Costa molt a simple vista veure i calcular l’aigua que porta un curs fluvial. L’alçada, el nivell i la força de l’aigua són conceptes difícils de calcular sense disposar dels elements i les instal·lacions necessàries. Les estacions d’aforament són les instal·lacions que ens permeten fer aquesta tasca. Importants, desconegudes, discretes i silencioses, s’ubiquen a les lleres dels nostres rius. Cal ser observador i curiós per descobrir-les.
Sovint situades en indrets poc accessibles i envoltades de vegetació, estan ubicades en llocs on a l’hivern fa molt fred o a l’estiu hi ha mosquits. Cal ser intrèpid i una mica Indiana Jones per arribar-hi i poder fer la feina de mesurar i comprovar directament el cabal circulant dels nostres rius.
L’Agència Catalana de l’Aigua ha de garantir la disponibilitat d’un recurs preuat i sovint escàs com és l’aigua. El característic clima mediterrani, amb una gran irregularitat pel que fa a les precipitacions i les variacions climàtiques, ens obliga a saber quina és la quantitat d’aigua de la que podem disposar.
Més de cent punts de control
Quantificar quanta aigua passa per un tram de riu en un moment donat o conèixer el nivell d’aigua que aquest pot assolir són les funcions principals de les estacions d’aforament en els diferents escenaris de gestió, des de situacions de sequera fins a episodis d’avinguda. Gràcies a elles podem saber el cabal circulant i estimar el volum d’aigua que un riu aporta en un període de temps determinat.
En aquest sentit ens permeten saber quanta aigua està entrant en un embassament i la quantitat que porta un riu aigua avall d’una presa, així com també quina és la disponibilitat d’aigua en el riu abans de ser derivada per a usos consumptius (abastaments, canals de regadiu) i no consumptius (aprofitaments hidroelèctrics).
Conèixer els cabals circulants és important per la gestió i el control dels cabals ambientals i la seva evolució en els diferents escenaris, des de llindars per a la gestió de possibles situacions de sequera a la informació en temps real de nivells i cabals per a la gestió d’episodis de risc d’avingudes. A les conques internes hi ha un centenar de punts de control per quantificar el cabal d’aigua que porta un riu
El seu funcionament
A les estacions d’aforament es calcula l’aigua que porta el riu a partir de la seva àrea de secció i la velocitat de l’aigua. S’acostumen a triar punts on l’aigua flueixi sense massa oscil·lacions de corrent ni de fondària.
Darrerament, s’ha desenvolupat sensors cabalímetres en làmina lliure de diverses tecnologies (doppler, radar…) que permeten mesurar el cabal en base a la mesura de l’àrea mullada i la velocitat de l’aigua.
Com es realitza un aforament directe de cabal
La mesura directa del cabal, bàsicament, consisteix en mesurar la velocitat de l’aigua en un punt concret. De manera molt simplificada, podem dir que el resultat d’un aforament és el cabal, que és igual a la velocitat per l’àrea de la secció de mesura.
Existeixen diferents tècniques, seguint criteris ISO internacionals, per a la realització de la mesura directa del cabal en làmina lliure. La metodologia de l’aforament es tria a partir del punt de mesura (amplada, profunditat, accessibilitat) i la velocitat de l’aigua. Poden utilitzar, entre altres, les següent tipologies d’aforaments:
- Amb barres dins de la llera del riu: Es mesura el camp de velocitats de la secció mitjançant molinets hidromètrics d’eix rotatori, aforadors electromagnètics o de tecnologia doppler acoblats a una barra graduada. Aquest tipus de mesura és estàtica.
- Amb equips catamarà doppler: L’aforament es fa des de fora del riu (passarel·la o marges) i es mesuren les velocitats mitjançant un catamarà proveït amb tecnologia doppler, que realitza una batimetria de la secció i la mesura de les velocitats en un número de cel·les predefinit. Aquest tipus de mesura pot ser estàtica o dinàmica mitjançant l’arrossegament del catamarà.
- Mesurador de cabal per ultrasons Qliner2
- Amb flotadors: En situacions d’avinguda, quan no és factible utilitzar una altra tecnologia, es poden emprar flotants biodegradables i mesurar el temps de trànsit, per exemple, entre dos ponts. Mitjançant la mesura de la velocitat i el coneixement de l’àrea mullada, es pot fer una aproximació del cabal circulant. Aquesta metodologia, a priori, té una incertesa molt superior a les altres metodologies descrites.
Tipus d’estacions d’aforament
Les estacions d’aforament són obres d’enginyeria civil que han de permetre mesurar el nivell i el cabal d’aigua circulant que hem explicat, generant la mínima afectació possible sobre l’entorn i els valors ambientals.
En aquest sentit, cal diferenciar entre,
- estacions d’aforament proveïdes d’una secció de control definida mitjançant una infraestructura d’obra civil dintre de la llera del riu, dissenyada per realitzar mesures d’alta precisió en tot el rang de cabals circulants.
- Els denominats marcs de control, que són seccions de control naturals més orientades a la mesura de cabals elevats on la precisió en cabals baixos no és objectiu del seu disseny.
Parts d’una estació d’aforament
En una estació d’aforament trobem els següents elements bàsics:
Escala limnimètrica: És una regleta fixa que serveix com a referència de mesures manuals i element de contrast per a l’ajust dels sensors de mesura de nivell.
Secció de control: És la infraestructura de mesura ubicada dins de la llera del riu, que de forma general és divideix en secció d’aigües baixes i secció d’aigües altes. Aquesta infraestructura disposa també d’altres elements com arquetes, conduccions hidràuliques i pous tranquil·litzadors per a la mesura del nivell.
Equips d’adquisició de dades hidrològiques: Sensors per a la mesura de nivell d’aigua (codificadors angulars amb sistemes boia – contrapès, sensors de pressió, ultrasons, radar).
Caseta o armari de comunicacions: és on s’ubiquen els equips d’enregistrament i comunicació de dades hidrològiques. També es troben ubicats els equips de subministrament elèctric (tant de la xarxa elèctrica com de les fonts alternatives, bateries, panells solars).
L’evolució en el temps
Les estacions d’aforament han evolucionat de manera paral·lela amb els avenços tecnològics. Durant bona part del segle XX les mesures de nivell es feien de forma manual sobre una escala liminimètrica.
Des de finals del segle XX, les estacions d’aforament funcionen, majoritàriament, de manera automàtica. Les mesures de nivell o cabal es duen a terme mitjançant sensors automàtics que envien les dades hidrològiques a una unitat d’enregistrament automàtic.
Aquesta unitat comunica les dades al centre de procés mitjançant sistemes de telecomunicacions diversos (GSM, 3G, ràdio) que permeten l’operació a través dels sistemes de visualització en temps real. Això ens ha permès gestionar els recursos en els diferents escenaris (sequera, normalitat, avingudes), pràcticament, en temps real.
Gràcies a tots aquests recursos humans i materials l‘Agència Catalana de l’Aigua pot calcular l’aigua que porta el riu i dur a terme la planificació més adient per atendre les diferents necessitats de la nostra societat.