Clase - Precipitación 2015

8/17/2019 Clase - Precipitación 2015

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CURSO DE HIDROLOGÍA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE

IN GENI ERÍA MECÁNICA DE FLUI DOS

Modulo 4: Precipitación

Eusebio Vega



En términos generales, precipitación es toda forma de humedad

que emana de las nubes y que cae sobre la superficie de la tierradurante un periodo determinado.

Se le expresa en función al nivel que alcanzaría sobre un

proyección horizontal, es decir se mide en altura. Se expresa en

milímetros (mm).

DEFINICIÓN

F o r m a s d e

p r e c i p i t a c

i ó n

Lluvia

Llovizna

Chubasco, chaparrón o aguacero

Granizo

Nieve



Los factores que determinan en mayor o menor grado la precipitación

en un área determinada son:

• La proximidad a los océanos, a los lagos y a los grande ríos

• La presencia de cordilleras que interceptan el paso de los vientos

húmedos

• La localización geográfica del área considerada, en la ruta de las

tormentas ciclónicas.

Factores determinantes de la precipitación

• Llovizna Gotas con D= de 0.1 a 0.5 mm , Velocidad de caída: 1 m/s a

< 3 m/s

• Lluvia Gotas con D > 0.5 mm , Velocidad de caída: 3 m/s a < 7 m/s• Chubasco Gotas con D > 3 mm , Velocidad de caída > 7 m/s

• Escarcha Capa de hielo con bolsas de aire

• Nieve Cristales complejos de hielo

• Granizo Precipitación en forma bolas o formas irregulares de hielo,

D= entre 5 y 125 mm



Tipos de Precipitación

Las precipitaciones se clasifican en tres grupos, según el factor

responsable del levantamiento del aire húmedo que favorece el

enfriamiento necesario para que se produzcan cantidades

significativas de caída de agua.

Precipitaciones convectivas

Precipitaciones orográficas

Precipitaciones ciclónicas



Precipitaciones convectivas

Son precipitaciones típicas de las zonas tropicales donde lasmañanas son muy caluroso, el tiempo calmo y hay una

predominancia del movimiento vertical del aire.

La precipitación espuntual

Su intensidad varía de

lluvia a aguaceros

Presencia de nubes de

gran desarrollo vertical



Resulta del avance de aire húmedo (generalmente desde el mar)que es obligado a ascender por efecto de una cadena montañosa.

La mayor parte de la precipitación se produce a barlovento de la

cadena

Precipitaciones orográficas



Resulta del ascenso de la masa de aire cálido como consecuencia

de la colisión de aire cálido y liviano con aire frío y más pesado.Este proceso está asociado a zonas de baja presión atmosférica,

las cuales se convierten en centros de atracción de vientos.

Precipitaciones ciclónicas



Formaciones deprecipitacionesciclónicas



Medidas y unidades

• La Unidad de medida es el milímetro (mm).

• Es obvio que el tamaño del recipiente de medida

no influye en el espesor de la lámina de agua

recogida. (Boca, Colector, altura)

• La intensidad de precipitación, aunque que

conceptualmente se refiere a un instante, suele

expresarse en mm/hora.

Podemos cuantificar las precipitaciones caídas en un puntomediante cualquier recipiente de paredes rectas, midiendo después

la lámina de agua recogida.



1) Ubicación:

El máximo error puede proceder de una ubicación defectuosa del

pluviómetro.

La norma fundamental es que debe estar alejado de árboles o

construcciones elevadas, en general a más del doble de la altura delobstáculo

Consideraciones para la instalación de un pluviómetro



2) Estandarización de equipos y lugar:

• Altura de 1.50 m. respecto a la superficie del suelo.

• Boca del pluviómetro 200 – 500 cm2 de área.

• El Colector de agua de un diámetro equivalente a 0.10 del

diámetro de la boca del pluviómetro.

• Proteger el suelo alrededores del pluviómetro con grass o

material de gravas para evitar salpicaduras que podrían ingresar

al pluviómetro.

• Estandarizar precisión de la medición y registro de datos

• Determinar tipo de seguridad: Rejas, vigilancia, etc.

3) Accesibilidad:

• Buena accesibilidad para las actividades de operación y

mantenimiento.



Instrumentos de medición de la precipitación

PLUVIOMETROS

• Miden solo la

cantidad

• Puede serSimple o

Totalizadores

PLUVIGRAFOS

• Miden la

cantidad y

laintensidad

• Son

registrador

es y

pueden

ser: Nivel,

pesada ybasculante

ESTACIONESAUTOMATIZADAS

• Registro

automático

vía sistemainternet o

satelital

RADAR

• Uso de

imágen

es deradar.

Espectr

o de

frecuen

cias de

un

radarmeteor

ológico

IMÁGENES DESATELITE

• Uso de

sistema de

satélitemeteorológ

ico, GOES,

IMMSAT



PLUVIOMETROS SIMPLES PLUVIOMETROS TOTALIZADORES



Un pluviográfo clásico funciona como un pluviómetro pero que

registra la evolución de la precipitación con el tiempo: con tinta ypapel o bien digitalmente.

La mayoría de modelos, el pluviografo está dotado de un flotador que

hacen subir a una plumilla que registra gráficamente el llenado del

recipiente a lo largo del tiempo.

Otros modelos funcionan con recipientes dispuestos en forma de

balancín, y otros son de pesada que controlan el peso del agua o hielo

sobre la base de resortes o pulsos eléctricos de registro.

PLUVIOGRAFOS



PLUVIOGRAFOS DE NIVEL



PLUVIOGRAFOS BASCULANTEPLUVIOGRAFOS DIGITAL



PLUVIOGRAFOS DE PESADA



Estación automatizada

ESTACIONES AUTOMATIZADAS



ESTACIONES AUTOMATIZADAS



Radar Meteorológico: Es un radar utilizado para detectar la

presencia de agua en estado líquido o sólido en la atmósfera

RADAR

Radar Puede determinar dónde están la lluvia

y el granizo . El radar rebota ondas de radio

en las gotas de lluvia de las nubes.

Una computadora mide cuánto tiempo letoma a las ondas reflejarse de vuelta y utiliza

ese tiempo para determinar cuán lejos está la

lluvia. La computadora también mide cuánta

energía se refleja de vuelta hacia el radar y

calcula cuanta lluvia contienen las nubes.

•Radar Doppler No sólo puede determinar

cuán lejos están las gotas de lluvia, también

puede calcular si se están moviendo en

dirección o lejos del radar.



Precipitación Radar V.S. Pluviómetros



Las imágenes se utilizan para detectar, identificar y dar

seguimiento a los fenómenos meteorológicos severos como

tormentas, frentes fríos o huracanes. Por medio de las imágenes

también se puede estimar la intensidad de la precipitación. Esta

información es utilizada por los meteorólogos en la elaboración

de sus pronósticos para cada región del país.

GOES-8 Satélite Meteorológico

Con esta estación se reciben imágenes cada 30 minutos de cinco

diferentes bandas: una visible, tres infrarrojas y una de vapor deagua. Además, cada tres horas se recibe una imagen visible, otra

infrarroja y una de vapor de agua que cubren el total del

continente americano.

IMÁGENES DE SATELITE



IMAGEN DE SATÉLITE GOES



Elaboración de datos pluviométricos de un punto

1) Registro de información:

La información obtenida por los instrumentos de medición

pluviométrica se registran, en las formas siguientes:

• Manualmente, a través de formatos de registro.

• Digitalmente, a través de los datos almacenados por los

pluviogramas.

• Automáticas, a través del uso de software de los datos de lasestaciones automatizadas



2) Tratamiento estadístico de la información:

2.1 Los datos que se calculan para una estación pluviométricas son:• Precipitación diaria

• Precipitación mensual

• Precipitación anual (Modulo pluviométrico)

• Precipitación plurianual

2.2 El paso siguiente es calcular los valores representativos:

• Precipitación mensual media

• Precipitación anual media.

• Desviación Estándar• Coeficiente de variabilidad

Para esto se necesita disponer una serie pluviométrica,

recomendable, de 20 años



3) Representaciones gráficas:

Un Hietograma (o Yetograma, del griego Hietos, lluvia) es unhistograma (gráfico de barras) que expresa la precipitación en

función al tiempo.

La Figura muestra el hietograma de una tormenta histórica del

12 de febrero de 1990. En las ordenadas la lámina de lluvia paracada intervalo de 5 minutos.



Interpretación de datos de precipitación

Para realizar una adecuada interpretación de los registros de

precipitación se deben tener en cuenta la lámina (h), la intensidad

(I) y la duración de la lluvia (D), que son útiles en el diseño

hidrológico.

Se entiende por lámina (h) el total de la lluvia caída en determinadotiempo (1 hora, 24 horas, 1 mes, 1 año, etc.) en un punto (lluvia

puntual) o sobre un área (lámina media).

Se expresa en milímetros (mm), así 1 mm de lámina sobre un área

de 1 hectárea equivale a un volumen de agua de 10 m3.

Se entiende por intensidad la tasa de la precipitación caída en un

intervalo de tiempo (h/D) expresada generalmente en milímetros

por hora (mm/hora).



Pluviograma

Es el registro automatizado

de la intensidad de la

precipitación en un punto.

Su uso es para determinarla intensidad máxima de la

precipitación de una

tormenta o de tormentas

sucesivas.

Se puede determinar la

intensidad para un tiempo

determinando: 15’, 30’,

60’ 1 hora, etc.



Homogenización de las series pluviométricas

Esta es una fase de trabajo previa a la elaboración de mapas de

precipitación o al calculo de la precipitación media de una lugar oregión.

Se toma en cuenta los siguientes pasos:

1. Obtener una serie de datos análogas.

2. Analizar la calidad de la información (Análisis de

consistencia)

3. Completar datos puntuales.

4. Extensión de la información: Ajuste de los datos a una Ley

Estadística (Gauss, Gumbel, etc.)



1. Obtener una serie de datos análogas

Se refiere a la información de una serie de años que debe serhomogénea en el periodo de análisis.

Si toda la información se refiere a la precipitación media de una

serie de años, debe realizarse sobre series de datos con periodos

comunes para todos los puntos o estaciones pluviométricas

2009 2010 2011 2012

ESTACION X

ESTACION Y

ESTACION Z



1. Análisis de calidad de la información (Análisis de consistencia)

Si se comparan la suma acumulada de la información pluviométrica de

un punto (Estación Pluviométrica X) con otra suma acumulada deinformación pluviométrica (Estación Pluviométrica Y) o con la suma

acumulada de otra información de otros puntos de una misma cuenca

hidrográfica, se tendrá una linealidad en su comportamiento.

La línea recta determina que los datos de precipitación corresponden aun régimen hidrológico uniforme y homogéneo en la cuenca

hidrográfica, por tanto se consideran que son de buena calidad de

información.

∑X

∑Y

K= Coeficiente de proporcionalidad



Si la comparación da como resultado la NO linealidad habrá que

convenir que alguna eventualidad ha incidido en el registro de la

información que deberían detectarse. Por tanto será una información

inconsistente

Causas de inconsistencia de la información en cuencas homogéneas

• Reemplazo del pluviómetro con uno de mayor precisión.

• Reubicación del pluviómetro• Errores de medidas

• Cambios en las técnicas de medición y calculo.

∑X

∑Y

∑X

∑Y

∑X

∑Y

Homogénea

Gradual otras causas No Homogénea



3. Completar datos puntuales

Previo a completar la serie puntual, se debe analizar las tendencias

y saltos de la serie de información y corregirla aplicando modelosde regresión estadística: determinístico o estocástico

Algunas veces la serie de datos se encuentran incompletas en

forma puntual; es decir, falta un dato de un día o mes. Si solo se

observan algunos datos puntuales se puede completar la serie,

aplicando una correlación entre una estación pluviométrica

incompleta con otra estación completa cercana.

Si el faltante es solo un dato se puede aplicar la siguiente

ecuación:

=1

11

+ 22

+ ⋯ +



Estimación de la Distribución Espacial de lasPrecipitaciones

La precipitación media en una zona o en una cuenca es motivo deconsiderable interés en el diseño hidrológico y su correcta

evaluación es muy importante en la modelación de los procesos de

lluvia y escorrentía, tanto en modelos de pronóstico como en

diseño.

Según sean las necesidades del estudio, puede usarse el valor de laprecipitación media anual, mensual, diaria o de una tormenta

distribuida sobre un área.

Los métodos que pueden ser utilizados para calcular precipitación

media anual o de una tormenta son:

1. Promedio aritmético

2. Polígonos de Thiessen

3. Isoyetas



Promedio aritmético, de las alturas de precipitaciones registradas,

de las estaciones localizadas dentro de la zona.

•Precisión depende de:

Cantidad de estaciones

Distribución de estaciones

Distribución de lluvias

•Es un método bueno si hay un gran número de pluviómetros

Promedio aritmético



Se necesita conocer la localización de las estaciones dentro yfuera del área de estudio.

Polígono de Thiessen



• Consiste en construir líneas de igual precipitación, similar a la

construcción de curvas de nivel topográfico

• Se necesita de un plano con la ubicación de las estaciones

pluviométricas

• Se considera el método más exacto siempre y que existen un

numero de estaciones bien distribuidas en el área de estudio.

• Se necesita de un buen criterio para el trazado de isoyetas

Isoyetas



La Figura presenta un

resumen de los tres

métodos más usados. En el

caso de tormentas

individuales y con el uso,

hoy generalizado, de

modelos matemáticos de

lluvia-caudal, es frecuente

usar el método de asignar

un peso a cada estación.

Este peso se puede obtener,

en principio, tomando el

porcentaje del área deinfluencia de los polígonosde Thiessen.



Ejercicio estimación de intensidades para diferentesperiodos

Resultados

delpluviograma



Calculo de la Intensidad media en una cuenca hidrográfica



El siguiente mapa muestra la precipitación media anual, en milímetros y pulgadas, para elmundo. Las zonas verdes claras pueden ser considerados "desiertos". Se podría esperarque la zona del Sahara en África sea un desierto, pero ¿sabía usted piensa que la mayorparte de Groenlandia y la Antártida son los desiertos?



REFLEXIÓN

Explique la importancia de la precipitación en el manejo de

cuencas hidrográficas.

Explique la importancia de la temática a estudiar en su futuro

desempeño como ingeniero hidráulico.

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