Descarga (hidrología)

En hidrología, descarga es el caudal volumétrico (volumen por tiempo, en unidades de m³/h o pies³/h ) de una corriente. Es igual al producto de la velocidad promedio del flujo (con dimensión de longitud por tiempo, en m/h o pies/h) y el área de la sección transversal (en m² o pies²). Incluye sólidos suspendidos (por ejemplo, sedimentos), productos químicos disueltos como CaCO3(aq) o material biológico (por ejemplo, diatomeas), además del agua misma. Los términos pueden variar entre disciplinas. Por ejemplo, un hidrólogo fluvial que estudia sistemas fluviales naturales puede definir la descarga como flujo de agua, mientras que un ingeniero que opera un sistema de embalses puede equipararlo con flujo de salida, en contraste con flujo de entrada.

Formulación

Una descarga es una medida de la cantidad de cualquier flujo de fluido durante la unidad de tiempo. La cantidad puede ser volumen o masa. De este modo se puede medir el caudal de agua de un grifo con una jarra medidora y un cronómetro. Aquí la descarga podría ser de 1 litro cada 15 segundos, equivalente a 67 ml/segundo o 4 litros/minuto. Esta es una medida promedio. Para medir el caudal de un río necesitamos un método diferente y el más común es el método 'área-velocidad' método. El área es el área de la sección transversal de un río y la velocidad promedio a través de esa sección debe medirse por una unidad de tiempo, comúnmente un minuto. La medición del área de la sección transversal y la velocidad promedio, aunque de concepto simple, con frecuencia no son triviales de determinar.

Las unidades que normalmente se utilizan para expresar el caudal en arroyos o ríos incluyen m³/s (metros cúbicos por segundo), ft³/s (pies cúbicos por segundo), segundo o cfs) y/o acre-pie por día.

Una metodología comúnmente aplicada para medir y estimar, la descarga de un río se basa en una forma simplificada de la ecuación de continuidad. La ecuación implica que para cualquier líquido incompresible, como el agua líquida, la descarga (Q) es igual al producto del área transversal del flujo (A) y su velocidad media (ū ̄ {displaystyle {bar}}), y está escrito como:

Q=Aū ̄ {displaystyle Q=A,{bar}}

dónde

• Q{displaystyle Q} es la descarga ([L]³T⁻¹]; m³/s o ft³/s)
• A{displaystyle A} es el área transversal de la porción del canal ocupado por el flujo ([L]²]; m² o ft²)
• ū ̄ {displaystyle {bar}} es la velocidad de flujo promedio ([LT)⁻¹]; m/s o ft/s)

Por ejemplo, el caudal medio del río Rin en Europa es de 2.200 metros cúbicos por segundo (78.000 pies cúbicos/s) o 190.000.000 de metros cúbicos (150.000 acres⋅ft) por día.

Debido a las dificultades de medición, a menudo se utiliza un medidor de caudal en un lugar fijo en el arroyo o río.

Hidrograma

Un hidrógrafo es un gráfico que muestra la velocidad de flujo (descarga) versus el tiempo pasado un punto específico en un río, canal o conducto que transporta flujo. La tasa de flujo se expresa normalmente en metros cúbicos o pies cúbicos por segundo (cms o cfs).

Los hidrografos suelen relacionar cambios de precipitación a cambios en la descarga con el tiempo. También puede referirse a un gráfico que muestra el volumen de agua alcanzando una caída particular, o ubicación en una red de alcantarillado. Los gráficos se utilizan comúnmente en el diseño de alcantarillado, más específicamente, el diseño de sistemas de alcantarillado de agua superficial y alcantarillado combinado.

Catchment discharge

La cuenca de un río sobre un determinado lugar está determinada por la superficie de toda la tierra que drena hacia el río desde encima de ese punto. La descarga del río en ese lugar depende de las precipitaciones en el área de captación o drenaje y de la entrada o salida de agua subterránea hacia o desde el área, las modificaciones de los arroyos como presas y desvíos de riego, así como la evaporación y evapotranspiración del superficies terrestres y vegetales de la zona. En hidrología de tormentas, una consideración importante es el hidrograma de descarga de la corriente, un registro de cómo varía la descarga con el tiempo después de un evento de precipitación. La corriente aumenta hasta alcanzar un caudal máximo después de cada evento de precipitación y luego cae en una lenta recesión. Debido a que el caudal máximo también corresponde al nivel máximo de agua alcanzado durante el evento, es de interés en los estudios de inundaciones. El análisis de la relación entre la intensidad y duración de la precipitación y la respuesta de la descarga de la corriente se ve favorecido por el concepto de hidrograma unitario, que representa la respuesta de la descarga de la corriente a lo largo del tiempo a la aplicación de un hidrograma "unitario" cantidad y duración de la lluvia (por ejemplo, media pulgada en una hora). La cantidad de precipitación se correlaciona con el volumen de agua (dependiendo de la zona de la cuenca) que posteriormente sale del río. Utilizando el método del hidrograma unitario, las precipitaciones históricas reales se pueden modelar matemáticamente para confirmar las características de las inundaciones históricas y las "tormentas de diseño" se puede crear para comparar con las respuestas de la transmisión observadas.

La relación entre la descarga en la corriente en una sección transversal dada y el nivel de la corriente se describe mediante una curva de clasificación. Las velocidades promedio y el área de la sección transversal de la corriente se miden para un nivel de corriente determinado. La velocidad y el área dan la descarga para ese nivel. Después de realizar mediciones para varios niveles diferentes, se puede desarrollar una tabla de calificación o una curva de calificación. Una vez clasificada, la descarga en la corriente se puede determinar midiendo el nivel y determinando la descarga correspondiente a partir de la curva de clasificación. Si se ubica un dispositivo de registro de nivel continuo en una sección transversal nominal, la descarga de la corriente se puede determinar continuamente.

Los flujos más grandes (descargas más altas) pueden transportar más sedimentos y partículas más grandes aguas abajo que los flujos más pequeños debido a su mayor fuerza. Los flujos mayores también pueden erosionar las riberas de los arroyos y dañar la infraestructura pública.

Efectos de la cuenca sobre el caudal y la morfología

G. H. Dury y M. J. Bradshaw son dos geógrafos que idearon modelos que muestran la relación entre el caudal y otras variables de un río. El modelo Bradshaw describió cómo el tamaño de los guijarros y otras variables cambian desde la fuente hasta la boca; mientras que Dury consideró las relaciones entre el caudal y variables como la pendiente del arroyo y la fricción. Estos se derivan de las ideas presentadas por Leopold, Wolman y Miller en Fluvial Processes in Geomorphology. y sobre el uso de la tierra que afecta la descarga de los ríos y el suministro de lecho.

Influjo

El flujo de entrada es la suma de procesos dentro del ciclo hidrológico que aumentan los niveles de agua de los cuerpos de agua. La mayor parte de las precipitaciones se producen directamente sobre masas de agua, como los océanos, o en la tierra como escorrentía superficial. Una parte de la escorrentía ingresa a arroyos y ríos, y otra parte penetra en el suelo como filtración de agua subterránea. El resto penetra en el suelo como infiltración, parte del cual se infiltra profundamente en el suelo para reponer los acuíferos.