Hidrologia Superficial Unidad 2

HIDROLOGIA SUPERFICIAL UNIDAD 2: PRECIPITACIÓN

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2016

HIDROLOGIA SUPERFICIAL


UNIDAD 2 PRECIPITACION

Contenido UNIDAD 2 PRECIPITACION ....................................................................................................................................3 2.1 ANTECEDENTES...............................................................................................................................................3 2.2 TIPOS DE LLUVIAS ...........................................................................................................................................4 2.3 REGISTRO PLUVIOMETRICO Y PLUVIOGRAFICO .............................................................................................6 ANALISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACION (METODO ARITMETICO, POLIGONOS DE THIESSEN, METODO DE LAS ISOYETAS........................................................................................................................................................9 EJEMPLO DE LOS 3 METODOS ............................................................................................................................11

ING. SAGRARIO MARTINEZ RUIZ

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HIDROLOGIA SUPERFICIAL UNIDAD 2: PRECIPITACION En meteorología, la precipitación es cualquier forma de hidrometeoro que cae del cielo y llega a la superficie terrestre. Este fenómeno incluye lluvia, llovizna, nieve, aguanieve, granizo, pero no virga, neblina ni rocío, que son formas de condensación y no de precipitación. La cantidad de precipitación sobre un punto de la superficie terrestre es llamada pluviosidad, o monto pluviométrico.

2.1 ANTECEDENTES Las mediciones de la lluvia y de la nieve son mucho más costosas de efectuar que las de las temperaturas, y su corrección, en caso de errores o de lagunas estadísticas, es mucho más difícil. La variabilidad espacial de la precipitación es muy grande y en muchas regiones del mundo escasean las mediciones. La tendencia secular es también desconocida pues apenas el 30 % de la superficie continental tiene series válidas de precipitación que se inicien antes de 1970. De todas formas algunos análisis indican que en la segunda mitad del siglo XX, entre 1950 y el 2000, la media anual de la precipitación global en los continentes ha rondado los 800 mm. La media mensual global es de unos 65 mm. Cuando más llueve por lo general es en el verano del hemisferio norte (el clima mediterráneo es una excepción). Por eso, la gráfica de la evolución de la precipitación global sube y baja, con un pico en los meses de verano de cada año y un mínimo en invierno. El calor continental veraniego produce bajas presiones que atraen tierra adentro al aire húmedo marino. Las lluvias más abundantes llegan con los monzones, vientos estivales que afectan al sur de Asia, al sur del Sahara y a Norteamérica. En otras regiones alejadas del mar, de clima continental, el calor provoca nubes de desarrollo vertical, tormentas y precipitaciones. Como en el hemisferio norte hay muchas más tierras que en el hemisferio sur, son los meses de verano del hemisferio norte los que marcan las máximas globales.


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En Estados Unidos, la media anual de precipitación, según el National Climatic Data Center, ha mostrado una tendencia al alza estadísticamente significativa y de un valor de 58 mm por siglo.

2.2 TIPOS DE LLUVIAS El ciclo del agua en la atmósfera consta de tres partes diferentes, que son la evaporación, la condensación y la precipitación. Mientras cualquiera reconoce la diferencia entre evaporación y condensación, se percibe menos la distinción entre la condensación y la precipitación. El proceso de condensación es la acumulación de moléculas de vapor de agua en gotitas muy pequeñas. En cambio, en el proceso de precipitación se reúnen muchas de tales gotitas para formar gotas (o cristales de hielo) del tamaño de las de lluvia (o nieve). Una gota de lluvia típica tiene un radio del orden de 1 mm, mientras que la gota de agua de una nube tiene un radio bastante menor que 20 micrómetros.

Se llama precipitación a toda el agua que cae en forma líquida o sólida. Puesto

que

las

condiciones

atmosféricas varían mucho geográfica y estacionalmente,

son

posibles

diferentes formas de precipitación. Las más comunes son la lluvia y nieve. Según la apariencia de los elementos, la precipitación se clasifica en: a) Lluvia: se define como una precipitación de agua líquida que llega al suelo, con gotas de diámetro entre 0.5 y 5 milímetros. Si la lluvia no llega al suelo, porque se evapora a medio camino al pasar por una capa de aire seco, se forma una especie de cortina que cuelga de la base de la nube, llamada virga, que como no llega al suelo, no es lluvia.


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL Llovizna: Riego tenue de gotitas pequeñas, de diámetro menor que 0.5 milímetros, muy denso o compacto. Se puede considerar débil, moderada o fuerte dependiendo de la visibilidad.

Neblina o garúa : llovizna mucho más tenue aún. Nieve: la nieve se forma de cristales de hielo cuando el vapor de agua se congela en diminutas partículas sólidas en niveles donde las temperaturas son muy inferiores a 0º C. Los cristales de hielo se van uniendo para formar los copos de nieve. Cuando los copos de nieve tienen suficiente peso, caen al suelo. Su tamaño, forma y concentración depende de la temperatura de donde se formen y por donde pasan y tienen una gran variedad de formas, pero todos tienen la característica de ser hexagonales, con un motivo único que no se repite. La nieve es transparente, aunque las reflexiones de los muchos lados de sus cristales hacen que parezca blanca. Una fotografía ampliada de un cristal de nieve muestra su simetría y diseño hexagonal.

Aguanieve : Nieve fundente o mezcla de nieve y lluvia. Lluvia helada: Se produce cuando la temperatura en el nivel de las nubes son negativas y las gotas de lluvia están sobre-enfriadas. La lluvia se congela al llegar a la superficie y chocar con los objetos.

Agujas d e hi elo : Delgadas barritas o pequeñas chapas de hielo muy livianas que f lotan. Granizo : se forma cuando las gotas de agua sobre-enfriadas circulan en una zona de corrientes ascendentes en el interior de un cumulonimbos. El granizo cae de la nube como precipitación sólida de terrones de hielo duro, redondeados o irregulares, cuando adquiere demasiado peso para que las corrientes ascendentes lo mantengan en el aire. Es tal vez la forma más destructiva de precipitación, pueden provocar daños materiales por miles de millones de dólares cada año. En el año 1986, una tormenta de granizo sobre Bangladesh con piedras de más de un kilo de peso, mató a 92 personas. Los signos que pueden indicarnos si una tormenta será de granizo pueden ser un tono verdoso de la base de la nube o el color blanquecino de la lluvia. Si parece probable que caiga granizo, mejor póngase a cubierto.


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL ESTRATIFICACION La estratificación del aire es un factor meteorológico determinante en lo que respecta a la contaminación atmosférica porque puede favorecer la dispersión de los residuos contaminantes en las capas altas. El aire frío, más denso que el aire caliente, ocupa las capas más cercanas a la superficie, y el aire caliente tiende a ascender. A medida que una masa de aire cálido asciende también se enfría, y dejará de subir en cuanto la temperatura del aire a su alrededor sea igual a la suya. Por último tenemos la estratificación indiferente, en la que las condiciones no propician ni impiden los movimientos de ascenso de la masa de aire, es decir, la temperatura de la masa de aire y el aire circundante es la misma.

2.3 REGISTROS PLUVIOMETRICOS Y PLUVIOGRAFICOS Se denomina pluviometría al estudio y tratamiento de los datos de precipitación que se obtienen en los pluviómetros ubicados a lo largo y ancho del territorio, obteniendo así unos datos de gran interés para las zonas agrícolas y regulación de las cuencas fluviales a fin de evitar inundaciones por exceso de lluvia. Además de la cantidad precipitada, es importante anotar qué tipo de fenómeno se produce (lluvia, llovizna, chubasco, con o sin tormenta) el que ha dado lugar a la precipitación. Los datos se anotan siguiendo el horario del día pluviométrico. La finalidad principal de una estación pluviométrica es la elaboración de la climatología de la zona en la que se encuentra.

PLUVIÓMETRO Un pluviómetro es un instrumento que mide la cantidad de agua precipitada de un determinado lugar. La unidad de media es en milímetros (mm). Una precipitación de 5mm indica que si toda el agua de la lluvia se acumulará en un terreno plano sin escurrirse ni evaporarse, la altura de la capa de agua seria de 5mm. Los milímetros (mm) son equivalentes a los litros por metros cuadrados.


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El pluviómetro recoge el agua atmosférica en sus diversos estados. El total se denomina Precipitación. El agua recogida en el depósito se introduce en una probeta graduada, y se determina entonces la cantidad de lluvia caída, es decir, la altura en mm de la capa de agua que se habría podido formar sobre la superficie horizontal e impermeable, de no evaporarse nada.

TIPOS DE PLUVIÓMETROS Pluviómetro estándar El pluviómetro más común, que actualmente usan los aeropuertos y los meteorólogos oficiales, se inventó hace más de 100 años. Es un cilindro de 50cm de alto con un embudo de 20cm de diámetro. La altura del agua que se junta en el tubo de medición es precisamente diez veces lo que sería si se hubiera juntado en el cilindro solo. Esta exageración de la altura del agua en el tubo permite a los meteorólogos realizado mediciones más precisas de las precipitaciones.

Pluviómetro con t ubo de descarga El pluviómetro con tubo de descarga aún se usa mucho, pero utiliza dispositivos de medición electrónicos en vez de cinta de papel para registrar el volumen y el tiempo de las precipitaciones. El pluviómetro con tubo de descarga registra el tiempo cuando uno de los dos cubos esencialmente diseñados se inclina, lo que sucede cuando un volumen de agua en particular cae en él (generalmente 0,1cm o 0,1pulgadas). Cuando uno de los cubos se inclina, el otro se mueve a su lugar para atrapar la siguiente unidad de precipitación. Cada vez que un bulbo se inclina, se envía una señal electrónica al registrador conectado con un reloj. Las mediciones pluviométricas se expresan en milímetros, 1 mm. De agua de lluvia equivale a un litro de agua por metro cuadrado. El cálculo se efectúa sobre una superficie horizontal e impermeable de 1 metro cuadrado, durante el tiempo que dure la precipitación. La variación estacional de las precipitaciones define el año hidrológico, este da inicio en el mes siguiente al de menor precipitación media de largo periodo. Para poder evaluar correctamente las precipitaciones, es importante contar con registros mensuales, que a su vez deben haber sido observados por periodos de 20 y 30 años.


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Ejemplo de mediciones pluviales mensuales con sus totales y promedios anuales desde el año 1973 al 2004, para la ciudad de San Luis.


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL ANALISIS DE LOS DATOS DE PRECIPITACION

Para un análisis hidrológico se utiliza fluviógrafos y pluviómetros que sirven para medir la precipitación sin embargo, esos dos equipos contienen registros puntuales. Para determinar la lluvia media de una tormenta existen tres métodos:   

Método aritmético Polígonos d e Thiessen Método de las isoyetas MÉTODO ARITMÉTICO

 1 ℎ   ℎ = Donde: hpi= precipitación registrada en la estación hp: precipitación

POLIGONOS DE THIESSEN El método de los polígonos de Thiessen consiste en delimitar áreas de influencia (unidades discretas) a partir de un conjunto de puntos. El tamaño y la configuración de los polígonos dependen de la distribución de los puntos originales. Una limitante que tiene el método es que no se puede estimar el error asociado, pues el valor para cada polígono se obtiene a partir de un solo punto. Este método se puede utilizar para una distribución no uniforme de estaciones pluviométricas.

=  ∗  ∑   ∑ 


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL METODO DE LAS ISOYETAS

Este método es el más preciso pues permite la consideración de los aspectos cartográficos en el cálculo de la lluvia media sobre la cuenca en estudio. Se basa en el trazado de curvas de igual precipitación de la misma forma que se hace para estimar las curvas de nivel de un levantamiento topográfico.

∑= [ +  + 1⁄2 ] ∗   ∑=  Donde: Pj: valor de la precipitación de la isoyeta Ai: área incluida entre dos isoyetas consecutivas Cj y J + 1 N: número total de isoyetas


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL EJEMPLOS DE LOS TRES METODOS

1. Determinar las precipitaciones promedio por los tres métodos de las sig. Cuencas


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL CUENCA

AREA

COSALAPA

39.14 km2

ZINTAHUAYATE

0.16 km2

SANTA LUCIA

0.96 km2

SAHJON BATALLA

0.23 km2

LA GLORIA

0.70 km2

EL CACAO

15.43 km2

COSALAPA

% AREA

Hp.mm

CAHUACAN

11

358.66

FRONTERA HIDALGO

50

249.48

MEDIO MONTE

39

387.85

METODO ARITMETICO

 . + .+ .    331.99 


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL POLIGONOS DE THIESSEN

39.14 ∗0.11  4.30 → ℎ 39.14∗ 0.50  19.57 →  ℎ 39.14∗ 0.39  15.26 →   1 (4.30∗ 358.66 + 19.57 ∗249.48 + 15.26 ∗ 387.85) 39.14   315.35 


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL METODO DE LAS ISOYETAS

..+ .  . ..+ .  .   . ZINTAHUAYATE CAHUACAN

% AREA

Hp mm

100

358.66

ARITMETICA 358.66

THIESSEN 358.66

ISOYETAS 358.66

LA GLORIA EL DORADO

% AREA

Hp mm

100

328.15

ARITMETICA 328.15

THIESSEN 328.15

ISOYETAS 328.15

EL CACAO FRONTERA HIDALGO EL DORADO

% AREA

Hp mm

33 47

249.48 328.15

ARITMETICA 288.8

THIESSEN 286.46

ISOYETAS 287.62

COSALAPA FRONTERA HIDALGO EL DORADO CAHUCAN

% AREA

Hp mm

39 50 11

387.85 249.45 358.66

ARITMETICA 332

THIESSEN 315

ISOYETAS 323.72

SAHJA BATALLA CAHUACAN EL DORADO FRONTERA HIDALGO

% AREA

Hp mm

72 21 9

358.66 328.15 249.48


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ARITMETICA 312.1

THIESSEN 349.6

ISOYETAS 333.9

2. Determinar por los 3 métodos la precipit ación promedio de la siguiente cuenca, si el área total de la cu enca es de Atotal = 128.5 Km 2 ESTACION 1 2 3 4 5

Tr: 100 AÑOS 201 212 216 245 244


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HIDROLOGIA SUPERFICIAL METODO ARITMETICO

  + +  + +     223.6  POLIGONOS DE THIESSEN

128.5 ∗ 0.30  38.55 128.5 ∗ 0.20  25.7 128.5 ∗ 0.20  25.7 128.5 ∗ 0.20  25.7 128.5 ∗ 0.10  12.85

201 ∗38.55  7748.55 212 ∗25.7  5448.4 216 ∗25.7  5551.2 245 ∗25.7  6296.5 244 ∗ 12.85  3135.4

1 (201 ∗ 38.55 + 212 ∗ 25.7 + 216 ∗25.7 + 245 ∗ 25.7 + 244 ∗12.85)  219.3 128.5 METODO DE LAS ISOYETAS

38.55 201 +2223.6  8184.16 25.7 212 +2223.6  5597.96 25.7 216 +2223.6  5648.86 25.7 245 +2223.6  6021.51 12.85 244 +2223.6  3004.33


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ELABORADO POR: SANTOS CAMACHO MANUEL JULIO CESAR SANTOS NATAREN HUGO ALBERTO RAMIREZ VELASQUEZ OSIEL ANDRIANI CRUZ LOPEZ OBETH DE JESUS LEON GARCIA SERGIO


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Hidrologia Superficial Unidad 2

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