Unidad Precipitacion

8/17/2019 Unidad Precipitacion

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UNIDAD 2. PRECIPITACIÓN

INTRODUCCIÓN

La industria, las grandes urbes y en general la actividad humana han generadocambios radicales en los ecosistemas, tales como: la pérdida de la cubiertavegetal que ocasiona erosión, producción de gases contaminantes y residuossólidos, entre muchos otros. Parte de esas afectaciones tienen relación con lacrisis del agua. Para un manejo más eciente del recurso h!drico es necesariodesarrollar una cultura social que comprenda el problema. "studiar desdetemprana edad el agua, favorece la creación de segmentos socialescomprometidos con el uso de un recurso dif!cil de distribuir a toda la población.

"l agua tiene un ciclo natural que ha sido desequilibrado por la actividad delhombre. Para contrarrestar este impacto, es necesario estudiarlo y aplicarmétodos con el objetivo de recuperar el equilibrio. #i no se toman acciones,

seg$n datos de diferentes organi%aciones internacionales, en las pró&imasdécadas el problema será irremediable.

La segunda unidad habla de la precipitación como fuente principal del aguacontinental. #e hace una discusión acerca de la formación de las lluvias y de laforma de medirlas, es decir de obtener datos de precipitaciones. #e introduceal aprehendiente al análisis estad!stico de datos de precipitación.

OBJETIVOS

'plicar los conocimientos en la predicción de eventos hidrológicos.(eali%ar cálculos de precipitación mediante diferentes métodos

)btener herramientas básicas para la gestión de las aguas continentales.

REFLEXIONES

"&plicar la importancia de la precipitación en el manejo de cuencashidrográcas."&plicar la importancia de la temática a estudiar en su futuro desempe*o comoingeniero ambiental.+ue actividades de conservación y manejo del recurso h!drico puededesarrollar en su región.

LA PRECIPITACIÓN

Concepto de precipitci!n

"n términos generales se puede llamar precipitación al agua proveniente de laatmósfera, que puede venir en cualquier fase l!quida como lluvia, sólida comonieve o grani%o o en forma de vapor de agua como neblina- y que llega a lacorte%a terrestre y más concretamente a lo que llamamos suelo. #in embargo,no toda el agua llega al suelo, ya que una parte puede quedar retenida o


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almacenada en la vegetación, de donde se evapora directamente, otra partepuede caer sobre cuerpos de agua de agua superciales y por tanto no serabsorbida por el suelo. ás adelante profundi%aremos en los conceptos deretención y almacenamiento, tanto en los vegetales como en el suelo y comoesto afecta al balance h!drico de una región.

Co"po#ici!n de $ t"!#%er

Para entender como se producen las precipitaciones, es necesario estudiarantes como está compuesta la atmósfera terrestre. "sta está compuesta pordiversas capas que se describen a continuación.

/roposfera. "s la capa más baja con un espesor medio de 01 2m en el ecuadory 03 2m en los polos, es en esta %ona donde se desarrollan la mayor!a de loseventos climatológicos, por tanto es donde se desarrollan la mayor parte de lasnubes. "sta capa se caracteri%a por un descenso constante en la temperatura amedida que se incrementa la elevación. Por mediciones efectuadas se hadeterminado que este descenso es de apro&imadamente 4.4 56 por cada 0333

m de elevación.

"stratosfera. "s la capa que está situada por encima de la troposfera, secaracteri%a por poseer una temperatura casi constante. "sta capa va desde latroposfera hasta casi los 43 2m de altitud. "s muy importante para la vida en latierra por que all! se encuentra ubicada la capa de o%ono, encargada de ltrarlos rayos ultravioletas que son nocivos para la vida, se podr!a armar que sonletales para la mayor!a de los organismos. Las capas por encima de laestratosfera se llaman, mesosfera e ionosfera, las cuales no son muyrelevantes desde el punto de vista del clima y más concretamente de lahidrolog!a.

La troposfera, está compuesta en su gran mayor!a por aire seco y vapor deagua. "l aire seco se compone de nitrógeno, en un 789 apro&imadamenteo&!geno, con apro&imadamente ;09 y tra%as de otros elementos tales comoargón, dió&ido de carbono, neón, helio, criptón, &enón o%ono, radio, metano ymonó&ido de carbono, entre otros.

"l vapor de agua, proviene de la evaporación de las fuentes de aguasuperciales, de la supercie del suelo y del agua retenida y almacenada por lavegetación. "l contenido de vapor de agua en la atmósfera var!a dependiendode la humedad relativa, que va de 3 a 0339, pero puede armarse querepresenta apro&imadamente un


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L tropo#%er

"n la troposfera se desarrollan los vientos, los cuales pueden ser consideradoscomo corrientes de aire generadas por una diferencia de presiones entre dospuntos. #upongamos que la tierra fuera una esfera perfecta, y que no giraraalrededor del sol translación- y que no girara sobre su propio eje rotación-, delo que se puede desprender que el ecuador %ona tropical- recibe una mayorcantidad de energ!a por unidad de área, dado que los rayos golpeanperpendicularmente a la supercie, que las demás regiones, donde estosgolpean en forma oblicua. "sto generar!a que el aire de las %onas tropicales secalentara mucho más que el de las %onas no tropicales, por lo que su densidadser!a menor.

"ste fenómeno producir!a una elevación del aire menos denso, cuyo espaciodebe ser ocupado por aire proveniente de otras regiones no polares-, el cualtiene una densidad mayor, es decir está más fr!o. La dinámica antes descritagenera un movimiento del aire de los polos al ecuador donde es calentado yvuelve por la parte alta de la troposfera los polos, estableciendo una corrientede viento, proceso que se conoce con el nombre de circulación de =adley.

#i involucramos la rotación de la tierra y retomando las conclusiones delsupuesto anterior, vemos que el aire a medida que >uye no lo hace


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directamente hacia los polos, dado que el aire caliente se produce en las %onasque han sido calentadas por el sol, lo que genera corrientes ascendentes perocon un recorrido no tan largo como en el caso anterior. "sto produce unmovimiento casi circular de los vientos en la troposfera, del cual se hanidenticado tres en cada hemisferio 6ho?, 0@@


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La tercera corriente que queda justo en medio de las dos anteriores, llamadacelda central. /iene un sentido de rotación inverso a las dos anteriores, esdecir, rota desde los 135 de latitud donde se eleva, enfriándose paulatinamentey descendiendo cerca de los A35. Be lo anterior se deduce que el movimientode esta segunda capa está más asociado al movimiento de las dos anteriores.6omo ya mencionamos, en la /roposfera se llevan a cabo la mayor!a de los

fenómenos meteorológicos, incluyendo la circulación de las masas de aire ycon ellas el vapor de agua que contienen.

6omo la presión en la atmósfera terrestre es relativamente baja, se puedearmar que los gases contenidos en ella se comportan como un gas ideal, estoes cumplen con la ley de los gases ideales. "n este sentido se puede introducirel concepto de presión de vapor, el cual se dene como la presión que ejerceun gas, en este caso en la atmósfera, la cual puede e&presarse de la siguienteforma. e C ρv D (v D/ 8-

Bonde e, es la presión de vapor del vapor de agua ρv, es la densidad del vaporde agua (v, es la constante de los gases para vapor de agua y /, es latemperatura absoluta.

Be lo anterior podemos redenir la =umedad relativa como el cociente entre lapresión de vapor de agua e- y su presión de saturación e s-, que se puedee&presar como la presión de vapor de agua en un espacio totalmente saturado.

L &'"edd re$ti(

La humedad relativa dene el contenido de vapor de agua que hay en laatmósfera en un momento determinado, este vapor de agua se mueve juntocon el aire, primero por el movimiento global a escala mundial, proceso que see&plicó anteriormente cuando se habló del movimiento de los vientos ysegundo, en forma local, debido a los accidentes orográcos, es decir el vientoal moverse sobre la supercie del terreno y chocar contra la ladera de unamonta*a asciende siguiendo su supercie y cuando llega a la cima continuaascendiendo por el impulso que trae.

' medida que el aire asciende se va enfriando, lo que genera una

condensación del vapor de agua que lleva en él. #in embargo para que seprodu%ca condensación es necesario que el vapor de agua esté en contactocon una supercie sobre la cual se pueda desarrollar este fenómeno es lomismo que sucede en una ma*ana fr!a donde el cristal de la ventana que estáabaja temperatura, produce la condensación del vapor de agua presente en lahabitación más cálida, formando un roc!o en su supercie-

Los n$cleos de condensación más comunes están conformados por productosde combustión, ó&idos de nitrógeno, polvo y part!culas de sal. Las part!culas de


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sal, provenientes de la evaporación de la espuma marina, son las mejorescomo n$cleos de condensación dado que al tener propiedades iónicas atraenlas part!culas de agua por acción electrostática.

Las part!culas de condensación presentan diámetros que oscilan entre 3.0 y 03mm 0 mm, equivale a la millonésima parte de un metro-. Be estos diámetros,

todos los que están por debajo de A mm, se conocen con el nombre deaerosoles, los cuales tienen la propiedad de poder permanecer suspendidosindenidamente en la corriente de aire, salvo en el caso que caigan porprecipitación.

Las gotas van aumentando paulatinamente de tama*o hasta que se hacenvisibles, formando neblina, en cuyo caso la mayor!a de EgotasE tienen undiámetro de alrededor de 03 mm. "ste es el tama*o má&imo que lacondensación puede generar, por esto la mayor!a de las gotas están alrededorde los 03 mm de diámetro, sin embargo, variaciones en este tama*o son soloatribuibles al tama*o del n$cleo de condensación, es decir, las gotas másgrandes son las que se formaron sobre un n$cleo de condensación más grande.

6uando se alcan%an los tama*os antes descrito, las gotas ya están sometidas ala fuer%a de la gravedad y podr!an eventualmente comen%ar a caer, sinembargo no lo hacen por los vientos ascendentes que ocurren al interior de lanube que los mantienen suspendidos. #e ha determinado que velocidades tanbajas como 3.4 cm.Fseg., son sucientes para mantenerlos suspendidos.

Las gotas al interior de esta corriente ascendente, pueden chocar unas conotras incrementando paulatinamente su tama*o hasta que alcan%an undiámetro de 3.0 mm, valor al cual comien%an a caer. #in embargo, al salir de lanube, la fricción con el viento va evaporando supercialmente la gota, con loque su tama*o disminuye y vuelve a ser elevada por los vientos ascendentes."l tama*o promedio que debe tener una gota para no ser evaporada en su

ca!da es de apro&imadamente 3.


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tropicales. La precipitación que llega a la tierra, regresa a la atmósfera, comovapor de agua, a través de la evaporación del suelo y de los vol$menes deagua, como también por la transpiración de la vegetación. Los factores que determinan en mayor o menor grado la precipitación en unárea determinada son:

• La pro&imidad a los océanos, a los lagos y a los grande r!os

• La presencia de cordilleras que interceptan el paso de los vientos h$medos

• La locali%ación geográca del área considerada, en la ruta de las tormentasciclónicas.

La lluvia es uno de los elementos del clima de mayor importancia para laagricultura y la ganader!a, porque los cultivos tienen necesidad de absorber, através de las ra!ces y en el curso de su desarrollo vegetativo, una importantecantidad de agua que las precipitaciones depositan sobre la supercie del sueloque ésta puede retener y que provienen de las nubes en forma de lluvia,llovi%na, chubasco, nieva y niebla. La precipitación es un fenómeno muy variable en el espacio y en el tiempo, porlo tanto, los valores mensuales, al comparar diferentes a*os, pueden variar enforma notable, debido a que la lluvia es un fenómeno esporádico. "n los estudios hidrológicos la información que se requiere de la precipitaciónen una localidad dada puede ser:

• Precipitación anual total• Bistribución de la precipitación por estaciones, meses o semanas• Gntensidad, duración y frecuencia de las precipitaciones má&imas

La precipitación total permite clasicar las regiones en %onas h$medas,subh$medas y desérticas y ofrece una idea general en cuanto a la necesidadde riego y el valor promedio de la escorrent!a en una %ona determinada.


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VARIABLES DE UN A*UACERO

*ener$idde# La lluvia se puede presentar a nivel local por tres fenómenos claramentedenidos Hedient y otros, ;33; : ;A-:

■ "l primer fenómeno es el convectivo, en el cual una masa de aire se calientapor contacto con el suelo calentado gracias a la energ!a de los rayos solares. 'lcalentarse disminuye su densidad, por lo que asciende verticalmente paraenfriarse a medida que sube, favoreciendo la condensación.■ "l segundo fenómeno es de los frentes, en el cual una masa de aire calienteque se mueve siguiendo la supercie terrestre, choca frontalmente con unamasa de aire más fr!o, lo que la obliga a elevarse, dado que tiene menordensidad, favoreciendo su condensación al enfriarse a medida que sube y seme%cla con el aire más fr!o.■ "l tercer fenómeno es el orográco, en el cual una masa de aire cálido quesigue la supercie del terreno, llega a una monta*a que hace que se eleve,

favoreciendo la lluvia en esa vertiente, y en la posterior por tanto se van apresentar condiciones más secas.

Vri+$e#

Ia se dijo que la lluvia es considerada como la principal fuente de agua quellega al suelo. Para el análisis de las precipitaciones es necesario denir antesalgunas variables importantes para su estudio.

La primera variable es la ",nit'd, la cual se dene como el e#pe#or de$-"in de ,' prod'cid por $ $$'(i, suponiendo que esta permaneceen el sitio donde cayó, es decir no se inltra ni se escurre. "sta variable se

mide en "i$)"etro# de ,' c)d.

"sta variable se puede e&presar como el (o$'"en 'e ce por 'nidd de-re, tal como sigue:

Bonde L, es la magnitud de la lluvia, es decir la lámina JmmK , es el volumende agua ca!do JmAK y ', es el área en la que cae la lluvia Jm;K

La segunda variable de importancia es el -re, la cual se dene como el -reen $ c'$ ce $ precipitci!n. "sta variable indirectamente dene lamagnitud, ya que si la misma cantidad de agua que cae en un áreadeterminada cae en un área menor, la magnitud será mayor ya que la láminaserá por tanto mayor, ver ecuación 03.


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La tercer variable de importancia es la d'rci!n del evento, es decir, en quetiempo cae el agua total que va a aportar la lluvia. "sta variable in>uyedirectamente en la que sigue ya que dene que tan rápido o que tan lento caeel agua. "mp!ricamente se maneja que los aguaceros que caen en un periodode tiempo muy corto son muy fuertes, mientras que los que caen en un periodode tiempo muy largo son más suaves.

La cuarta variable que puede medirse es la inten#idd de $ $$'(i, la cualrepresenta la cantidad de agua que cae en un determinado tiempo. "n otraspalabras podr!a denirse como la velocidad de aporte. "n este sentido si setiene la misma lámina, entre menor sea el tiempo que dura en caer al suelo,mayor será su intensidad. "n la siguiente /abla se presenta la relación entre lasvariables anteriores.

"n la $ltima columna de la tabla anterior, se presenta el valor de velocidad, eneste caso se trata de la velocidad /erminal, o sea la velocidad con que lasgotas de lluvia golpean el suelo. "sta variable de un aguacero es importante entérminos de conservación de suelos ya que dene la energ!a con que la gota

golpea el suelo y por tanto la capacidad erosiva que tiene.

Minalmente, la quinta variable de importancia en un aguacero es su %rec'encio inter($o de rec'rrenci, también llamada periodo de retorno. "stevariable indica el n/"ero de 0o# 'e tr#c'rren en pro"edio pr 'e'n $$'(i de 'n ",nit'd dd #e i,'$d o e1cedid. "n estesentido el periodo de retorno indica que entre menos intensidad tenga unevento de precipitación, menor será su periodo de retorno. "s decir, las lluviasligeras frecuencia baja- se presentan en forma continua periodo de retornocorto-, mientras que las lluvias muy fuertes caen en muchos casos separadaspor varios a*os periodo de retorno largo-.

edici!n de $ precipitci!n

"n 6olombia, los aparatos más comunes para medir la precipitación son lospluviómetros y los pluviógrafos.

Los pluviómetros, son los instrumentos meteorológicos más sencillos, pero a lave% unos de los más importantes. 6onstan de un recipiente cil!ndrico con unárea denida, que tiene como función captar la lluvia que cae en su áreasupercial. "ste cilindro está seguido de un embudo que tiene como función


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transportar el agua recogida por el cilindro y depositarla en un recipiente dealmacenamiento. "ste recipiente de almacenamiento normalmente es unaprobeta graduada para medir fácilmente la altura de la lámina de agua quecontiene. (ecordar que un mil!metro de lluvia corresponde a un litro por cadametro cuadrado.

"n las estaciones meteorológicas del pa!s son comunes los pluviómetros deltipo ;33 N 033. "sto quiere decir que el área de captación, es decir la delcilindro superior, es de ;33 cm;, mientras que el área del dispositivo dealmacenamiento es de 033 cm;. Be lo anterior puede desprenderse que lospluviómetros son instrumentos totali%adores, es decir permiten determinar lalluvia lámina- ca!da en un intervalo de tiempo, que generalmente es de un d!a,pero no permiten determinar como fue el comportamiento de el o los eventosde lluvia en forma separada, es decir, no se puede individuali%ar cada evento."n 6olombia la medida de los pluviómetros se toma por convención a las 7 dela ma*ana.

"l pluviógrafo, es similar al pluviómetro, pero se diferencia de este en que elrecipiente de almacenamiento está provisto de un >otador que por medio deun juego de varillas, permite hacer un tra%o sobre un papel gracias a unaplumilla. "l papel está enrollado sobre un tambor, que gracias a un mecanismode relojer!a gira a medida que pasa el tiempo, por lo que el gráco tra%adolleva aparejada la lámina ca!da y el tiempo en que cayó. 'l llenarse elrecipiente de almacenamiento, el agua almacenada es evacuada por medio deun sifón, por lo que en el papel se marca una l!nea vertical de arriba a abajo,para volver a comen%ar el tra%ado.


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Con#tr'cci!n de 3ieto,r"

6on los datos de un pluviograma, que es como se llama a la hoja de papeldonde quedó representado el comportamiento en particular, se puedenconstruir dos grácos. "l primero de ellos es el hietograma, que no es otra cosaque un diagrama de barras donde se presenta el comportamiento de laintensidad de la lluvia con respecto al tiempo. "l segundo gráco es la curva demasas, que se construye acumulando consecutivamente la lámina ca!da porintervalos de tiempo.

E4e"p$o 2. 6on los datos suministrados en la /abla 7, construir los grácos demasas y el hietograma correspondiente.


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