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TEMA 3: Precipitaciones

MARTA GONZÁLEZ DEL TÁNAGOUNIDAD DOCENTE DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA FORESTALE.T.S. DE INGENIEROS DE MONTES

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

- Importancia y significado hidrológico

- Formas de producirse

- Procesos que originan las precipitaciones

- Medición de las precipitaciones

- Estimación de la precipitación media sobre una superficie

- Caracterización de las precipitaciones:

- Altura, Duración, Frecuencia

CONTENIDO

- Régimen de precipitaciones: Estudio de series históricas

- Comprobación y Validación de las series de registros

- Precipitaciones anuales, mensuales, diarias

- Precipitaciones máximas

- Análisis de los aguaceros

- Relaciones Altura-Duración-Frecuencia

- Tendencias temporales

CONTENIDO (continuación)

Importancia de las precipitaciones:

• Son la principal fuente de entrada de agua en una cuenca vertiente.

• Controlan el paisaje natural y las actividades humanas.

Dunne & Leopold (1978)

• Lluvia• Nieve• Granizo• Rocío y escarcha

a) Enfriamiento del aire por cambios de presiónPrecipitaciones verticales (convencionales)

FORMAS DE PRODUCIRSE LAS PRECIPITACIONES:

PROCESOS QUE ORIGINAN LAS PRECIPITACIONES

b) Enfriamiento del aire por contacto de superficies fríasPrecipitaciones horizontales (ocultas)

a) Enfriamiento del aire por cambios de presión:- Precipitaciones orográficas- Precipitaciones convectivas- Precipitaciones de tipo ciclónico

PROCESOS QUE ORIGINAN LAS PRECIPITACIONES:

Húmedo

Seco Cálido

Aire frío

FrontalOrográfica

Convectiva

10

30

20

Altura

(1000 pies)

PRECIPITACIONES CICLÓNICAS

Frente de la superficie

Masa de aire frío

Masa de aire cálido

Superficie de la Tierra

Superficie frontal

• Pluviómetros y Pluviógrafos• Rádares y Satélites• Análisis del manto de nieve• Condensaciones ocultas

MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES

Precipitación media sobre una superficie

Información disponible: Datos de precipitación procedentes de estaciones meteorológicas (datos puntuales)

Media aritmética:

V: Sencillez de cálculo

I: No tiene en cuenta rango altitudinal, ni localización geográfica de las estaciones

a) Media aritmética:3.6 + 2.4 + 2.0

3= 2.66 mm.

3.6

2.0

2.4

4.0

Polígonos de Thiessen:

Cada polígono asocia un área de influencia a la estación meteorológica correspondiente

V: Corrige errores por localización geográfica irregular

I: Los polígonos están trazados con criterios meramente geométricos


4.0

3.6 2.4

2.0

b) Método de los polígonos de Thiessen:

Pi (mm.) Ai (mi2) Ai/At(Pi)(Ai/At)

(mm.)

4.0 1.5 0.064 0.256

3.6 7.2 0.305 1.098

2.4 5.1 0.216 0.5184

2.0 9.8 0.415 0.83

∑ = 23.6 1.000 2.7024 mm.

Método de las isoyetas:

Isoyeta: Línea de puntos de igual precipitación

V: Tiene en cuenta la topografía

I: Para dibujar las isoyetas se necesita disponer de una red densa de estaciones meteorológicas


4.03.6

2.4

2.0

4.0

3.62.4 2.0

c) Método de las isoyetas:

Lluvia media = 61.2 / 23.6 = 2.60 mm.* Estimado

Isoyeta (mm.) A (mi2) Pav (mm.) V (mm.-

mi2)

4.0 5.1 3.8 19.38

3.6 9.8 3.0 29.4

2.4 3.1 2.2 6.82

2.0 5.6 1.0* 5.6

23.6 61.2

Método hipsométrico:

V: Aprovecha información regional de precipitaciones, y su relación con la altitud.I: Requiere disponer de la curva hipsográfica de la cuenca.


Shaw (1983)

CARACTERIZACIÓN DE LAS PRECIPITACIONES

- Altura

- Duración e Intensidad

- Frecuencia

- Periodo de retorno

• Elegir las series de mayor duración: a partir de 20-30 años consecutivos.

• Las estaciones meteorológicas seleccionadas dentro de una misma cuenca deben coincidir en el periodo de años considerado.

• En ocasiones, conviene comprobar la validez de las series, o completarlas cuando falta algún dato aislado, relacionando unas estaciones con otras.

SERIES DE PRECIPITACIONES: Registros históricos correspondientes a una serie de años consecutivos

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= c

c

xb

b

xa

a

xx P

NNP

NNP

NNP

31

Comprobar la validez de las series: Dobles acumulaciones

Completar las series de registros: Correlación entre estaciones

Dunne & Leopold (1978)

Serie de PRECIPITACIONES ANUALES

•Reflejan la precipitación acumulada anual de cada año

•Se asume que se ajustan a una distribución normal, y quedan caracterizadas por su media, desviación típica y coeficiente de variación

•Cuanto mayor es la precipitación anual, mejor se ajusta a la distribución normal

Año

P. a

nual

(mm

)

1950 1960 1970 1980 1990

250

450

650

850

1050

1250

1450

Molina de Aragón (Teruel): 1951-2000 (Romero, 2002)

P.anual (mm)

frec

uenc

ia

250 350 450 550 650 750 8500

3

6

9

12

15

18Media(mm) 501,7

Moda(mm) 476,5

S.D (mm) 109,5

C.V 0,22

Mínimo (mm) 274,9

Máximo (mm) 769,0

Rango (mm) 494,1

Serie de PRECIPITACIONES MENSUALES• Reflejan la precipitación acumulada mensual de cada año.

• Se asume que se ajustan a una distribución normal, y quedan caracterizadas por su media, desviación típica y coeficiente de variación.

• En la práctica, se ajustan mejor a una distribución lognormal o exponencial.

Molina de Aragón (Teruel): 1951-2000 (Romero, 2002)

P. mensual (mm)

frec

uenc

ia

0 20 40 60 80 100 1200

3

6

9

12

15

18

Abril

P. mensual (mm)

frec

uenc

ia

0 30 60 90 120 1500

5

10

15

20

25

Diciembre

0%

20%

40%

60%

80%

100%

20-44 44-63 63-84

P. mensual (mm)

Norm

Logn

Exp

Porcentajes de los tipos de distribución seguidos según los distintos intervalos de precipitaciones medias mensuales, de las estaciones Molina de Aragón, Prados Redondos, Tramacastilla, Toril y Griegos (Teruel). Periodo de años: 1950-2000 (Romero, 2002).

Series de PRECIPITACIONES MÁXIMAS en t horas

• Indican la precipitación máxima en t horas de cada año. Las series más frecuentes son las correspondientes a t=24 horas.

• Se ajustan a distribuciones de valores extremos, siendo la distribución Gumbel una de las más utilizadas:

)(

)(μα −−−=

xeexF )5772,0(α

μ +=x2

22

6απ

=S

• F(x) es la probabilidad de que se produzca una precipitación menor que x. Su relación con el periodo de retorno T es la siguiente:

11)( =+T

xF

ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS

• Relación Altura-Duración:

ntch ∗=

h: altura de lluvia t: duraciónn: exponente <1c: coeficiente regional

V. M. Ponce (1989)


• Relación Intensidad-Duración:

i: intensidad de lluvia t: duraciónn: exponente <1c: coeficiente regional1 siendo

1

−==

== −

nmtcni

cntidtdh

m

n

zona cada de constante una es y donde)(

bcnabt

ai m

=+

=

Con más frecuencia, esta relación se expresa de la forma:


• Relación Intensidad-Duración-Frecuencia:k: coeficiente regionalT: periodo de retornob: constante de cada zona

mn

btkTi )( +

=

Curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF)

V. M. Ponce (1989)

PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN ESPAÑA

)128/()28( 1,01,01,01 )( −−= D

II

ddI

I 24d

dPI =

Témez (1987)

Témez (1987)

ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES

- Método de las medias móviles

mm

Año

P. anualM.móv.(3 años)M.móv.(5 años)P. med. periodo

1950 1960 1970 1980 1990 2000270

370

470

570

670

770

Datos de Molina de Aragón (Romero, 2002)


- Método de las medias móviles

Datos de Tramacastilla (Teruel) (Romero, 2002)

P. a

nual

(mm

)

Año

P. anualM. móvil (3 añoM. móvil (5 añoP. med. periodo

1950 1960 1970 1980 1990 2000250

450

650

850

1050

Año

P. a

nual

(mm

)1950 1960 1970 1980 1990 2000

250

400

550

700

850

1000

1150

1300


- Método de las medias móviles:

mm

Año

P. mensualM .móv.(5-5)P. media

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 20000

20

40

60

80

Año

mm

1960 1970 1980 1990 20000

20

40

60

80

mm

Año

P. mensualM. móvil (5-5P. media

1950 1960 1970 1980 1990 20000

20

40

60

80

100

120

Febrero, Prados Redondos

Año

mm

1950 1960 1970 1980 1990 20000

20

40

60

80

100

120

Marzo,Tramacastilla

Romero (2002)

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