“” UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICA PROFECIONAL DE INGENIERIA CIVIL-HUANCAVELICA
TEMA:
“PRECIPITACIÓN”
CATEDRATICO
: ING. ORIHUELA PAUCAR, Marcelo F.
CATEDRA
: HIDROLOGIA GENERAL
ALUMNOS
: ORÉ CAYETANO, Richard REYMUNDO QUINTO, Valentin M.
CICLO
: VII
HUANCAVELICA MARZO DEL 2012
El
presente
trabajo
dedicado
a
todas
personas
empeñadas
esta
aquellas en
la
actualización de información en el campo de la hidráulica
INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se vera que el proceso de 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. También se vera la forma de mediar la precipitación y sobre todo los métodos de medición de la precipitación media en una cuenca que es de suma importancia para poder realizar los cálculos hidrológicos en una cuenca
LOS ALUMNOS.
OBJETIVOS: OBJETIVOS GENERAL El objetivo general es de poder entender el proceso de precipitación y su acción sobre una cuenca
OBJETIVOS ESPECÍFICOS Distinguir los diferentes tipos de precipitaciones. Diferenciar los regímenes pluviométricos. Analizar la importancia de las precipitaciones desde el punto de vista del ingeniero civil
INDICE Dedicatoria Introducción Objetivos Marco teórico 1. CONCEPTO DE PRECIPITACIÓN 2. TIPOS DE PRECIPITACIÓN 2.1 Convectivas 2.2 Orográficas 2.3 Ciclónicas
3. FORMAS DE PRECIPITACIÓN 4. CARACTERÍSTICAS DE LAS PRECIPITACIONES 4.1 Intensidad 4.2 frecuencia 4.3 extensión superficial 5. MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN Y SUS UNIDADES Pluviómetro Pluviógrafo
6. MÉTODOS PARA CALCULAR LA PRECIPITACIÓN MEDIA DE UNA CUENCA 6.1 Media aritmética de las precipitaciones Pasos para determinar la precipitación media 6.2 Método de lo polígonos de Thiessen Pasos para determinar la precipitación media 6.3 Método de las isohietas Pasos para determinar la precipitación media
7. EJEMPLO PRACTICO PARA CALCULAR LA PRECIPITACIÓN MEDIA DE UNA CUENCA POR LOS 3 MÉTODOS
SOLUCION: METODO ARITMETICO METODO DEL POLIGONO DE THIESSEN METODO DE LAS ISOYETAS
CONCLUCIONES RECOMENDACIONES
PRECIPITACIÓN
1. CONCEPTO DE PRECIPITACIÓN
La precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que se deposita en la superficie de la Tierra. Ocurre cuando la atmósfera (que es una gran solución gaseosa) se satura con el vapor de agua, y el agua se condensa y cae de la solución (es decir, precipita). El aire se satura a través de dos procesos: por enfriamiento y añadiendo humedad.
La precipitación que alcanza la superficie de la tierra puede producirse en muchas formas diferentes, como lluvia, lluvia congelada, llovizna, nieve, aguanieve y granizo. La virga es la precipitación que comienza a caer a la tierra pero que se evapora antes de alcanzar la superficie.
La precipitación es un componente principal del ciclo hidrológico, y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce en el planeta. Aproximadamente 505000 km³ de agua caen como precipitación cada año, y de ellos 398000 km³ caen sobre los océanos. Dada el área superficial de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promediada globalmente es más o menos de 1 m, y la precipitación anual media sobre los océanos de 1.1 m.
2. TIPOS DE PRECIPITACIÓN
Resulta usual reconocer tres tipos principales de precipitación de acuerdo al modo en el que se produzca el ascenso de la columna de aire. Las precipitaciones pueden ser de los siguientes tipos: Convectivas Orográficas
Ciclónicas o frontales 2.1 CONVECTIVAS
Se producen debido al ascenso de la columna de aire debido a las altas temperaturas existentes sobre la superficie terrestre, que conducen a la expansión y ascenso vertical del aire. La precipitación por convección
consiste simplemente en una corriente
ascendente de aire más cálido, que se dirige a zonas más altas porque es más ligero que el aire circundante. va acompañada de una corriente descendente de aire más frío y denso. Empieza entonces la condensación y la columna de aire ascendente aparece como un cúmulo, cuya base indica el nivel crítico del punto de rocío. La parte superior de la nube, en forma de coliflor, representa la vanguardia de la columna de aire ascendente, introduciéndose en niveles cada vez más altos. Si esta columna de convección continúa desarrollándose, la nube podría continuar creciendo hasta formar un cúmulo nimbo del cual caería fuerte lluvia. El desigual calentamiento del suelo sirvió sólo como efecto desencadenante como para generar un ascenso espontáneo, alimentado por la energía latente liberada por el vapor de agua que se condensa. 2.2 OROGRÁFICAS
Precipitaciones que se producen por el movimiento ascendente de masas de aire sobre lugares montañosos. Un
mecanismo
susceptible
de
producir
precipitaciones
se
denomina
“orográfico”, que significa relacionado con las montañas. Los vientos dominantes u otras masas de aire en movimiento pueden verse forzados a elevarse sobre cordilleras. A medida que el aire se eleva a barlovento de la cordillera, se enfría según el gradiente adiabático. Si el enfriamiento es suficiente, se producirá precipitación. Después de pasar por encima de las cumbres de la montaña, el aire empezara a descender por la ladera a sotavento de la cordillera. Entonces experimentará
un calentamiento causado por el mismo proceso adiabático y, no teniendo fuente alguna de la cual recoger humedad, se hará muy seco. En la ladera de sotavento de la cordillera puede existir a menudo una faja de clima seco, denominada sombra de lluvia. Los vientos cálidos y secos, que se producen a sotavento de una cadena montañosa, pueden ocasionar una evaporación extraordinariamente rápida de la nieve o de la humedad del suelo. Estos vientos son el resultado de la mezcla turbulenta del aire inferior y superior de la parte resguardada de la cordillera.
2.3 CICLÓNICAS
Son una modalidad de precipitación, asociadas con el movimiento de grandes sistemas de masas de aire, que provocan los frentes cálidos o fríos. En las latitudes medias existe una línea de contacto entre el aire frío de origen ártico o polar y el aire cálido de origen subtropical. Esta línea de contacto se conoce el nombre de frente polar. A cualquier porción grande de la atmósfera inferior de temperatura y humedad constantes se le dio el nombre de masa de aire. Podemos decir que un frente separa dos masas de aire de propiedades diferentes. Cuando la masa de aire frío invade la zona de masa de aire cálido, se denomina frente frío. La masa de aire frío, por ser más pesada, permanece en contacto con el suelo y fuerza a la masa de aire cálido a elevarse por encima de ella. Los frentes fríos van asociados a fuertes perturbaciones atmosféricas, pues el aire caliente que se eleva de esta manera da origen con frecuencia a violentas tormentas. Cuando la masa de aire cálido, penetra en una región de aire más frío, se le denomina frente cálido. También en este caso, la masa de aire cálido se ve obligada a ascender, mientras la masa de aire frío permanece en contacto con el suelo.
Los
frentes
cálidos
van
generalmente
acompañados
de
condiciones
atmosféricas estables y carecen de los movimientos turbulentos del aire que tienen lugar en los frentes fríos. Resulta claro que si el aire cálido es inestable se formarán células de convección y que se producirán fuertes chubascos y tormentas.
3. FORMAS DE PRECIPITACIÓN La precipitación se divide en tres categorías:
Precipitación líquida: Llovizna Lluvia Precipitación glacial: Llovizna congelada Lluvia congelada (aguanieve) Precipitación congelada: Nieve Bolitas de nieve
Granos de nieve Bolitas de hielo (aguanieve) Granizo Bolitas o copos de nieve Cristales de hielo
4. CARACTERÍSTICAS DE LAS PRECIPITACIONES
La información básica sobre el volumen diario de precipitaciones es suministrada por estaciones meteorológicas y climatológicas. A partir de esa información, se realizan cálculos estadísticos para estimar los promedios semanales, mensuales y anuales de precipitación, variación anual y el número estimativo de días lluviosos. Tres parámetros importantes a considerar con respecto a las tormentas son: intensidad, frecuencia y extensión superficial.
4.1 INTENSIDAD
La intensidad de las precipitaciones, está en relación con el volumen de precipitaciones que se producen en un período de tiempo previamente establecido, y es un dato de mucha importancia para los Hidrólogos vinculado con la prevención del flujo hídrico y para establecer criterios de conservación de suelos. La intensidad tiene que ser determinada a partir de la carta de registros de los valores ocurridos de precipitación. Los resultados pueden ser presentados a través de una gráfica de intensidad - duración.
4.2 FRECUENCIA Resulta esencial conocer el período de tiempo promedio en el cual un volumen especificado de precipitación o intensidad puede llegar a ocurrir, de acuerdo a
evaluaciones estadísticas. Este es conocido como “período de retorno” o “intervalo de recurrencia”.
4.3 EXTENSIÓN SUPERFICIAL
Los totales de precipitaciones que puedan llegar a ocurrir, dependen obviamente del tipo y escala del sistema de tormentas locales, disturbios tropicales, o depresiones extra – tropicales y de todos los factores determinantes del clima de la región en la que se encuentre la cuenca – estudio.
5. MEDICIÓN DE LA PRECIPITACIÓN Y SUS UNIDADES
PLUVIÓMETRO El método estándar de medir la lluvia o nevada es un pluviómetro estándar 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).
PLUVIÓGRAFO 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.
6. MÉTODOS PARA CALCULAR LA PRECIPITACIÓN MEDIA DE UNA CUENCA
En una cuenca suficientemente extensa pueden existir datos de varias estaciones pluviométricas, y se plantea el problema de evaluar una precipitación media. Existen los siguientes métodos de cálculo:
6.1 Media aritmética de las precipitaciones Se calcula la precipitación media como la media aritmética de las precipitaciones. Este método sólo es aceptable si existen muchas estaciones y se observa que la precipitación es similar en todas ellas. Además, el valor calculado no incluye ningún tipo de valoración de la distribución espacial de las estaciones. Se consideran las estaciones que están dentro de la cuenca. Pasos: Ubicar las estaciones que están dentro de la cuenca Hallar el promedio aritmético con todas las estaciones
∑
Pm : precipitación media de la cuenca Pi : precipitación media de la estación i n : precipitación media de la cuenca
6.2 Método de lo polígonos de Thiessen Se basa en asignar cada punto de la cuenca a la estación más próxima; se deben unir las estaciones de dos en dos y dibujar las mediatrices de estos segmentos, asignando a cada estación el área limitada por las poligonales que forman las mediatrices.
Pasos: Ubicar las estaciones dentro y fuera de la cuenca Unir las estaciones formando triángulos (preferentemente acutángulos < 90º) Trazar las mediatrices de los triángulos (las mediatrices deben converger en un solo punto) Definir el área de cada estación , estas áreas están rodeadas por las líneas de las mediatrices, en algunos casos por las líneas de las parteaguas formando polígonos Calcular el area de cada estación Calcular la precipitación media
∑ ∑
Pm : precipitación media de la cuenca Pi : precipitación media de la estación i Ai : areas parciales
6.3 Método de las isohietas En la hipótesis de tener suficientes datos como para poder dibujar las isohietas, se puede utilizar este método que consiste en asignar al área entre cada dos isohietas la precipitación media de ellas.
∑ ∑
Pm : precipitación media de la cuenca Pi : precipitación media de la estación i Ai : areas parciales entre isoyetas
7. EJEMPLO PRACTICO PARA CALCULAR LA PRECIPITACIÓN MEDIA DE UNA CUENCA POR LOS 3 MÉTODOS
En la zona de Jaén se tiene una cuenca de 320000 km2. En 8 estaciones ubicadas dentro y fuera de la cuenca se ah medido la precipitación anual cuya información se indica en la tabla adjunta. Calcular la precipitación utilizando 3 métodos.
1 2 3 4 5 6 7
PRECIP. (mm) 2090 2150 2400 2250 2380 2350 2180
8
2710
ESTACION
AREA
% AREA
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
19 12 14 16 5 9 10
A8
15
ISOYETAS (mm)
% AREA ENTRE CURVAS
2000 -2100 2100 - 2200 2200 - 2300 2300 - 2400 2400 - 2500 2500 - 2600 2600 - 2700 2700 - 2800
9,4 10,4 15,3 14,4 13,1 10,4 12,8 14,2
SOLUCION: A.- METODO ARITMETICO Asumiendo que todas las estaciones están dentro de la cuenca.
ESTACION
PRECIP. (mm)
1 2 3 4 5 6 7 8 TOTAL n
2090 2150 2400 2250 2380 2350 2180 2710 18510 8
∑ RPTA Pm =
2313,75
B.- METODO DEL POLIGONO DE THIESSEN AREA TOTAL (Km2) ESTACION 1 2 3 4 5 6 7 8 TOTAL
320000 PRECIP. (mm) 2090 2150 2400 2250 2380 2350 2180 2710
AREA
% AREA
A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
19 12 14 16 5 9 10 15
AREAS PARCIALES 60800 38400 44800 51200 16000 28800 32000 48000 320000
∑ ∑ RPTA Pm =
2306,1
(PRECIP.)*(AREAS PARC.) 127072000 82560000 107520000 115200000 38080000 67680000 69760000 130080000 737952000
C.- METODO DE LAS ISOYETAS
ESTACION
1 2 3 4 5 6 7 8 TOTAL
ISOYETAS (mm)
% AREA ENTRE CURVAS
AREAS PARCIALES
PROMEDIO DE ISOYETAS
2000 -2100 2100 - 2200 2200 - 2300 2300 - 2400 2400 - 2500 2500 - 2600 2600 - 2700 2700 - 2800
9,4 10,4 15,3 14,4 13,1 10,4 12,8 14,2
30080 33280 48960 46080 41920 33280 40960 45440 320000
2050 2150 2250 2350 2450 2550 2650 2750
∑ ∑
Pm =
2414,8
(AREAS PARC.)*(PROM. ISOYETAS)
61664000 71552000 110160000 108288000 102704000 84864000 108544000 124960000 772736000
CONCLUCIONES
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. desde un punto de vista hidrológico la precipitación es la fuente primaria del agua de la superficie terrestre, y sus mediciones y análisis forman el punto de partida de los estudios concernientes al uso y control del agua Mediante un diagrama se estima el
hidrograma de escorrentía
directa que circula por la cuenca estudiada. Es necesario conocer la precipitación efectiva (que es
la
precipitación que no se a filtrado, que no se a evaporado y discurre libremente por la superficie de una cuenca) para conocer el agua de escorrentía de la cuenca. El presente trabajo se pretende obtener el cálculo de la precipitación media de una cuenca por los tres métodos ya mencionados
RECOMENDACIONES
Debemos contar con los datos meteorológicos estadísticos exactos de la cuenca antes de realizar cualquier calculo Que
las instituciones como la universidad
debería tener por lo
menos una estación pluviométrica que faciliten
información
hidrológica. El actual cambio climatológico a derivado perdidas de agua superficial y sub superficial, haciendo así necesario que las instituciones estatales inicien proyectos para el estudio y manejo de cuencas para un mejor aprovechamiento del recurso hídrico.
BIBLIOGRAFÍA
MÁXIMO VILLÓN BÉJAR Hidrología
WENDOR CHEREQUE MORAN Hidrología
http://webworld.unesco.org/water/ihp/db/glossary/glu/IN-ESMT.HTM
http://hidraulica.dic.udec.cl/asignaturas/material/hidrologia/lec200 2/precipitacion.doc
