PRECIPITACION La precipitación es la liberación de agua de la atmósfera para alcanzar la supercie de la tierra. El término "precipitación" abarca todas las formas de agua agua que que son son libe libera rada dass por por la atmós atmósfer fera, a, incl incluy uyen endo do niev nieve, e, gran graniz izo, o, aguanieve y lluvia. Es el principal aporte de agua a una zona de captación del río y como tal necesita una evaluación cuidadosa en cualquier estudio idrológico. !unque las precipitaciones son relativamente fciles de medir #otras tipos de precipitación son ms difíciles$ es muy difícil de medir con precisión y, para agravar el problema, adems es muy variable dentro de un rea de captación.
FORMACION DE LA PRECIPITACION La ca capa paci cida dad d del del air aire para para so sost sten ener er el vapo vaporr de agua agua depe depend nde e de la temperatura% al enfriar el aire se mantiene menos vapor de agua. &uando una masa de aire clido y 'medo se enfría luego éste se saturar con vapor de agua y, nalmente, el vapor de agua se condensa en agua líquida o sólida #por e(emplo, agua o nieve$. El agua no se condensa espontneamente sin embargo) es necesario que aya peque*as partículas presentes en la atmósfera, llamados n'cleos de condensación, sobre el cual forma el agua o la nieve. Las gotitas de agua o de ielo que se forman en n'cleos de condensación son normalmente demasiado peque*os para caer a la supercie en forma de precipitación) necesitan crecer con el n de tener la masa suciente para superar las fuerzas inspiradoras dentro de una nube. !sí que ay tres condiciones que deben cumplirse antes de la formación de la precipitación %
1. Enfriamiento de la atmósfera 2. La condensación en n'cleos 3. &recimiento de las gotitas de agua + ielo. TIPOS DE PRECIPITACIONES La precipitación puede ser debido a
(i)
precipitación convectiva$% este tipo de La convección térmica # precipitación precipitación es en forma de tormentas locales y es típico de los trópicos. El aire cercano a la tierra se calienta y se eleva debido a su ba(a densidad, se enfría adiabticamente asta formar una nube en forma de colior, que nalmente estalla en una tormenta de truenos. &uando se acompa*a de vientos destructivos, se les llama -tornados.
(ii)
&onic &on ictto entr entre e dos dos ma masa sass de air aire # precipitación precipitación frontal $ &uando dos ma massas de aire ire debido ido a los contras asttes de temperatura y densidades cocan entre sí, la condensación y la precipitación se producen en la supercie de contacto, /ig. 0.1. Esta supercie de contacto se llama 2frente2 o "supercie frontal2.
3i una masa de aire frío e4pulsa a una masa de aire caliente se le llama un "frente frío" y si una masa de aire clido sustituye a la masa de aire frío en retirada, se le llama un "frente clido-. 5or otra parte, si las dos masas de aire se e4traen simultneamente acia una zona de ba(a presión, la parte frontal desarrollada es estacionaria y se llama un "frente estacionario -. El /rente frío provoca intensas precipitaciones en zonas relativamente peque*as, mientras que la precipitación debido al frente clido es menos intensa, pero se e4tiende sobre un rea relativamente grande. Los frentes fríos se mueven ms rpido que los frentes clidos y por lo general superan a ellos, las supercies frontales de aire frío y caliente se deslizan uno contra el otro. Este fenómeno se llama -oclusión- y la supercie frontal resultante se llama un "frente ocluido -.
(iii)
(iv)
5recipitación orogrca # precipitación orográca $ La elevación mecnica de aire 'medo sobre barreras monta*osas, provoca fuertes precipitaciones en el lado de barlovento #/ig. 0.0$. 5or e(emplo &errapun(i en la cordillera del 6imalaya y !gumbe en los 7ats occidentales del sur de la 8ndia tienen una precipitación orogrca muy pesada de 1,09: cm y ;:: cm #promedio anual de lluvia$, respectivamente. &iclónica #ciclónica precipitación $% este tipo de precipitación debido a la elevación del aire 'medo que convergen en un cinturón de ba(a presión, es decir, debido a las diferencias de presión creadas por el desigual calentamiento de la supercie de la tierra. !quí los vientos soplan en espiral acia adentro en sentido antiorario en el emisferio norte y en sentido orario en el emisferio sur. 6ay dos tipos principales de ciclones% ciclones tropicales #también llamados uracanes o tifones$ de peque*o dimetro de <:: a 1.9:: =m que causan alta velocidad del viento y la precipitación pesada, y el ciclón e4tratropical de gran dimetro de asta <.::: =ilometros causando amplia propagación al tipo de precipitación frontal.
MEDICIÓN DE LAS PRECIPITACION La precipitación se puede medir por una red de pluviómetros que pueden ser sin grabación o de grabación.
El pluviómet! "i# $%&%'ió# utilizado en la 8ndia es el pluviómetro de 3ymon #/ig. 0.<$. 3e compone de un embudo con un borde circular de 10,> cm de dimetro y una botella de vidrio como un receptor. La carcasa metlica cilíndrica se (a verticalmente a la base de mampostería con el borde del nivel de <:,9 cm por encima de la supercie del suelo. La lluvia que cae en el embudo se recoge en el receptor y se mide en un vidrio especial de medición graduada en mm de lluvia) cuando est llena, puede medir 1,09 cm de lluvia. La precipitación se mide cada día a las :?,<: oras. @urante las fuertes lluvias, se debe medir tres o cuatro veces en el día, a n de evitar que el receptor se llene y desborde, pero la 'ltima medición debe estar a :?,<: oras y la suma total de todas las mediciones durante las 0A oras previas consignadas como la precipitación del día en el registro. 5or lo general, las mediciones de lluvia se acen a las :?.<: oras y, a veces a las 1>%<:
también. !sí, la falta de registro del pluviómetro del 3ymon da sólo la profundidad total de precipitaciones durante las 'ltimas 0A oras #es decir, la precipitación diaria$ y no da a la intensidad y duración de las precipitaciones durante diferentes intervalos de tiempo de la (ornada. ! menudo es deseable proteger el medidor de ser da*ado por el ganado y para este propósito una valla de alambre de p'as puede ser erigido a su alrededor.
Pluviómet! '!# $%&%'ió# Esto también se le llama autograbación, medidor automtico o integración automtica de lluvia. Este tipo de medidor de lluvia, guras. 0,A, 0,9 y 0,B, tiene una disposición mecnica automtica que consiste en un mecanismo de relo(ería, un tambor con un papel de grco (o alrededor y una punta de lpiz, que dibu(a la curva de masa de precipitaciones /ig. 0.>. ! partir de esta curva de masa, la profundidad de la precipitación en un momento dado, la tasa o la intensidad de las precipitaciones en cualquier instante durante una tormenta, tiempo de aparición y el cese de las precipitaciones, se puede determinar. El manómetro est instalado en una plataforma de A9 cm
2
de concreto o mampostería en el observatorio de la carcasa por el
lado del pluviómetro ordinario a una distancia de 0< m de el. El medidor est instalado de modo que el borde del embudo es orizontal y a una altura de e4actamente >9 cm por encima de la supercie del suelo. El pluviómetro de autograbación se utiliza generalmente en con(unción con un pluviómetro ordinario e4puesta cerca, para su uso como estndar, por medio del cual las lecturas del medidor de lluvia de grabación se pueden comprobar y si es necesario a(ustar.
6ay tres tipos de medidores automtico de lluvia% 5luviómetro de cubo basculante, pesa(e indicador y pluviómetro de tipo otador.
Pluviómet! e 'u&! &%"'ul%#te Este consiste en un receptor cilíndrico de <: cm de dimetro con un embudo dentro #/ig. 0.A$. Custo deba(o del embudo de un par de cubos de ine4ión pivotean de tal manera que cuando uno de las cubeta recibe una precipitación de :,09 mm desemboca en un tanque, mientras que la otra cubeta toma su posición y se repite el proceso. La inclinación de la cubeta acciona en el circuito eléctrico que provoca que una pluma pueda moverse en un grco envuelto alrededor de un tambor que gira mediante un mecanismo de relo(. Este tipo no puede grabar nieve. Pe"%*e i#i'%! e l% pe'ipit%'ió# En este tipo de pluviómetro, cuando un cierto peso de la precipitación se recoge en un tanque, que descansa sobre una balanza de resortepalanca, ace que una pluma pueda moverse en un grco envuelto alrededor de un tambor accionado a un relo( #/ig. 0.9$. La rotación del tambor establece la escala de tiempo, mientras que el movimiento vertical de la pluma registra la precipitación acumulada. Pluviómet! e tip! +!t%! En este tipo de pluviómetro, la lluvia se recoge en una cmara del otador, el otador se mueve acia arriba lo que ace que una pluma pueda moverse en un grco envuelto alrededor de un tambor accionado a un relo( #/ig. 0.B$. &uando la cmara del otador se llena, el sifón de agua de forma automtica pasa a través de un tubo de sifón permaneciendo en una cmara de sifón interconectado. El relo( gira el tambor una vez en 0A oras. El mecanismo del relo( necesita rebobinar una vez en una semana, también se sustituye el grco envuelto alrededor del tambor. Este tipo de medidor es utilizado por 8D@.
Los pesa(es indicadores de precipitación puede almacenar una moderada caída de la nieve que el operador puede pesar o fundir y registrar la
profundidad equivalente de lluvia. La nieve puede fundirse en el propio medidor #ya que se recoge allí$ por un sistema de calefacción instalado en ella o mediante la colocación en el medidor de ciertos productos químicos, tales como cloruro de calcio, etilenglicol, etc.
Aut!m,ti'!-%i!-i#!me" pluviómet!
Este tipo de pluviómetro se utiliza en las zonas monta*osas, que no son de fcil acceso para recoger los datos de lluvia de forma manual. !l igual que en el indicador de cubeta basculante, cuando las cubetas se llenan, dan impulsos eléctricos iguales al n'mero de mm de lluvia recogida que estn codicados en mensa(es e impresos en un transmisor durante la transmisión. En la estación receptora, estas se*ales codicadas son recogidos por el receptor 6/. Este tipo de pluviómetro se instaló en el proyecto idroeléctrico Foyna en (unio de 1;BB por el 8D@, 5oona y est funcionando satisfactoriamente.
RADARES La aplicación de radares en el estudio de la mecnica de tormenta, es decir, la e4tensión del rea, la orientación y el movimiento de las tormentas de lluvia, es de gran utilidad. Las se*ales de radar ree(adas por la lluvia son 'tiles para determinar la magnitud de las precipitaciones pluviales y su distribución espacial. Este método se utiliza generalmente para complementar los datos obtenidos a partir de una red de pluviómetros. El 8D@ cuenta con una red bien establecida de radar para la detección de las tormentas eléctricas y seis radares de alerta de ciclón, en la costa oriental en &ennai, Fol=ata, 5aradeep, Gisa=apatnam, Dacalipatnam y Farai=al. Ger la imagen dada en la pgina siguiente. bicación de pluviómetrospluviómetros debe colocarse de tal manera de evitar la e4posición al efecto o la interceptación por rboles o edicios cercanos viento La me(or ubicación puede ser un suelo plano abierto como un aeropuerto Los registros de precipitación son mantenidos por uno o ms de los siguientes departamentos% H @epartamento Deteorológico de la 8ndia #8D@$ H @epartamento de Ibras 5'blicas #5J@$ H @epartamento de !gricultura H @epartamento de Kentas H @epartamento /orestal, etc.
E*empl! 2.1 El pluviómetro @ no operó casi un mes durante el cual ocurrió una tormenta. La precipitación de la tormenta registrada en las tres estaciones de los alrededores de !, y & fueron ?.9, B.> y ;,: cm, respectivamente. 3i el a.a.r para las estaciones son >9, ?A, >: y ;: cm, respectivamente, estime la precipitación de tormenta en la estación @.
S!lu'ió# !l igualar las relaciones de las precipitaciones tormentosas el a.a.r en cada estación, la precipitación tormentosa en la estación @ #5@$ se estima como% 8.5 75
=
6.7 84
=
9.0 70
P D
=
90
[
1 8.5
El valor promedio de P D = 3
75
x 90 +
6.7 84
x 90 +
9.0 70
]
x 90 =9.65 cm
!nlisisLa tendencia de los registros de lluvia en una estación pueden levemente cambiar después de algunos a*os debido a un cambio en el entorno #o e4posición$ de una estación cualquiera debido a la llegada de un nuevo edicio, cerca, plantación de rboles, la tala de un bosque cercano, que afectan al medidor debido al cambio en los patrones de viento o la e4posición. La consistencia de registros de la estación en cuestión #por e(emplo, M$ se prueba mediante una curva masa doble trazando el acumulado de precipitación anual #o estacional$ acumulada en la estación M contra los valores acumulados concurrentes de precipitación anual #o estacional$media para un grupo de estaciones en los alrededores, para el n'mero de a*os de registro #/ig. 0.;$. @esde la parcela, el a*o en que un cambio de régimen #o ambiente$ se a producido se indica por el cambio en la pendiente de la línea recta en el grco. Los registros de precipitación de la estación de 4 se a(ustan multiplicando los valores registrados de lluvia por la proporción de las pendientes de las líneas rectas antes y después del cambio en el entorno.
MEDICION DE LA PRECIPITACION MEDIA DE /N AREA La lluvia en un punto Es la precipitación en una sola estación. 5ara reas peque*as de menos de 9: =m0, lluvia en punto se puede tomar como la profundidad media de la zona. En grandes reas, abr una red de estaciones de lluvia de calibre. &omo la lluvia sobre un rea grande no es uniforme, la profundidad media de la precipitación sobre la zona est determinada por uno de los tres métodos siguientes%
#i$
M0t!! e l% Mei% %itm0ti'%% 3e obtiene simplemente promediar aritméticamente las cantidades de precipitaciones en las estaciones pluviométricas individuales en la zona, es decir, @onde%
Pmed = profundidad media de la precipitación sobrela zona
∑ P = sumade cantidades de lluvia en las estacionesindividuales pluviométricas i
n = número de estacionesen cada área
Este método es rpido y sencillo, y produce buenas estimaciones en el país plano, si los indicadores se distribuyen de manera uniforme y la precipitación en diferentes estaciones no varían muy ampliamente de la media. #ii$
M0t!! el P!l$!#! e Tie""e# Este método trata de permitir una distribución no uniforme de medidores, proporcionando un factor de ponderación para cada medidor. Las estaciones se representan en un mapa base y estn conectados por líneas rectas. Las bisectrices son perpendiculares a las líneas rectas ,uniendo las estaciones adyacentes para formar polígonos, conocidos como los polígonos de Niessen #/ig. 0.1:$. &ada rea de polígono se supone que est inuenciado por la estación medidor de lluvia en su interior, es decir, si 51, 50, 5<, .... son las lluvias en las estaciones individuales, y !1, !0, !<, .... son las reas de los polígonos que rodean estas estaciones, #reas de inuencia$, respectivamente, la profundidad media de las precipitaciones para toda la cuenca est dada por% Pmed =
∑ A P ∑ A 1
i
1
@onde %
∑ A
1
= A = áreatotal de la cuenca
Los resultados obtenidos son normalmente ms precisos que los obtenidos por la media aritmética. Los medidores deben estar debidamente ubicados sobre la cuenca para obtener polígonos de forma regular. 3in embargo, una de las limitaciones graves del método de Niessen es su falta de e4ibilidad, ya que un nuevo diagrama Niessen tiene que ser construida cada vez si ay un cambio en la red de pluviómetros #iii$
M0t!! e l%" I"!et%" En este método, las precipitaciones puntuales se representan en un mapa base adecuado y las líneas de igual precipitaciones #isoyetas$ se dibu(an tomando
en consideración los efectos orogrcos y la tormenta morfológica, /ig. 0.11. La precipitación media entre las 8soyetas sucesivas tomadas como el promedio de los dos valores de isoyetas se multiplican con el rea entre las isoyetas, y esta se divide por el rea total que da la profundidad media de la precipitación sobre toda la cuenca, es decir% Pmed =
∑ A − P − ∑ A − 1
2
1
@onde %
1
2
2
∑ A − 1
2
rea entre las dos isoyetas sucesivas
P1 + P2 P1− 2= 2
∑ A − = A =área total de lacuenca 1
2
Este método de anlisis da correctamente los me(ores resultados.
E4EMPLO 1 Las precipitaciones en un punto, debido a una tormenta en varias estaciones pluviométricas en una cuenca se muestran en la /ig. 0.1:. @etermine la profundidad supercial media de la precipitación sobre la cuenca por los tres métodos.
@atos E3N!&8I 5KE&858N!&8IOE3 O KE783NK!@!3 51, cm
!KE! @E 5IL87IOI 8O/LPEONE
5roducto 5i 4 !i =m0cm
! & @ E / 7 6 8 C F L D O I Notal nQ R5i Q 19
#=m0$
?.? >.B 1:.? ;.0 1<.? 1:.A ?.9 1:.9 11.0 ;.9 >.? 9.0 9.B B.? >.A
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R!iQ 1<<.1
9:1B B;;0 >>>B 9>:A >1>B 9>0:
>1?:
S!lu'ió# (i) m0t!! e l% mei% %itm0ti'%
Pmed =8.87 cm
S!lu'ió# (ii) m0t!! el P!l$!#! e Tie""e#
Pmed =9.29 cm
S!lu'ió# (iii) m0t!! e l%" I"!et%"
BB>1A
SIO!
83IPEN!3 1
8 88 888 8G G G8
0 TB B? ?1: 1:10 U10 T? NIN!L
G!LIK DE@8I @E !KE! EONKE 83IPEN!3, 510 83IPEN!3 !10 #cm$ A < 9.A A1: >.9 ;:: ; 0?9: 1:.A0 1>9: 1<.? >0: >.9 99: >1?:
5rooducto 510 4 !10
Pmed =9.32 cm
E*empl! 2 El rea mostrada en la /ig. 5 #0.
001A B>9: 09B9: 1?0<9 ;;
anuales en las estaciones pluviométricas ubicadas en las cuatro esquinas y el centro de la parcela cuadrada y en la punta de cada triangulo, se indican en la gura. Encuentra la precipitación media en la zona por el método de polígonos Niessen, y comparar con la media aritmética.
SOL/CION El polígono Niessen se construye dibu(ando bisectrices perpendiculares a las líneas que unen las estaciones de lluvia de calibre como se muestra en la /ig. 5 #0.
( √ ∗10 ) Q1A.A< 3 4 1
1+< @el area de triangulo equiltero E3N!&8I O ! & @ E / NIN!L
VKE! ! 5KE&858N!&8IO 5 Fm0 cm 0B.;< AB 10.9 B9 10.9 >B 0B.;< ?: 9: >: 1A.A B: R!Q R5Q 1A<.<: <;>
3olución #i$ método del 5olígono de Niessen
3
2
!45 # =m04cm$ 5med 10 <9:: ?BB.:< R!45Q ;900.1?
Pmed =66.45 cm
3olución #i$ método de la media aritmética
Pmed =66.17 cm
