer en minutos, con un costo muy bajo. Del mismo modo, las cintas de papel perforado, utilizadas cada vez menos como forma de almacenamiento permanente en los últimos años, se pueden destruir una vez que los datos han sido transferidos a la cinta magnética, si el espacio de almacenamiento constituye un problema. A menudo se utiliza el microfilm para archivar los datos de manera permanente luego de que se han hecho todas las correcciones. Algunos países almacenan datos en discos CD-ROM, que pueden contener grandes volúmenes de datos y con un fácil acceso. Las condiciones de almacenamiento para cualquiera de estos soportes deben minimizar la destrucción de registros archivados por efectos del calor excesivo, variaciones de temperatura, alta humedad, polvo, insectos u otros animales dañinos, radiación y fuego. Las cintas magnéticas se deben proteger de las influencias electromagnéticas. En la microfilmación se deben utilizar películas no inflamables. Cuando sea posible, se debe tener varias copias de los registros, unas en el centro de captación principal y otras en los centros regionales o en las oficinas o domicilios de los observadores. A pesar de su prodigioso poder de procesamiento, las microcomputadoras están apenas en el principio de su capacidad por cuanto se refiere al manejo de grandes volúmenes de datos. Por esta razón, se considera que una minicomputadora central o unidad central compartida conviene más para los sistemas de inventario hidrológico a nivel regional. Sin embargo, parece haber cierta ventaja en la distribución de las tareas de entrada de datos y la validación en los centros equipados con microcomputadores de terreno. Esta estrategia se recomienda porque: a) concentra las capacidades limitadas del centro en personal calificado para efectuar las principales actividades de procesamiento de datos; b) permite al personal de terreno trabajar en computadores y conocer las técnicas relacionadas. Esto deberá favorecer el desarrollo a gran escala de las capacidades informáticas en el sector hidrológico. El producto del control de calidad inicial y las etapas de procesamiento (capítulo 23) abarcan archivos intermedios que pueden ser usados para actualizar ficheros permanentes de bases de datos. Los procedimientos de actualización deberían minimizar el número de actualizaciones que se ejecutan y proteger la integridad de los datos contenidos en los ficheros maestros. Además, la eficiencia con la que se pueden ejecutar las actualizaciones y las extracciones de datos depende de la organización física y lógica de los archivos. Esta sección abordará estos temas, pero consideraremos
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en primer lugar la cuestión general de controlar el flujo de datos a través de todas las etapas del procesamiento. 24.2.2 Control del flujo de datos La importancia de un adecuado control de las series de datos que ingresan ya ha sido mencionada en relación a las operaciones de entrada de datos. Es indispensable conocer el estado de todas las series de datos en las diversas etapas de validación y actualización, sobre todo cuando se han descubierto datos dudosos y que se espera la respuesta de la persona encargada del control de calidad de los datos hidrológicos. Inicialmente todo el proceso de monitoreo puede ser manual, pero en definitiva algunas funciones podrán ser automatizadas como parte de las actividades generales del procesamiento informático de los datos. La automatización permite un monitoreo de rutina del estado de lotes de datos, de los resúmenes de validación y de la disposición física los datos en el sistema, por ejemplo el número de la cinta o del volumen en el disco, así como los nombres de las series de datos. Dicho control es esencial cuando se procesan grandes cantidades de datos. El personal encargado del control de datos deberá realizar las siguientes labores: a) registrar los lotes de datos que ingresan y encaminar estos lotes al sistema de entrada de datos apropiado; b) controlar y registrar el estado de la entrada de datos y de la introducción ulterior de los datos para la primera fase de validación y procesamiento; c) encaminar los informes de validación al personal hidrológico apropiado y de recepción de los datos editados; d) repetir los pasos a) a c) hasta que todos los lotes de datos hayan sido aceptados para la actualización; e) transmitir resúmenes estadísticos mensuales y anuales a las agencias y al personal interesados. La naturaleza exacta de las tareas depende de la posibilidad que tienen los usuarios de acceder a los datos para editarlos. En sistemas en línea, donde los usuarios efectúan su propio control de calidad, las responsabilidades centrales son reducidas. Sin embargo, dichos usuarios deben tener algún medio para indicar que el control de calidad ha sido completado y que las series de datos están listas para su procesamiento posterior. 24.2.3 Procedimientos de actualización En hidrología, la mayor parte de las bases de datos de archivos se actualizan al menos en dos etapas. Estas etapas se indican en la figura 24.1. La primera etapa es el ciclo de actualizaciones mensuales correspondientes a un período estándar de informes. La división de las primeras cuatro actividades de la primera etapa, entre diversas pasadas de computadora, depende del usuario y de los recursos físicos del
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CAPÍTULO 24 Lotes mensuales de datos
Sí Edición
Datos de entrada
¿Correccciones ¿Corrección de local posibles de errores?
Archivos secuenciales de datos brutos
Procesamiento manual Archivo descriptivo de la estación
No
Preguntas del Preguntas del observador observador sobre sobre el terreno elterreno
Control manual
Informe de validación
1. Validación
2. Valores derivados Mes Datos incompletos
anterior
Hasta el mes Archivo de anterior trabajo anual
3. Resúmenes mensuales y estadísticas
Mes en curso
Datos incompletos
4. Actualización Informes mensuales
Archivo de trabajo anual
A los usuarios
Incluido el mes en curso Mensual Anual
Procesamiento manual * Archivo descriptivo de la estación
Archivos viejos
1. Separación de series de parámetros múltiples
2. Actualización de los archivos
Informe actualizado
Control Manual manual inspección
¿Errores ?
Sí
No 3. Resúmenes anuales y estadísticas
Informes anuales
A los usuarios STOP
1. Anuarios 2. Catálogo de datos Archivos nuevos
NOTAS: 1. El procesamiento mensual comienza normalmente entre 10 y 15 días después del fin de mes 2. El procesamiento anual comienza normalmente 30 días después del fin de año 3. Los archivos pueden ser totalmente independientes del sistema (cintas o diskettes) o pueden ser combinados, es decir en línea (por ejemplo, los dos últimos años) y fuera de línea 4. La edición de datos de pequeña escala puede realizarse por intermedio de unidades de presentación visual (VDU). 5. Los informes mensuales y los de validación, que se presentan en forma separada, se pueden referir a un solo documento, sobre todo por cuanto se refiere a parámetros que no requieren ninguna transformación, por ejemplo, las precipitaciones.
Figura 24.1 – Procesamiento y actualización en dos niveles para los datos hidrológicos
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sistema. Si la mayoría de los ficheros están archivados en cinta, es casi imposible realizar la serie completa de procesamiento mensual con un programa porque se requerirían demasiadas cintas. Por lo tanto, se recomienda que no se calculen los valores derivados, por ejemplo los caudales o la evapotranspiración potencial, hasta que toda la información básica haya sido revisada manualmente. Para el usuario final, los resultados de esta primera fase de actualización son los informes de resúmenes mensuales. Para la gestión de las bases de datos, lo más importante es actualizar los archivos de trabajo anuales. Si el sistema para esta primera fase sólo procesa bloques de datos mensuales, podría ser necesario mantener archivos de datos incompletos. Esta necesidad surge del uso de registradores informáticos, donde el soporte del registro es cambiado normalmente a intervalos irregulares. Así, al procesar el mes 1 pueden haber varios días del mes 2 en el soporte. En este caso, los datos del mes 2 se conservan en un archivo temporario hasta que estén disponibles los datos complementarios durante el mes 3. El ciclo se repite, generando un archivo completo del mes 2 y uno incompleto del mes 3. Este problema se plantea pocas veces con informes manuales o con estaciones telemétricas. Si el soporte informático requiere un procesamiento previo, hay siempre la posibilidad de fraccionar los archivos y de constituir luego archivos mensuales que podrían ser procesados previamente por una microcomputadora, antes de ser remitidos al procesamiento principal. Luego de pasar las revisiones de validación (sección 22.2) y de ser sometidos al procesamiento primario necesario (sección 23.3), los lotes de datos mensuales son incorporados al archivo actual de datos anuales. Los datos que no pasen las revisiones de validación deben ser examinados manualmente y, cuando se detectan errores, se les debe aplicar el proceso indicado en la figura 24.1. A fin de asegurar una entrega adecuada de los datos, generalmente es necesario comenzar el procesamiento de cada lote de datos mensuales desde el día 10 al 15 del mes siguiente. Si el procesamiento no se comienza a tiempo, existe el riesgo de que la entrada y el procesamiento completo de los datos ocasione un retraso en actualización del archivo anual. El propósito del ciclo anual de actualización es incorporar el archivo de trabajo anual a la base de datos históricos. Esta transferencia conlleva un cambio en el estado de los datos en el que se transformaban los datos de trabajo en referencias hidrológicas de calidad controlada. Por lo tanto, se debe asegurar, en la medida de lo posible, las causas de los valores dudosos antes de efectuar la actualización anual. Los datos resultantes del procesamiento anual se pueden publicar en anuarios hidrológicos. 24.2.4 Compresión y exactitud Una operación fundamental en toda actualización de bases de datos es la compresión de los datos para hacer un uso óptimo del espacio de almacenamiento. La técnica de
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CAPÍTULO 24
compactación se describe en la publicación de la OMM titulada Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management [2]. Sin embargo, las técnicas de compactación tienden a ser específicas para cada máquina y varias otras técnicas son empleadas en diversos sistemas de bases de datos hidrológicas. Estas son: a) números enteros para el almacenamiento, que luego se envían a la escala correcta para la salida de valores. Por ejemplo, las precipitaciones diarias, medidas con una precisión de 0,1 milímetro, pueden ser almacenadas en décimas de milímetro (un entero) y divididas por 10 para los efectos de la salida. La memoria necesaria se reduce así a la mitad. Un entero normal utiliza dos bytes de almacenamiento comparado con los cuatro bytes necesarios para guardar un número real (decimal); b) uso de archivos de datos sin formato (binarios) en lugar de archivos normales ASCII. Además de requerir menos espacio, los datos binarios son guardados y recuperados más rápidamente; c) uso de un contador para valores constantes que se repiten. Así, un período de 10 días sin precipitación no necesita ser almacenado como una serie de 10 ceros, sino como un factor de repetición de 10 seguido por el valor cero; d) una versión mejorada del método anterior consiste en eliminar totalmente todos los datos redundantes. Éstos se deben al registro repetido de fenómenos hidrológicos por algunos tipos de instrumentos de terreno, en particular los registradores a intervalos fijos. Por ejemplo, en la secuencia 40, 50, 60 es evidente que el valor central puede ser derivado por interpolación de los valores adyacentes. Así, pueden desarrollarse programas para rastrear los datos, eliminando todos los valores que pueden ser interpolados linealmente dentro de un rango definido de tolerancia. Esta técnica reduce mucho la necesidad de almacenamiento sin que se produzca una reducción importante del contenido de información de los datos. En Nueva Zelandia el uso del Sistema TIDEDA Time Dependent Data, componente del HOMS G06.2.01, ha resultado en una reducción de dos a 12 veces del espacio de almacenamiento utilizado; e) uso de valores relativos en lugar de valores absolutos. Por ejemplo, el nivel de agua en un pozo puede ser expresado en términos absolutos de elevación o, más fácilmente, en relación a algún plano de referencia local o al nivel de agua medio. Sólo es necesario almacenar la diferencia con el valor anterior registrado. Estos diversos formatos producen números más pequeños que pueden almacenarse en espacios más reducidos. Se debe mantener un equilibrio en los niveles de compresión de datos empleados. Un nivel alto de compresión en el uso del espacio se gana a expensas de ejecutar rutinas de compresión y expansión cada vez que los datos son guardados o recuperados. El nivel correcto de compresión de datos debe reflejar las limitaciones
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relativas de espacio de almacenamiento y de capacidad de cálculo, así como conocimientos para el desarrollo de programas, en cada instalación. Con respecto a la exactitud de los datos almacenados, muy pocas veces ésta es superior a una milésima para los datos hidrológicos. Por esta razón, numerosas bases de datos hidrológicos sólo almacenan datos con una precisión de tres o cuatro cifras significativas. Así, un caudal calculado de 234,56 m3 s-1 puede ser almacenado como 235. Esta práctica también se utiliza para ahorrar espacio de almacenamiento. 24.2.5 Organización de los archivos físicos La organización secuencial de los archivos es sencilla y se puede utilizar en todos los medios de almacenamiento; es aplicable a series cronológicas de datos que son entrados y consultados con frecuencia de manera secuencial. Los archivos secuenciales indizados resultan muy interesantes para el almacenamiento de la mayoría de datos hidrológicos porque permiten conservar la naturaleza secuencial inherente de los datos en el soporte de almacenamiento. Además, existe la posibilidad de acceder directamente a registros individuales o grupos de registro. La organización con acceso aleatorio, como el secuencial indizado, sólo concierne a los archivos memorizados en disco o diskettes, pero limita al sistema en relación con el volumen de almacenamiento. Se puede acceder con más rapidez y facilidad a los registros. Mediante el uso de referencias cruzadas (punteros) los datos de un archivo de acceso aleatorio pueden relacionarse en formas complejas y efectivas. Si una base de datos hidrológica se desarrolla para efectuar una manipulación interactiva de datos en línea, los archivos deben estar accesibles en disco, y debería poder usarse archivos secuenciales indizados o de acceso aleatorio. De hecho, su uso es quizás esencial para obtener tiempos de respuesta aceptables al utilizar grandes cantidades de datos. Cuando el acceso en línea de los datos no es prioritario, puede valer la pena mantener en un archivo series cronológicas de una variable, por ejemplo niveles de agua o de precipitaciones, porque, en general, estos archivos son utilizados para extraer una secuencia temporal de datos. Para archivos de series cronológicas de múltiples variables existen ciertas ventajas en la organización por acceso secuencial indizado o aleatorio. Si una variable dada no ha sido medida en todas las estaciones, se deben examinar los archivos secuenciales en todas las estaciones para saber si la variable fue memorizada o no. En algunas clases de archivos de acceso aleatorio es posible guardar un puntero con cada valor de las variables que indique la ubicación del próximo registro procedente de una estación que tiene un valor para la misma variable. Por lo tanto, se puede así acceder directamente a este registro. Esta técnica es ventajosa para datos de calidad del agua donde las variables observadas varían mucho entre estaciones y dentro de la misma estación en diferentes momentos.
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CAPÍTULO 24
Los datos grabados en cinta magnética, el formato más común para archivos de bases de datos grandes, deben estar en forma secuencial. Sin embargo, cuando los archivos se transfieren de la cinta a un disco, puede utilizarse cualquiera de los métodos de acceso descritos anteriormente. Cualquiera sea el método empleado, se recomienda que los grandes archivos de base de datos estén sin formato (binario). Algunos sistemas de base de datos utilizan una combinación de técnicas para maximizar la eficiencia del almacenamiento y la recuperación. Esto se logra almacenando grandes grupos de datos secuenciales en registros únicos de archivos de acceso aleatorio o secuencial indizado. De esta forma los datos diarios o incluso horarios anuales de una estación se pueden almacenar como un registro físico en un archivo de acceso aleatorio o secuencial indizado. Para extraer los datos de un mes determinado, se puede acceder directamente en el disco al registro anual de la estación correspondiente. Este registro es transferido entonces a una memoria intermedia desde la cual los datos del mes en cuestión pueden ser leídos rápidamente. Cabe mencionar el uso de sistemas de gestión de base de datos (DBMS). Estos sistemas se basan invariablemente en el uso de archivos de acceso aleatorio [2]. Se recomienda cierta precaución al utilizarlos a menos que sean conocidos (y relativamente similares) los formatos de ingreso y recuperación de los datos y que exista suficiente apoyo de programación. Se recomienda tener en cuenta el carácter evolutivo de los DBMS. Muchos servicios se encuentran actualmente evaluando el uso de sistemas de base de datos relacionales que permiten el almacenamiento confirmado de datos y otras informaciones. Se debería seguir de cerca los avances que se registren en este ámbito. 24.2.6 Organización de archivos lógicos Existen dos aspectos en la organización lógica de los datos: los agrupamientos principales, que determinan el número de archivos, y las series de valores de las variables que se incluyen en los registros de cada archivo. Una base hidrológica completa contendrá los siguientes grupos de archivos: a) archivos de referencia del sistema, que incluyen las listas de códigos (archivo diccionario) usados para validar el ingreso de datos, codificar datos para su archivo y decodificarlos para la salida. Si se utiliza alguna forma de codificación espacial de los datos se necesitarán también archivos de referencia hidrológicos y/o geográficos; b) archivos de descripción de las estaciones, que abarcan desde simples archivos relativos al número, nombre, tipo, ubicación e instrumentos de la estación, así como archivos detallados, con los datos completos de muestreo de pozos perforados o barrenados; c) archivos de calibración, que contienen la información de base detallada necesaria para calcular variables derivadas, normalmente a nivel de cada estación,
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por ejemplo curvas de aforo para estaciones de medición de caudales en ríos y coeficientes de calibración para sensores climatológicos y de calidad de las aguas. Algunos datos son independientes de las estaciones, por ejemplo, coeficientes de calibración de molinetes y tablas de referencia para la radiación teórica incidente y horas de insolación; d) archivos cronológicos, que contienen series de observaciones realizadas en una estación hidrológica. Pueden ser series de variables simples o múltiples y se pueden observar a intervalos regulares o irregulares. Las relaciones entre estos distintos grupos de archivos se indican en la figura 24.2. Desde el punto de vista de la organización, es posible combinar toda la información de los tipos b) y c) en archivos comunes o separar cada tipo en archivos de uso corriente y archivos históricos. Esto permite dar a los archivos un formato y un tamaño estándar. La estructura que se debe dar depende de la cantidad de datos descriptivos que se conservarán en los archivos informáticos en comparación a los que deben estar en los archivos manuales. Es útil examinar las distintas posibilidades disponibles para almacenar los diferentes tipos de series cronológicas en un mismo archivo físico. En el nivel más sencillo, a todas las estaciones se asignan sus propios archivos con datos ordenados secuencialmente en el tiempo. Esta técnica es apropiada para grupos pequeños de datos o para mantener datos archivados en cintas. Sin embargo,
Procesamiento de los archivos del sistema
Archivos de referencia hidrológico/ geográfico
Archivo diccionario Codificación Decodificación
Archivo de la estación hidrométrica
Archivo histórico descriptivo de la estación
Archivo histórico de calibración de la estación
Ubicación de la estación
Descripción (actual) de la estación
Archivos de datos de series cronológicas de la estación
Calibración (actual) de la estación
Figura 24.2 — Relaciones entre los archivos de datos de una estación hidrométrica
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CAPÍTULO 24
como las redes hidrológicas pueden contener diversos miles de estaciones de diversos tipos, este sistema simple se vuelve extremadamente difícil de gestionar y mantener con grandes cantidades de archivos. A un nivel superior, utilizado para la mayoría de los sistemas de base de datos hidrológicos, se emplean archivos conteniendo muchas estaciones, cada uno de los cuales contiene datos de un tipo diferente. Pueden ser series hidrológicas, (valores de caudales diarios), o series cronológicas mixtas (diversas variables a intervalos fijos). En el primer caso, un archivo de caudales diarios, por ejemplo, contendría todos los datos de caudales diarios para el total de la red hidrológica. El archivo, si se organiza secuencialmente, estaría ordenado por estación y, dentro de cada una de ellas, por tiempo. En el segundo caso, todos los datos diarios estarían incluidos, sin importar el tipo hidrológico, y el archivo estaría ordenado por tipo y número de estación. Ambos casos se encuentran en el sistema Water Data Storage and Retreival (WATSTORE) [3], que comprende cinco archivos grandes. Uno contiene los datos de encabezamiento (descripción) de la estación. De los otros cuatro, tres se agrupan por tipo hidrológico (calidad del agua, caudales máximos, inventario de los sitios de medición de agua subterránea) y el cuarto, agrupado como serie cronológica, es el archivo de valores diarios. El último archivo contiene datos observados diarios y en forma continua y está reducido numéricamente a valores diarios. También es posible almacenar mediciones instantáneas a intervalos fijos, valores medios diarios y estadísticas, tales como máximos y mínimos diarios. En 1981 este archivo contenía 190 millones de valores diarios sobre datos de caudales, los niveles de agua en ríos, volumen de embalses, temperaturas del agua, conductividad eléctrica, concentraciones de sedimentos, caudales de sedimentos y niveles de aguas subterráneas. Al nivel de integración más alto (otro que no se base en la utilización de un DBMS) hay sistemas que procesan todo tipo de series cronológicas en un solo formato de archivo y que almacenan todos los datos de estas series en un solo archivo físico. Este enfoque, utilizado en el sistema TIDEDA de Nueva Zelandia [3], simplifica mucho el desarrollo de programas informáticos para las tareas de gestión y consulta de datos puesto que el formato de almacenamiento es estándar. Otros sistemas similares de procesamiento y almacenamiento que también son componentes del HOMS son el HYDATA del Reino Unido y el HYDSYS de Australia. Detalles sobre cómo son tratados los datos en estos sistemas de procesamiento y almacenamiento figuran en la publicación de la OMM titulada Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management [2]. 24.2.7 Extracción de datos de una sola variable A veces, funciona mal el almacenamiento de series cronológicas múltiples debido al gran número de variables que se pueden observar en cada lugar y la manera de extraer los datos.
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Así, pues, los datos climatológicos que, luego de su uso inicial en el cálculo de la evapotranspiración potencial, pueden ser consultados sólo para recuperar variables individuales. Estas consultas se requieren usualmente para la interpolación espacial y/o la representación gráfica de datos, por ejemplo, datos de temperatura para cálculos de la fusión de la nieve o datos de radiación para evaluar potenciales de producción de cosechas. El proceso de recuperación no funcionaría bien si se tendrían que examinar todas las estaciones, incluso si la variable fue observada sólo en alguna de las estaciones. Como se indicó en la sección 24.2.5, estos problemas pueden ser subsanados utilizando punteros de datos almacenados con cada valor, que indican la ubicación del registro que contiene el próximo valor para esa variable. Sin embargo, si esta técnica se utiliza con muchas variables, tomaría mucho tiempo almacenar los punteros. Una solución a este problema es eliminar las variables importantes (las que se utilizan frecuentemente en forma individual) y almacenarlas como series cronológicas de variables simples. Esta práctica es corriente para datos de precipitación observados en estaciones climatológicas. La extracción de las variables importantes se efectúa mejor durante las actualizaciones anuales, cuando los datos validados son transferidos al archivo histórico. Cabe señalar que la decisión de realizar la extracción de variables simples depende de la frecuencia a la que se extrae: si la extracción de valores para una variable específica es frecuente, se debería separar de un lote de variables múltiples. Mientras menos estaciones contenga dicha variable observada, peor funcionará la búsqueda de variables múltiples, y se justificará todavía más el formato de una sola variable. Si se consultan datos de varias variables relacionadas con el mismo tiempo de observación, como sucede con los datos de calidad del agua, probablemente el formato original de variables múltiples se mantenga como el más conveniente. 24.2.8 Almacenamiento de datos en línea y fuera de línea El almacenamiento de datos en línea y el acceso interactivo a ellos se utilizan cada vez más gracias a los avances en las técnicas de almacenamiento en discos magnéticos y a los progresos en las comunicaciones. Los datos siempre se pueden revisar, editar, consultar y analizar y las diversas posibilidades de organización de archivos permiten utilizar los métodos más rápidos de acceso a los datos. Sin embargo, el almacenamiento en discos duros es costoso y representa con frecuencia la parte más importante en la compra de una computadora. Esta inversión debe ser justificada en términos de necesidades operativas de las tareas de procesamiento y los propósitos para los cuales se recolectan los datos. Las operaciones hidrológicas en tiempo real exigen el uso de datos en línea y, puesto que los requerimientos de almacenamiento son generalmente bajos, pueden ser satisfechas fácil y económicamente.
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CAPÍTULO 24
Los sistemas de investigación y de análisis no tienen las mismas necesidades operativas, pero como no requieren mucho espacio en la memoria, el almacenamiento de todos los grupos de datos importantes en general se puede hacer en línea y a bajo costo. Una excepción a este caso es el sistema que maneja datos de teledetección o de mapas digitalizados, en los que las enormes cantidades de datos requieren un uso extensivo de almacenamiento fuera de línea. Los sistemas de inventarios hidrológicos tienen necesidades de memoria que no son excesivas en un sentido técnico, pero el almacenamiento en línea no se puede justificar económicamente porque los datos no se recopilan para aplicaciones en tiempo real (planificación y diseño). Los datos pueden mantenerse fuera de línea mucho más económicamente pero se debe añadir un costo de tiempo adicional (minutos u horas) necesario para traerlos a la línea cuando se requieren. Esta demora suplementaria no es significativa en los sistemas de inventarios. El almacenamiento de datos fuera de línea se realiza normalmente en cintas magnéticas, así como en discos removibles. En las microcomputadoras, el almacenamiento fuera de línea se realiza en cassettes, diskettes y cartuchos de cintas de alta densidad. Se observa un uso creciente de discos CD-ROM como sistema de almacenamiento de datos fuera de línea. Una revisión de numerosos sistemas hidrológicos existentes indica que se dispone de memoria para el almacenamiento permanente en línea de los siguientes grupos de datos: a) lotes de datos actuales que esperan edición y/o procesamiento primario – Esto incluye los lotes de datos mensuales y el archivo de trabajo anual indicados en la figura 24.1. El acceso en línea a estos grupos de datos es particularmente útil para hacer limitadas ediciones de los datos. Si existe un sistema central encargado de la validación y el procesamiento primario, estos grupos de datos deben ser protegidos para que los usuarios no puedan acceder a ellos antes de su validación y actualización; b) un período reciente de la base de datos hidrológica principal – Esto puede comprender los últimos dos o tres años de datos con control de calidad. A medida que se procesan nuevos lotes, como se indica en el apartado a) anterior, los lotes más viejos son transferidos a la base de datos principal, que se mantiene en cinta fuera de línea. Algunos sistemas incluyen el archivo de trabajo anual a) anterior, en particular si son los usuarios los encargados de la validación y la edición de los datos; c) un catálogo o índice de todos los datos disponibles mantenidos en línea y fuera de línea – Donde existen estos catálogos han probado ser muy valiosos para ayudar a los usuarios a definir sus necesidades de consulta de datos. Estos catálogos pueden ser publicados periódicamente para mayor difusión. Una forma sencilla de catálogo se puede producir resumiendo las principales informaciones de los archivos descriptivos de las estaciones;
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d) archivos de trabajo profesionales creados por los usuarios para sus aplicaciones específicas – Estos grupos de datos en general se extraen de la base de datos y se duplican en otro soporte informático. Cabe señalar que uno de los principales objetivos de un DBMS es eliminar dichas duplicaciones. El espacio ocupado por los grupos de datos anteriores sólo constituye una parte de la capacidad de almacenamiento en línea; ésta admite además el espacio para programas de sistema y de usuarios y el espacio de trabajo provisional. En algunos sistemas, estos últimos pueden ser muy importantes. El almacenamiento de grupos de datos fuera de línea incluye: a) copias de datos primarios ingresados al sistema, por ejemplo valores del nivel de agua medidas a un ritmo de 15 minutos y coordenadas cartesianas (x, y) de un gráfico de precipitación digitalizado automáticamente. Se deben tomar dos decisiones optativas con relación a estos datos: i) las series de datos registrados a intervalos de tiempo corto se deben agrupar en series a intervalos fijos o comprimir utilizando alguna de las técnicas descritas en la sección 24.2.4. En general, este agrupamiento o compresión se realiza a pesar de la pérdida de información que ocasionalmente ocurre. Esta pérdida de información no es grave si se conservan los registros de datos originales; ii) se deben guardar los datos corregidos o los originales, esto es, los datos de terreno originales o copias de los grupos de datos corregidos. Normalmente se adopta esta última solución y los datos originales de terreno, gráficos (o microfichas), cintas perforadas o cassettes, se guardan por separado con fines de archivo o de referencia; b) los archivos principales de la base de datos, excepto el período más reciente que se mantiene en línea. Los archivos pequeños y medianos se almacenan en volúmenes separados de archivo o se combinan en un volumen (volumen multiarchivo). Los archivos muy grandes (como el archivo de valores diarios del U.S. Geological Survey) pueden ocupar varios volúmenes (archivo multivolumen); c) copias de seguridad de todos los datos conservados en línea o fuera de línea. La disposición de estos distintos grupos de datos en línea y fuera de línea se resume en el diagrama de la figura 24.3. 24.3 Recuperación de datos La recuperación de datos se estudia en detalle en la publicación de la OMM titulada Guidelines to Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management [2]. La posibilidad de recuperar rápidamente grupos de datos seleccionados es una de las ventajas fundamentales del procesamiento electrónico de datos hidrológicos. Un sistema eficiente de recuperación de datos permite
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CAPÍTULO 24
al hidrólogo o al planificador de recursos hídricos dedicarse al análisis de datos en lugar de pasar el tiempo en ubicar, comparar y procesar manualmente los datos. Un sistema completo de extracción de datos debe tener las siguientes características: a) una gran variedad de criterios de selección de datos. En general, se selecciona por tipo de variable, cuenca, estación, período y valor (o rango) de la variable. En particular debería ser posible seleccionar datos en base a cualquier combinación de estos criterios; b) interpolación/agrupamiento de datos en tiempo y espacio. Quizá las más importante de estas opciones sea la interpolación de series cronológicas irregulares en series a intervalos regulares y el agrupamiento de series cronológicas de corto intervalo en totales o promedios de base de más largo tiempo (esto es, la conversión de valores horarios a diarios o de diarios a valores de diez días). Si se utiliza un sistema de referencia geográfica/hidrológica, se pueden hacer también ajustes espaciales de los datos; c) cálculo de estadísticas elementales. Se deben poder calcular las estadísticas elementales para el/los período(s) seleccionados de registros. Esto incluiría los totales (si son pertinentes), los promedios, los desvíos tipo y los rangos. El sistema estándar de extracción de datos puede ofrecer estadísticas más complejas, como las correlaciones cruzadas, las regresiones múltiples, el análisis de probabilidad. También es posible transferir los datos seleccionados a un programa estadístico (o programa de usuario) como se describe más adelante; d) selección del formato de salida. Esta característica debería permitir la salida de datos directamente en forma de tablas o de gráficos y la creación de archivos de datos en formatos compatibles a un procesamiento posterior. En este último caso, los grupos de datos recuperados pueden almacenarse como entrada para aplicaciones estadísticas o programas de aplicación específicos del usuario. Un formato de salida particular puede ser adecuado para el intercambio de datos hidrológicos a nivel nacional o internacional; e) selección del dispositivo de salida. Debería haber una amplia flexibilidad en la elección del dispositivo de salida. Como mínimo, éste debería incluir una impresora, una unidad de presentación visual (VDU), un archivo disco y si es posible, un trazador de gráficos. Los datos que se deben copiar en cinta o disco flexible normalmente se graban antes en el disco duro y se transfieren con un programa separado que requiere varias variables especificadas por el usuario. Es importante que los datos recuperados, en particular los destinados a salidas impresas en forma de tablas, mantengan sus códigos y distintivos referentes a su estado y fiabilidad (sección 22.3). El usuario debería disponer de información de base relativa a la fiabilidad general de los datos y/o a su no fiabilidad durante ciertos períodos mediante el archivo de descripción de la estación (sección 21.2) o los catálogos de datos.
ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÓN DE DATOS
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Datos de entrada En línea
Fuera de línea
3 VDU Ediciones de datos en línea
1. Ficheros Archivos de trabajo
Datos de entrada de base (+ copias)
1
3 VDU Extracciones/ consultas
VDU Aplicaciones
Archivos recientes recientes 3. Catálogo 2.2 Ficheros
de la base de datos
2
base Archivos de la fase principal de datos hidrológicos (+copias)
4. Usuarios de series de datos
Figura 24.3 — Disposición de las series de datos en línea y fuera de línea La recuperación de datos puede hacerse de tres maneras: a) extracciones periódicas de datos – Son resúmenes y estadísticas de datos de la estación producidos mensual o anualmente; b) extracciones según las necesidades del usuario – Después de consultar anuarios hidrológicos o catálogos de datos, los usuarios pueden solicitar una consulta de datos mediante un formulario especial y la extracción es tramitada como una tarea de lotes normal. Así, se debe contar con operadores de computadoras u otros técnicos para que ingresen la solicitud utilizando el programa de extracción de datos. El formulario de solicitud de extracción debe permitir una amplia variedad en la selección del soporte de salida; c) extracciones de datos en línea (interactivas) – Hay varios modos de especificaciones de consultas en línea que, por sus amplias potencialidades de uso, se examinan más adelante. Como se observó anteriormente en este capítulo y sobre todo en la figura 24.3, la existencia de una base de datos principal en línea permite la extracción interactiva de los datos. Sin embargo, salvo para sistemas con pequeñas cantidades de datos o capacidades de almacenamiento en disco muy grandes, la mayor parte de la base de datos debe almacenarse fuera de línea. Así, el modo interactivo directo es apropiado sólo para consultar cantidades limitadas de los datos más recientes. En algunos sistemas, usuarios lejanos pueden enviar mensajes a los operadores de las computadoras para pedir el acceso a un volumen específico de la base de datos fuera de línea.
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CAPÍTULO 24
Sin embargo, estos pedidos son pocas veces satisfechos inmediatamente. Esta técnica puede incluso convertirse en una tarea muy pesada en términos de utilización de los terminales y de los costos de comunicaciones. Probablemente el medio más eficiente de especificación para consultas en línea es el proceso en dos etapas. En la primera etapa, un programa interactivo permite al usuario especificar los valores que necesita y en la segunda etapa este pedido se procesa automáticamente como una tarea secuencial, y la salida se hace más tarde. El formato de un interfaz interactivo de máquina/usuario se llama "sistema de menú". La ejecución de recolecciones extensas en modo secuencial es mucho más eficiente en cuanto a la capacidad de la computadora de asignar sus recursos, sobre todo para la extracción de datos de volúmenes fuera de línea. La cuestión anterior se refiere principalmente a extracciones en línea de datos de sistemas de inventarios hidrológicos. Sin embargo, la capacidad de revisar los datos que se capturan y se almacenan en sistema de tiempo real es quizás un requerimiento más importante. Las opciones de extracción varían desde la conexión telemétrica de estaciones de campo individuales o por grupos hasta el trazado y muestreo de los datos capturados recientemente y los pronósticos más recientes del centro de procesamiento. Referencias 1. Organización Meteorológica Mundial, 1983: Guía de prácticas climatológicas. Segunda edición, OMM–Nº 100, Ginebra. 2. Organización Meteorológica Mundial/Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 1985: Guidelines for Computerized Data Processing in Operational Hydrology and Land and Water Management. OMM–Nº 634, Ginebra. 3. Organización Meteorológica Mundial, 1981: Case Studies of National Hydrological Data Banks (Planning, Development and Organization). Informe de hidrología operativa Nº 17, OMM–Nº 576, Ginebra.
CAPÍTULO 25 DIFUSIÓN DE DATOS
25.1 Generalidades La consulta de una base de datos hidrológicos puede precisar una variedad de formatos y soportes que permitan la recuperación de los datos (sección 24.3). La mayoría de las solicitudes deberían tratarse mediante una serie de programas. Los formatos elegidos para estos programas deberían admitir las necesidades de los usuarios y adaptarse a los requerimientos de las aplicaciones más corrientes. Un objetivo fundamental del sistema de almacenamiento y temperación de datos es alentar un uso masivo. Deberían hacerse esfuerzos especiales y continuados para asegurar el acceso rápido y la extracción fácil. A este respecto, el acceso directo del usuario a la base (sólo para lectura) debería ser utilizado siempre que sea posible, prestando particular cuidado a rutinas de consultas bien documentadas, fáciles de utilizar para el usuario e interactivas. Los formatos estándar de salida deberán ser bien conocidos por el público, en general para ayudar a los clientes potenciales a hacer evaluaciones realistas de sus necesidades. Este aspecto tiene consecuencias prácticas: se pierde tiempo y dinero al responder a los clientes. Un aspecto importante en la presentación de los datos es que debe indicar la calidad de los datos (sección 22.3). Los recolectores de datos ponen gran atención en identificar y documentar sus productos con la intención de que esa información sea trasmitida al futuro usuario. Todas las salidas deberían ser rotuladas con símbolos apropiados de calidad y estar acompañadas de comentarios explicativos. Se debería avisar a los usuarios que los datos originales pueden contener información más detallada (sección 21.2). Además de suministrar datos en respuesta a los pedidos específicos, las actualizaciones periódicas de los datos deberían ser publicadas. Esto se hace normalmente en formatos de salida estándar. Las publicaciones resultantes pueden presentarse en forma de libros, microfichas o formularios compatibles con las computadoras, como discos o CD-ROM. La difusión de la información procesada estimula la retroalimentación (feedback) por parte de los usuarios de los datos. Al conocer las necesidades de los usuarios, los colectores de datos pueden revisar sus métodos y frecuencias de captación, evaluar constantemente la calidad de los datos, verificar errores en el procesamiento y ampliar su base de conocimientos en relación a las estaciones a su cargo.
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CAPÍTULO 25
25.2 Catálogos de información Un catálogo es diseñado para ayudar a los usuarios a identificar los registros hidrológicos que se ajustan a sus necesidades particulares. Con este fin, se agrupa la información de cada estación hidrológica y, si se trata de una misma corriente de agua, se agrupa por cuenca aforada. Para cada cuenca aforada, la información suministrada debería incluir: a) detalles de la cuenca, por ejemplo su superficie, la geomorfología, el relieve, la vegetación y el uso del suelo; b) la zona climática y la precipitación y la evaporación anuales promedio de la cuenca; c) la ubicación, el tipo de estación y la calidad de las mediciones; d) detalles de cualquier regulación aguas arriba o factores que puedan complicar el uso de los registros; e) el período cubierto, las posibles omisiones y la calidad de los registros de caudales y de calidad del agua (incluido el transporte de sedimentos); f) ubicación de estaciones meteorológicas en la cuenca o cercanas a ella y sus períodos de registro. Esta información se agrupa y examina en tres apartados, a saber: información descriptiva, mapa de la cuenca y disponibilidad de los datos. Para ayudar a los usuarios a identificar las cuencas aforadas que se ajustan a sus propósitos, se debe suministrar una descripción de las características de cada cuenca aforada y los aspectos principales de los instrumentos de medición, con una indicación de la calidad y la fiabilidad de los registros de caudales. La tabla 25.1 sugiere los apartados y la información que debe transmitirse. En la práctica, si bien no se pueden obtener todos los detalles para cada cuenca aforada, se recomienda utilizar el mismo formato en todos los casos. La figura 25.1 contiene un ejemplo que complementa la tabla 25.1. Se ha comprobado la utilidad de tener un mapa de cada cuenca o grupo de cuencas. Por lo tanto, el mapa deberá ser producido a una escala conveniente para mostrar la información. Las cuencas de diferentes escalas requieren mapas a escalas diferentes. En el futuro cercano, cualquier información para la producción de mapas de cuencas será retenido en sistemas de información geográficos informatizados (sección 40.7) para facilitar su presentación en varias escalas. La información que ha de incluirse en el mapa se describe en la tabla 25.2 y un ejemplo básico se indica en la figura 25.2. La descripción de los datos debería contener un resumen relativamente conciso y fácil de actualizar los datos mensuales de caudales y de precipitaciones, así como los datos anuales de la calidad del agua. En cuencas donde hay muchas estaciones pluviométricas es difícil incluir un resumen para cada una de ellas. Todas las estaciones y sus períodos de registros se muestran en el mapa descrito en la sección anterior, de modo que podría ser suficiente limitarse a la disponibilidad de datos de pluviógrafos y a un grupo seleccionado de estaciones de medición
DIFUSIÓN DE DATOS
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de las precipitaciones diarias. Las estaciones que tengan grandes períodos de registros podrían requerir varias páginas para asegurar que la información sea legible. Se recomienda incluir la información que figura en la tabla 25.3 en el descriptivo de datos disponibles. TABLA 25.1 Ejemplo del formato de un catálogo de datos Identificación Nombre:
Nombre del río, nombre y número de la estación.
Cuenca:
Nombre y número de la cuenca.
Localización:
Localización de la estación de aforo, en latitud y longitud, y coordenadas locales.
Detalles de la cuenca Superficie de la cuenca: Superficie de la cuenca expresada en kilómetros cuadrados. Zonas climáticas:
Clima de la región, expresado en zonas bioclimáticas que reflejen la cantidad y ocurrencia de precipitaciones.
Promedio de de precipitaciones:
Evaluación del promedio anual de precipitaciones en el centro de la cuenca y, para grandes cuencas, promedios anuales de precipitaciones en la cuenca. Las fuentes de estas cifras deben ser citadas.
Tanque de evaporación: Evaluación del promedio anual de un tanque de evaporación ubicado en el centro de la cuenca. Las fuentes de estas cifras deben ser citadas. Geomorfología:
Comentarios descriptivos del relieve, el paisaje y la geología de la cuenca aforada.
Formas de la tierra:
Estimación cuantitativa de las proporciones de las formas de la tierra predominantes dentro de la cuenca.
Vegetación natural:
Descripción de la vegetación natural obtenida por reconocimiento de la vegetación.
Deforestación:
Proporción de la vegetación natural deforestada o sustancialmente alterada por actividades humanas. Las fuentes y fechas de deforestación estimadas deberían ser incluídas.
Vegetación existente: Descripción de la cobertura de vegetación presente dentro de la cuenca, con referencia a las fuentes. Uso de la tierra:
Observaciones sobre el uso de la tierra. Las fuentes de información deben ser citadas (observaciones sobre el terreno, mapas de uso de tierras rurales o evaluaciones más detalladas).
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CAPÍTULO 25
Tabla 25.1 (continuación) Regulación:
Comentario general:
Observaciones sobre emplazamientos ubicados río arriba que pudieran modificar el régimen de escurrimiento. Las fuentes posibles de información detallada deberían ser incluidas. Cuando la estación no mida el escurrimiento total de la cuenca o el registro no admita corrección por una regulación aguas arriba, las características de la cuenca se sustituyen por un comentario sobre los propósitos o funciones especiales de la estación en particular.
Características de la estación de aforo Período de registro:
Mes y año de apertura y cierre de la estación de medición. Cuando más de una estación funciona cerca del mismo tramo del río, es conveniente hacer referencia a las mismas.
Clasificación:
La clasificación actual de la estación de aforos en el esquema de la red hidrológica (por ejemplo, estaciones de proyecto o estaciones de la red básica).
Instalación de los Descripción de los instrumentos de medición y de las caracteaparatos de medición: rísticas que controlan el nivel del agua en la estación de medición. Los cambios en cualquiera de estas instalaciones durante el período operativo deben ser anotados. Registros de niveles: Porcentaje anual promedio de datos registrados y porcentaje de dichos datos que requieren interpretación durante el procesamiento (registros defectuosos). Curva de gastos:
Un breve comentario acerca del método y la calidad de la relación altura-caudal, junto con la máxima medición de caudal. Cuando sea posible, debe indicarse qué proporción del flujo medido representa el caudal máximo medido.
Sensibilidad de la medición:
Alguna medición de la sensibilidad en la curva de gastos debe ser proporcionada. El método preferido para indicar la sensibilidad es el porcentaje de volumen de caudal que pueda ser medido dentro del uno, dos o cinco por ciento de diferencia con un milímetro de error en el registro de altura. Cabe señalar que esta medida se basa en la pendiente de la curva de gastos y la curva de duración de caudales acumulados. Otra posibilidad consiste en definir un error de 10 ó 100 milímetros en la escala.
25.3 Informes de resumen Muchas organizaciones publican resúmenes de datos. Algunos ejemplos incluyen promedios climáticos, estadísticas de precipitaciones, estadísticas/registros de caudales y registros/estudios de calidad de aguas.
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DIFUSIÓN DE DATOS
607003 RÍO WARREN WHEATLEY FARM Cuenca Río Warren Ubicación Latitud S 34° 22’ 14” Longitud E 116° 16’ 34” Características de la cuenca Superficie de la cuenca: Zona climática: Promedio de precipitaciones: Tanque de evaporación: Geomorfología:
Forma de la tierra:
Vegetación natural:
Deforestación: Uso de la sierra:
Regulación:
Coord. locales
N 6196500 E 50 433450
2 910 km2 Clima mediterráneo; precipitaciones moderadas a pocas en invierno. 735 mm/año (valores extremos 550 - 950). 1275 mm/año (valores extremos 1250-1400). Relieve bajo a moderado; meseta ondulada; curso de agua principal en un valle cerrado; suelos lateríticos bauxíticos sobre rocas graníticas arqueanas y metamórficas. Fuente cartográfica: Atlas de suelos australianos (Ref. 8). 16% - Ub 90 Lateritas disectadas; terrenos accidentados con suelos veteados de amarillo con bandas de grava. 14% - Cb 43, Tf6 Llanuras pantanosas; canales de drenaje poco profundos con arenas lavadas y suelos podsólicos. 57% - Cd 22, Tc6 Meseta laterita; colina de arena y grava ferruginosas sobre arcilla veteada. 13% - Tf6, Ta9 Valles muy cerrados; pendientes moderadas, sobre todo suelos podsólicos amarillos. Fuente cartográfica: Estudio de la vegetación de WA (Ref. 1). 20% - eMi Madera; bosques de “marri-wandoo” sobre lateritas disectadas. 70% - eMc Bosque; bosque de “jarrah-marri” sobre meseta laterita. 10% - mLi Bosques bajos; bosques de “paperbark” sobre llanuras pantanosas. Cerca de 40% de la superficie (sólo el 27% en 1965). Casi el 50% está ocupada por un bosque del Estado. Las superficies desbrozadas se utilizan para la producción de cereales y la cría de ovejas en la parte superior de la cuenca y la ganadería en las regiones más bajas. Pequeñas presas agrícolas sobre cursos de agua más pequeños.
Características de la estación de aforo Período de registro: Desde mayo de 1970 hasta la actualidad. Clasificación: Red hidrológica - Cuenca de cursos de agua primarios. Instalación de los Servo manómetro L&S y registro gráfico continuo. Control hidráulico: aparatos de medición: suelo rocoso para aguas bajas y caudales medios; canal de control para las aguas altas. Registro de niveles: Registros realizados: 96,5%, defectuosos: 7,6%. Curva de gastos: La relación de los caudales en aguas medias es bastante buena debido al tipo mismo de control hidráulico. Buena relación entre las aguas medias y altas, pero los valores teóricos se sitúan más allá de los valores máximos medidos. Numerosas mediciones de caudales, hasta 97,04 m3/s, lo que representa el 99% del caudal total. Sensibilidad de la medición: 99% del caudal < 1; 100% del caudal
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