ISOYETAS

INTRODUCCIONEl sistema hidrológico de la cuenca del pacifico constituye la base para el desarrollo integral de los espacios geográficos donde se encuentren los recursos naturales que deben ser aprovechados racionalmente y entre estos el agua porque constituye el elemento prioritario que participa en todas las actividades del ser humano. En el afán de tecnificar y agilizar los estudios de drenaje se dio a la tarea de elaborar mapas de isoyetas, con el fin de complementar la información pluviográfica disponible, y de alguna forma subsanar las carencias que existen de dicha información. La información climatológica utilizada para el proceso se obtuvo a partir de la base de datos Hidrometerologicos-PET (otorgada por el docente a cargo del curso) que contiene información pluviométrica de las distintas estaciones ubicadas en Tacna. Esta base cuenta con registros 44estaciones.Para este trabajo se empleó datos de 41 estaciones pluviométricas distribuidas en Tacna. El número de estaciones utilizadas fue definido por los siguientes factores: a) Que sus coordenadas geográficas correspondieran a la realidad) La cercanía geográfica con otras estaciones con más años de registros

Objetivos Describir, evaluar, cuantificar y simular el comportamiento de la cuenca

del Sama. Realizar un mapa pluviométrico mensual a través del método de isoyetas.

Cuantificar la información necesaria respecto al comportamiento en el espacio y en el tiempo del recurso agua (precipitación) de la región de la cuenca del rió Sama. Asimismo realizar la simulación hidrológica del sistema hidráulico incluido en dichas cuencas.Objetivos secundarios

Evaluación de las variables meteorológicas. Determinar la relación directa que existe entre los parámetros fisiográficos, de latitud y longitud con la precipitación de una región especifica.

Evaluar la precipitación como elemento principal de entrada del balance hídrico

Evaluación del comportamiento de la precipitación en la cuenca y

subcuencas. Determinar la disponibilidad hídrica de la cuenca y de las sub-cuencas más

importantes.

Diagnóstico de cuencaLa cuenca del Río Sama, pertenece al sistema hidrográfico del Pacífico y tiene sus orígenes en las Lagunas Calere (Río Cano, 4 600 m.s.n.m.), Cotanvilque (Río Jaruma Chico, 4 680 m.s.n.m.),Laycacocha (Qda. Afluente Río Jaruma, 4700 m.s.n.m.) y Caparaja (Qda. Caparaja, 4 900 m.s.n.m.).Los nevados más importantes son: Achacollo (5 690 m.s.n.m.), Barroso (5 695 m.s.n.m.),Auquitaipe (5 453 m.s.n.m.). Sus cursos de agua son principalmente alimentados por las precipitaciones que caen en las partes altas del flanco occidental de la Cordillera de los Andes y, en menor incidencia, con el aporte de los deshielos de los nevados. La cuenca del Río Sama tiene un área de drenaje de 4 615,65 km2, desde sus nacientes hasta la desembocadura en el Océano Pacífico. La longitud máxima de su recorrido es 128,98 aproximadamente, con una pendiente promedio de 2,7% en el tramo de la zona costera hasta la parte media, ésta pendiente llega a 13,7% en la zona alta

Justificación Las diferentes actividades que se realizan en la cuenca del rió Sama y los diferentes usos que se da al recurso hídrico, hacen que este recurso no sea utilizado de manera racional, ocasionando su desperdicio y al mismo tiempo produciendo la escasez del mismo, así tenemos practicas inadecuadas de riego, que causan perdidas por infiltración, entre otros .Por ello la determinación de de la precipitación, parámetro principal e inicial del balance hídrico es muy importante para definir zonas de cultivo por secano y dar un correcto manejo las áreas que no cuenten con mucha precipitación homogénea anual.

Importancia Sabiendo y basándonos en que el recurso hídrico es la principal fuente de vida del hombre y del cual hace un aprovechamiento para sus actividades productivas como agricultura, industria, y consumo poblacional, diremos que es de vital importancia determinar la precipitación a nivel anual y mensual además de conocer los de demás parámetros hídricos del rió de Sama, para definir las disponibilidad y los mejores usos que se pueden dar al recurso en la cuenca

PRECIPITACION

El proceso de la precipitación no es tan sencillo como parece, pues se necesitan una serie de condiciones previas en la atmósfera, tales como la existencia de vapor de agua en grandes proporciones; este vapor deber ascender y condensarse en la altura formando nubes, y que las condiciones dentro de las nubes permita que las pequeñísimas partículas de agua y hielo aumenten de tamaño y peso, suficiente para caer desde la nube y llegar al suelo. El único de los procesos que conduce a una condensación, es la ascendencia, la cual puede generar la lluvia o cualquier otra precipitación.

Se entiende por precipitación todo aquello que cae del cielo a la superficie de la tierra, ya sea en forma de lluvia, granizo, agua nieve, nieve, etc. Este fenómeno se da por la condensación del vapor de agua con tal rapidez en la atmósfera, alcanzando tal peso

que no puede seguir flotando como las nubes, la niebla o la neblina y se precipita de las diversas formas ya mencionadas.

En algunas áreas como las tropicales, donde la temperatura es superior a 0 ºC, la lluvia se forma por un proceso llamado coalescencia. Las nubes están formadas por millones de gotitas de agua, que al chocar entre sí se unen, formando gotas más grandes. Gradualmente van aumentando de tamaño hasta que son demasiado pesadas para ser sostenidas por las corrientes de aire y caen como lluvia.

En áreas más frías, las nubes pueden extenderse hasta donde la temperatura del aire es inferior al punto de congelamiento. Entonces estas nubes son una mezcla de gotas de agua y cristales de hielo abajo y cristales de hielo y gotas super frías arriba (permanecen como gotas aun cuando la temperatura es inferior a 0ºC). Aquí, además de la coalescencia, se da otro proceso llamado acrecencia. Los cristales de hielo (llamados entonces, "gérmenes de precipitación") atraen a esas gotas super frías, que se congelan sobre ellos. Al crecer y unirse entre sí, esos cristales forman los copos de nieve. Donde la temperatura cerca de la superficie es superior a 0ºC, la nieve se derrite antes de llegar al suelo y se precipita en forma de lluvia. El agua nieve es una mezcla de copos de nieve y gotas de lluvia.

El granizo se forma en los cumulonimbos (nubes de tormenta), que tienen dentro fuertes corrientes de aire ascendente y descendente. La temperatura en la parte superior de esas nubes es muy inferior a 0ºC. Cuando los cristales de hielo (gérmenes de precipitación) corren en su interior, chocan con las gotas super frías de agua y se recubren de capas de hielo. Más capas de hielo se agregan cuando esas "piedras" son empujadas arriba y abajo dentro de la nube. Finalmente se hacen demasiado pesadas para ser sostenidas por las corrientes de aire dentro de la nube y caen. Si la temperatura en la superficie es muy elevada, puede derretirse antes de llegar al suelo,

cayendo entonces en forma de grandes gotas de lluvia. Al tomar una "piedra" de granizo y cortarla por la mitad, puede verse cuántas capas de hielo la recubren (como capas de cebolla).

Medición de la precipitación y sus unidadesSe utiliza un instrumento llamado pluviómetro (Figura 1, izquierda). Consta de tres secciones: una boca receptora, una sección de retención con capacidad para 390 mm de precipitación, y dentro de ella una parte colectora para trasvasar a una probeta el agua recogida para su medición. La precipitación ingresa por la boca y pasa a la sección colectora, luego de ser filtrada (para evitar que entren hojas o cualquier otro objeto). La boca del recipiente deberá estar instalada en posición horizontal, al aire libre y con los recaudos para que se mantenga a nivel y protegida de los remolinos de viento. La probeta debe estar graduada teniendo en cuenta la relación que existe entre el diámetro de la boca del pluviómetro y el diámetro de la probeta. El pluviómetro debe estar instalado a una altura de 1.50 m y los edificios u otros obstáculos deben estar a por lo menos 4 veces su altura de distancia. Si la precipitación cae en forma de nieve, debe ser derretida. También puede medirse la altura de la capa de nieve con una regla (en centímetros).

Figura 1. Instrumentos para medir la lluvia

Otro instrumento es el llamado pluviógrafo (Figura 1, derecha): la precipitación cae a un recipiente que tiene un flotador unido a una pluma inscriptora que actúa sobre una faja de papel reticulado. Esta faja está colocada sobre un cilindro que se mueve a razón de una vuelta por día gracias a un sistema de relojería. El milímetro de precipitación es la caída de 1 litro de precipitación en un área de 1 metro cuadrado.

Métodos para calcular la precipitación media de una cuenca

Promedio aritmético

Es el método más simple, en el que se asigna igual peso (1/G) a cada estación. Pueden incluirse estaciones fuera del dominio, cercanas al borde, si se estima que lo que miden es representativo. El método entrega un resultado satisfactorio si se tiene que el área de la cuenca se muestrea con varias estaciones uniformemente repartidas y su topografía es poco variable, de forma de minimizar la variación espacial por esta causa.

Este método puede usarse para promedios sobre períodos más largos, en que sabemos que la variabilidad espacial será menor. Si se conocen las lluvias anuales en cada estación, el método puede refinarse ponderando cada estación por su aporte anual.

Método de las isoyetas

Este es uno de los métodos más precisos, pero es subjetivo y dependiente del criterio de algún hidrólogo que tenga buen conocimiento de las características de la lluvia en la región estudiada. Permite incorporar los mecanismos físicos que explican la variabilidad de la lluvia dentro de la cuenca. El método consiste en trazar líneas de igual precipitación llamadas isoyetas a partir de los datos puntuales reportados por las estaciones meteorológicas (Figura 2).

Al área entre dos isoyetas sucesivas, se le asigna el valor de precipitación promedio entre tales isoyetas. Conociendo el área encerrada entre pares sucesivos de isoyetas, obtenemos la precipitación regional. El método requiere hacer supuestos en "cimas" y "hoyos".

Al trazar las isoyetas para lluvias mensuales o anuales, podemos incorporar los efectos topográficos sobre la distribución espacial de la precipitación, tomando en cuenta factores tales como la altura y la exposición de la estación. También se recomienda este método para calcular promedios espaciales en el caso de eventos individuales localizados.

Figura 2. Trazado de isoyetas

¿Qué es una isoyeta?

La isoyeta es una curva que une los puntos, en un plano cartográfico, que presentan la misma precipitación en la unidad de tiempo considerada. Lugar geométrico de los puntos de igual pluviosidad en un periodo determinado de tiempo. Se mide en milímetros de altura2) Base teórica 2.1.-Cuenca 2.1.1.- Definición Se entiende por cuenca hidrográfica la porción de territorio drenada por un único sistema de drenaje natural. Una cuenca hidrográfica se define por la sección del río al cual se hace referencia y es delimitada por la línea de las cumbres, también llamada «divisor de aguas» hidrológicos y, más recientemente, a partir de los años 1970, para la planificación racional del uso de los recursos naturales.

2.1.2.-Las principales características de una cuenca son: La curva cota superficie:Esta característica da una indicación del potencial hidroeléctrico de la cuenca.El coeficiente de forma:Da indicaciones preliminares de la onda de avenida que es capaz de generar.El coeficiente de ramificación:También da indicaciones preliminares respecto al tipo de onda de avenida. 2.1.3.- Tipos de cuencaExisten tres tipos de cuencas:Exorreicas:Drenan sus aguas al mar o al océano. Un ejemplo es la cuenca del Plata, en Sudamérica.Endorreicas:Desembocan en lagos, lagunas o salares que no tienen comunicación salida fluvial al mar. Por ejemplo, la cuenca del río Desaguadero, en Bolivia. Arreicas:Las aguas se evaporan o se filtran en el terreno antes de encauzarse en una red de drenaje. Los arroyos, aguadas y cañadones de la meseta central patagónica pertenecen a este tipo, ya que no desaguan en ningún río u otro cuerpo hidrográfico de importancia. 

2.2.-PRECIPITACIÒN 2.2.1.- Definición Se entiende por precipitación todo aquello que cae del cielo a la superficie de la tierra, ya sea en forma de lluvia, granizo, agua nieve, nieve, etc. Este fenómeno se da por la condensación del vapor de agua con tal rapidez en la atmósfera, alcanzando tal peso

que no puede seguir flotando como las nubes, la niebla o la neblina y se precipita de las diversas formas ya mencionadas. En algunas áreas como las tropicales, donde la temperatura es superior a 0 ºC, la lluvia se forma por un proceso llamado coalescencia. Las nubes están formadas por millones de gotitas de agua, que al chocar entre sí se unen, formando gotas más grandes. Gradualmente van aumentando de tamaño hasta que son demasiado pesadas para ser sostenidas por las corrientes de aire y caen como lluvia. 2.2.2.- Medición de la precipitación y sus unidadesSe utiliza un instrumento llamado pluviómetro. Consta de tres secciones: una boca receptora, una sección de retención con capacidad para 390 mm de precipitación, y dentro de ella una parte colectora para trasvasar a una probeta el agua recogida para su medición. La precipitación ingresa por la boca y pasa a la sección colectora, luego de ser filtrada (para evitar que entren hojas o cualquier otro objeto).El pluviómetro debe estar instalado a una altura de 1.50 m y los edificios u otros obstáculos de bienestar a por lo menos 4 veces su altura de distancia. Si la precipitación cae en forma de nieve, debe ser derretida. También puede medirse la altura de la capa de nieve con una regla (en centímetros).Otro instrumento es el llamado fluviógrafo: la precipitación cae a un recipiente que tiene un flotador unido a una pluma inscriptora que actúa sobre una faja de papel reticulado. Esta faja está colocada sobre un cilindro que se mueve a razón de una vuelta por día gracias a un sistema de relojería. El milímetro de precipitación es la caída de 1 litro de precipitación en un área de 1 metro cuadrado.2.2.3.-Métodos para calcular la precipitación media de una cuenca Promedio aritméticoEs el método más simple, en el que se asigna igual peso (1/G) a cada estación. Pueden incluirse estaciones fuera del dominio, cercanas al borde, si se estima que lo que miden es representativo. El método entrega un resultado satisfactorio si se tiene que el área

de la cuenca se muestrea con varias estaciones uniformemente repartidas y su topografía es poco variable, de forma de minimizar la variación espacial por esta causa. Este método puede usarse para promedios sobre períodos más largos, en que sabemos que la variabilidad espacial será menor. Si se conocen las lluvias anuales en cada estación, el método puede refinarse ponderando cada estación por su aporte anual.

 

Es el método más sencillo, pero solo da buenos resultados cuando el número de pluviómetros es grande.Polígonos de Thiessen (1911) Para este método, es necesario conocer la localización de las estaciones en la zona bajo estudio, ya que para su aplicación, se requiere delimitar la zona de influencia de cada estación, dentro del conjunto de estaciones. El método consiste en: 1.- Ubicar las estaciones, dentro y fuera de la cuenca.2.- Unir las estaciones formando triángulos, procurando en lo posible que estos sean acutángulos (ángulos menores de 90°)3.- Trazar las mediatrices de los lados de los triángulos formando polígonos. (Por geometría elemental, las mediatrices correspondientes a cada triangulo, convergen en un solo punto. En un triángulo acutángulo, el centro de mediatrices, está ubicada dentro del triángulo, mientras que en un obtusángulo está ubicada fuera del triángulo).4.- Definir el área de influencia de cada estación, cada estación quedara rodeada por las líneas del polígono (en algunos casos, en parte por el parte aguas de la cuenca). El área encerrada por los polígonos de Thiessen y el parte aguas será el área de influencia de la estación correspondiente.5.- Calcular el área de cada estación.6.- Calcular la precipitación media, como el promedio pesado de las precipitaciones de cada estación, usando como peso el área de influencia correspondiente, es decir:

 2.2.4.- Estaciones Pluviométricas de ApoyoSe consideró para el estudio las estaciones pluviométricas cercanas como apoyo que se encuentran en su mayor parte en la cuenca alta de los ríos Locumba y Caplina. Los que han sido solo utilizados en el análisis de la información pluviométrica de la cuenca. 2.2.5.- Análisis de la información pluviométrica La información utilizada corresponde en su mayor parte a la red de estaciones hidrometeorológicas del SENAMHI, en el ministerio de energía y minas de las estaciones de electro Perú y otra parte corresponde a información recopilada de la ONERN del INRENA. Esta estimación ha sido analizada por el programa Arcgis considerando las siguientes etapas: Paso 1: Cargar capa de puntos de las estaciones Si la capa se quiere originar desde datos de una tabla de Excel: La tabla debe estar preparada con los datos requeridos, una columna identificadora y con dos columnas que permitan saber las coordenadas, están deben venir acorde al sistema de coordenadas requerido 

CAPITULO IV. RESULTADOSComportamiento pluviométrico de la estación: En el Perú la precipitación constituye la principal fuente de entrada en el balance hídrico por lo que se hace necesario caracterizar pluviometricamente cada estación para observar su variación estacional en cada uno de los meses del año hidrológicos ya sea a nivel del año medio, húmedo y/o seco. Se observa tres periodos diferenciados en el comportamiento de la lluvia los meses d diciembre, enero, febrero, marzo y abril que representan 81.3% de la lluvia con un 14.2% del valor anual y un periodo de estiaje , que corresponde a los meses de mayo , junio , julio, agosto que representan al4.5% restante de la lluvia anual.Precipitación por Promedio aritmético

Precipitación por el método de las Isoyetas2 0 9 0 5 . 8 1 2 0 1 8 1 1 6 . 2 2 0 - 4 0 4 0 8 . 4 4 3 0 1 2 2 5 3 . 2 4 0 - 6 0 2 6 5 . 5 9 5 0 1 3 2 7 9 . 5 6 0 - 8 0 2 5 3 . 3 4 7 0 1 7 7 3 3 . 8 8 0 - 1 0 0 2 0 3 . 2 6 9 0 1 8 2 9 3 . 4 1 0 0 - 1 2 0 2 4 0 . 0 9 1 1 0 2 6 4 0 9 . 9 1 2 0 - 1 4 0 1 4 9 . 8 6 1 3 0 1 9 4 8 1 . 8 1 4 0 -1 6 0 1 0 5 . 2 5 1 5 0 1 5 7 8 7 . 5 1 6 0 - 1 8 0 8 4 . 4 5 1 7 0 1 4 3 5 6 . 5 1 8 0 - 2 0 0 8 7 . 2 6 1 9 0 1 6 5 7 9 . 4 2 0 0 - 2 2 0 8 0 . 5 2 1 0 1 6 9 0 5 2 2 0 -2 4 0 8 5 . 7 4 2 3 0 1 9 7 2 0 . 2 2 4 0 - 2 6 0 8 3 . 2 2 2 5 0 2 0 8 0 5 2 6 0 -2 8 0 8 2 . 3 6 2 7 0 2 2 2 3 7 . 2 2 8 0 - 3 0 0 9 2 . 9 4 2 9 0 2 6 9 5 2 . 6 3 0 0 - 3 2 0 1 0 8 . 3 5 3 1 0 3 3 5 8 8 . 5 3 2 0 - 3 4 0 5 2 . 3 1 3 3 0 1 7 2 6 2 . 3 3 4 0 - 3 6 0 2 3 . 7 3 3 5 0 8 3 0 5 . 5 3 6 0 -3 8 0 2 4 . 4 6 3 7 0 9 0 5 0 . 2 3 8 0 - 4 0 0 3 8 . 5 6 3 9 0 1 5 0 3 8 . 4 4 0 0 1 4 . 2 1 4 0 0 5 6 8 4 s u m a t o r i a

3 6 7 8 4 0 . 1 Isoyeta (mm) Área (km2)PP media entre Isoyetas (mm)A*PP Entonces la dividimos entre el área total de la cuenca: Es necesario conocer las variables que participan en el balance hídrico, esto permitirá conocer los déficit y excedentes que permitan establecer las recomendaciones necesaria son beneficio de los usuarios del agua. El método de las Isoyetas es el más exacto para el cálculo de la precipitación media de lacuenca, comparándolos con los métodos realizados en el estudio.

Se realizó la simulación de Estaciones ficticias para cada una de las subcuencas.

Se ubicó las estaciones pluviométricas de la zona de estudio.Recomendaciones: Si se requiere sólo una estimación burda, o bien hay limitaciones de tiempo y/o recursos, puede usarse cualquiera de los métodos de ponderación directa, o bien el método hipsométrico o el de las isoyetas. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el promedioaritmético, Thiessen, y el método de los dos ejes no sirven para zonas con variacionessistemáticas de la precipitación (generalmente debidas a la topografía), a menos que hayauna alta

densidad de estaciones, repartidas uniformemente.  

En este caso, es mejor usar el método hipsométrico o algún otro método de ajuste de una superficie. Los estudios han concluido unánimemente que los métodos de interpolación óptima (krigging)

entregan las mejores estimaciones de precipitación regional en un avariedad de situaciones. Esto se debe a que son los únicos que se basan en la estructura de correlación espacial de la precipitación, mientras que todos los demás imponen una estructura espacial esencialmente arbitraria. Es necesario mencionar el uso del radar "doppler" para estimar la distribución espacial detasas instantáneas de precipitación en las nubes. Las estimaciones son poco precisas, pero sirven para visualizar el alcance de la tormenta y las diferencias relativas entre puntos distintos

Bibliografía consultadaAparicio Mijares, F.J. 1999. Fundamentos de Hidrología de

Superficie. Ed. Limusa. México.303 p.Chow, V., Maidment, D. y Mays, L. 2000. Hidrología

Aplicada. Ed. Nomos, S.A. Colombia. 584 p. Custodio, E. y Llamas, M. 1976. Hidrología Subterránea. Ed.

Omega. España. pp. 299-305