TEMA 3: Precipitaciones
MARTA GONZÁLEZ DEL TÁNAGO UNIDAD DOCENTE DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA FORESTAL
E.T.S. DE INGENIEROS DE MONTES UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
CONTENIDO - Importancia
y significado hidrológico
- Form Formas as de de prod produc ucir irse se - Proceso Procesoss que originan originan las precip precipitac itacion iones es - Medició Medición n de las preci precipit pitacio aciones nes - Estimación Estimación de de la precipitación precipitación media sobre una superficie - Caracte Caracteriz rizació ación n de las precipit precipitacio aciones: nes: - Altura, Altura, Duració Duración, n, Frec Frecuen uencia cia
CONTENIDO (continuación) - Régimen de precipitacione precipitaciones: s: Estudio Estudio de series históricas históricas - Comprobación Comprobación y Validación Validación de de las series series de registro registross - Precipitacione Precipitacioness anuales, mensuales, mensuales, diarias - Preci Precipi pitac tacio ione ness máxim máximas as - Anális Análisis is de los los agua aguacer ceros os - Relacio Relaciones nes Altura-D Altura-Dura uració ción-F n-Frecu recuenci enciaa - Tend Tendenc encias ias temp tempor orale aless
Dunn Dunne e & Leop Leopol old d (197 (1978) 8)
Importancia de las precipitaciones: • Son la principal principal fuente fuente de entrada entrada de agua en una cuenca cuenca vertiente. vertiente. • Controlan Controlan el paisaje paisaje natural natural y las activida actividades des humanas. humanas.
FORMAS DE PRODUCIRSE LAS PRECIPITACIONES: • Lluvia
• Nieve • Granizo • Rocí Rocío o y esc escar arch cha a
PROCESOS QUE ORIGINAN LAS PRECIPITACIONES a) Enfriamiento del aire por cambios c ambios de presión Precipitaciones verticales (convencionales) (convencionales) b) Enfriamiento del aire por contacto de superficies frías Precipitaciones horizontales (ocultas)
PROCESOS QUE ORIGINAN LAS PRECIPITACIONES: a) Enfriamiento del aire por cambios de presión: - Precipitaciones orográficas - Prec Precip ipititac acio ione ness conve convect ctiv ivas as - Preci Precipi pita taci cion ones es de tipo tipo ci cicl clón ónic ico o Convectiva
Altura (1000 pies)
Frontal
Orográfica
30 20 Seco 10 Húmedo
Cálido Aire frío
PRECIPITACIONES CICLÓNICAS
Superficie frontal
Masa de aire cálido Frente de la superficie
Masa de aire frío
Superficie de la Tierra
MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACIONES
• Pluviómetros y Pluviógrafos
• Ráda Rádare ress y Sat Satél élitites es • Anális Análisis is del del mant manto o de nieve nieve • Conden Condensac sacion iones es oculta ocultass
Precipitación media sobre una superficie Información disponible: Datos de precipitación procedentes de estaciones meteorológicas (datos puntuales)
Media aritmética: 4.0 3.6
2.4
a) Media aritmética: 3.6 + 2.4 + 2.0 = 2.66 mm. 3
V: Sencillez de cálculo 2.0
I: No tiene en cuenta rango altitudinal, ni localización geográfica de las estaciones
Precipitación media sobre una superficie Polígonos de Thiessen: Cada polígono asocia un área de influencia a la estación meteorológica correspondiente 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.
V: Corrige errores por localización geográfica irregular I: Los polígonos están trazados con criterios meramente geométricos
Precipitación media sobre una superficie Método de las isoyetas: Isoyeta: Línea de puntos de igual precipitación 4.0
3.6
c) Método de las isoyetas:
4.0 3.6 2.4
2.4 2.0
2.0
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
Lluvia media = 61.2 / 23.6 = 2.60 mm. * Estimado
V: Tiene en cuenta la topografía I: Para dibujar las isoyetas se necesita disponer de una red densa de estaciones meteorológicas
Precipitación media sobre una superficie Método hipsométrico:
Shaw Shaw (198 (1983) 3)
V: Aprovecha información regional de precipitaciones, y su relación con la altitud. I: Requiere Requiere disponer disponer de la curva curva hipsográf hipsográfica ica de la cuenca. cuenca.
CARACTERIZACIÓN DE LAS PRECIPITACIONES - Altura - Dura Duraci ción ón e Int Inten ensi sida dad d - Frecu recuen enccia - Peri Period odo o de de reto retorn rno o
SERIES DE PRECIPITACIONES: Registros históricos correspondientes a una serie de años consecutivos • Eleg Elegir ir las las ser serie iess de de may mayor or dura duraci ción ón:: a part partir ir de 20-3 20-30 0 años consecutivos. • Las Las est estac acio ione ness met meteo eoro roló lógi gica cass sel selec ecci cion onad adas as dent dentro ro de una misma cuenca deben coincidir en el periodo de años considerado. • En ocas ocasio ione nes, s, conv convie iene ne comp compro roba barr la la val valid idez ez de las las series, o completarlas cuando falta algún dato aislado, relacionando unas estaciones con otras.
Completar las series de registros: Correlación entre estaciones P x
1 ⎡⎛ N x ⎞
⎛ N x ⎞ ⎛ N x ⎞ ⎤ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎟⎟ Pc ⎥ Pa + Pb + ⎜ = ⎢⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 3 ⎣⎝ N a ⎠ ⎝ N b ⎠ ⎝ N c ⎠ ⎦
Comprobar la validez de las series: Dobles acumulaciones
Dunn Dunne e & Leop Leopol old d (197 (1978) 8)
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 Media(mm)
501,7
Moda(mm)
476,5
S.D S. D (m (mm) m)
109,5
6
C.V
0,22
3
Mínimo (mm)
274,9
Máximo (mm)
769,0
Rango (mm)
494,1
18 1450
15
1250
a i c n e u c e r f
) 1050 m m ( l850 a u n a .650 P
450
12 9
0
250 1950
1960
1970
1980
Año
1990
250
350
450
550
P.anual (mm)
650
750
850
Molina de Aragón (Teruel): 1951-2000 (Romero, 2002)
Serie de PRECIPITACIONES MENSUALES • Reflejan Reflejan la precipit precipitación ación acumulad acumulada a mensual mensual de cada cada año. • Se asume asume que se ajustan ajustan a una distri distribución bución normal normal,, y quedan quedan caracterizadas por su media, desviación típica y coeficiente de variación. • En la prác práctic tica, a, se ajus ajustan tan mejor mejor a una una distri distribuc bución ión logn lognorm ormal al o exponencial. Abril
Diciembre
18
25
15
20
a 12 i c n e u 9 c e r 6 f
a i c 15 n e u c 10 e r f
3
5
0
0 0
20
40
60
80
P. mensual (mm)
100
120
0
30
60
90
P. mensual (mm)
Molina de Aragón (Teruel): 1951-2000 (Romero, 2002)
120
150
100% 80% 60% 40% 20% 0%
20- 44
44- 6 3
P. me nsual (mm (mm)
63- 84
Norm Logn Exp 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 Indican la precipita precipitación ción máxima máxima en t horas horas de cada cada año. Las series más frecuentes son las correspondientes a t=24 horas. • Se ajustan ajustan a distribuci distribuciones ones de valore valoress extremos, extremos, siendo siendo la distribució distribución n Gumbel Gumbel una de las las más más utilizadas utilizadas:: F ( x )
=e
− e − α ( x−μ )
x
= μ + (
0,5772 α
)
S
2
=
π
2
6α 2
• F(x) es la probabil probabilidad idad de que que se produzca produzca una precipitación menor que x. Su relación con el periodo de retorno T es la siguiente: F ( x) +
1 T
=1
ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS • Relación Altura-Duración:
h
= c ∗ t
n
V. M. Ponce (1989)
h: altura de lluvia t: duración n: exponente <1 c: coeficiente regional
ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS • Relación Intensidad-Duración: n −1
dh dt i
= i = cnt
= cn
siendo m = n − 1
m
t
i: intensidad de lluvia t: duración n: exponente <1 c: coeficiente regional
Con más frecuencia, esta relación se expresa de la forma: i
=
a
(t + b) m
donde a = cn y b es una constante de cada zona
ANÁLISIS DE PRECIPITACIONES MÁXIMAS • Relación Intensidad-Duración-Frecuencia: i
=
kT
n
(t + b)
m
k: coeficiente regional T: periodo de retorno b: constante de cada zona
Curvas de IntensidadDuración-Frecuencia (IDF)
V. M. Ponce (1989)
PRECIPITACIONES MÁXIMAS EN ESPAÑA I I d
= ( I I ) ( 28 1
0 ,1
−D
0 ,1
) /( 28
0 ,1
−1)
d
Téme Témezz (198 (1987) 7)
I d
= Pd
24
Téme Témezz (198 (1987) 7)
ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES - Método Método de las las media mediass móvile móviless 770 P. anual 670
M.móv.(3 años)
570
M.móv.(5 años) P. med. periodo
m m 470
370 270 1950
1960
1970
1980
1990
2000
Año
Datos de Molina de Aragón (Romero, 2002)
ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES - Método Método de las las medi medias as móvi móviles les 1050 P. anual M. móvil (3 añ
)850 m m ( l650 a u n a . P 450
M. móvil (5 añ P. med. periodo
1300 1150
250 1950
1960
1970
1980
Año
1990
2000
) 1000 m m 850 ( l a u 700 n a . P 550
400 250 1950
1960
1970
1980
Año
Datos de Tramacas Tramacastilla tilla (Teruel) (Teruel) (Romero (Romero,, 2002)
1990
2000
ANÁLISIS DE TENDENCIAS DE LAS PRECIPITACIONES - Método Método de las las medias medias móv móvile iles: s: 80
80
P. mensual M .móv.(5-5) P. media
60
m40 m
60
Febrero,
m 40 m
Prados Redondos
20
20
0
0 1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
1960
1970
1980
Año
1990
2000
Año
120
120
P. mensual M. móvil (5-5 P. media
100 80
100 80
Marzo,
m60 m
Tramacastilla
40
m 60 m
20
40 20
0
0 1950
1960
1970
1980
1990
2000
1950
Año
1960
1970
1980
Año
Romero (2002)
1990
2000
