hidrologia

Ing. Msc. JOSE RODRIGO ALARCON DALLOS

HIDROLOGIA Y

DRENAJE VIAL

TUNJA, MARZO DE 2014

1. PRECIPITACIÓN

Hidrometeoro. Cualquier producto formado por la

condensación del vapor atmosférico ya sea en el aire o en la

superficie de la tierra.

1. PRECIPITACIÓN

Precipitación. Abarca a todos aquellos

hidrometeoros que caen como llovizna (garúa),

lluvia, granizo, nieve, etc.

Precipitación = fuente primaria del agua de la

superficie terrestre

Para predecir o evaluar la respuesta hidrológica

se necesita determinar:

Cantidad

Intensidad

Duración de la precipitación

sobre una base espacial y temporal

1.1. CLASIFICACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN

1.1.1. SEGÚN EL MECANISMO QUE ORIGINA EL

ASCENSO DE LA MASA HÚMEDA.

1. PRECIPITACIÓN

Precipitación convectiva Originada por el ascenso del aire,

que al estar en contacto directo con

el suelo, se expande, se hace mas

ligero y asciende, produciendo

corrientes verticales (convección).

Característica: cortas

e intensas

1. PRECIPITACIÓN


Precipitación orográfica

El enfriamiento se produce cuando la masa de aire en

movimiento se encuentra con una barrera topográfica y es

obligada a ascender siguiendo los accidentes del terreno.

1. PRECIPITACIÓN


1. PRECIPITACIÓN


Precipitación por convergencia

Convergencia. Dos masas de aire viajan en direcciones

contrarias y se encuentran a un mismo nivel y el choque

hace que ambas se eleven.

Frentes. Se producen cuando una masa de aire en

movimiento se encuentra con otra de diferente T°

Ciclón. Masa de aire de baja presión que gira en el sentido contrario a las manecillas del reloj en el hemisferio

norte y en horario en el sur. El centro del ciclón funciona

como una chimenea y hace subir el aire de las capas

inferiores.

1. PRECIPITACIÓN

1.2. PLUVIOMETRIA

Actividad encargada de medir las precipitaciones.

Hipótesis. La lluvia se reparte uniformemente sobre una superficie plana.

Se mide en función de la altura de la lámina de agua que cae por unidad de área

Si hp= 1mm Entonces: Volumen= 0.001 m3 =1 litro

hp

Área= 1 m2

1. PRECIPITACIÓN

OJO

Precipitación para

Tunja y órdenes

de magnitu,

INVESTIGAR

Pluviómetro

Instrumento que sirve para medir las

cantidades de precipitación (h de lámina de agua

llovida).

Generalmente se mide en 1 día.

El agua recogida por el pluviómetro es

conducida por un embudo hacia un recipiente

interior llamado colector.

La medición se realiza mediante una probeta

graduada en mm en la que se vierte el agua

almacenada en el colector. (mm / m2).

Cualquier recipiente de boca ancha y área conocida = sirve como pluviómetro.

El pluviómetro tipo Hellmann es el instrumento meteorológico más generalizado.

20 cm Φ

1.2. PLUVIOMETRIA

1. PRECIPITACIÓN

Pluviógrafo

• Constituidos por

recipientes dobles de

medida conocida

(vaciado automático)

• Establece la

distribución de la

lluvia en el tiempo.

• Indica la

intensidad caída.

1.2. PLUVIOMETRIA

1. PRECIPITACIÓN

Pluviógrafo

El movimiento se transmite a una plumilla que inscribe sobre la banda registradora el número de vuelcos que se han producido

El registro se realiza en una faja de papel (pluviograma) y permite

determinar cantidades de precipitación en periodos cortos de duración.

1.2. PLUVIOMETRIA

Pluviograma

1. PRECIPITACIÓN

7.2. PLUVIOMETRIA

Estaciones automáticas

Registran parámetros

hasta cada minuto

Bajo costo

Pueden verse los

datos en tiempo real

Proceso se hace

mediante un programa

especializado

1.2. PLUVIOMETRIA

1. PRECIPITACIÓN

Radar

Puede determinar dónde están la lluvia y el granizo.

El radar rebota ondas de radio en las gotas de lluvia de las nubes.

Una computadora mide el tiempo que dura la onda reflejarse de vuelta

y determina cuán lejos está la lluvia.

1.2. PLUVIOMETRIA

1. PRECIPITACIÓN

También mide cuánta energía se refleja de vuelta

hacia el radar y calcula cuanta lluvia contienen las

nubes.

La medición se realiza según el grado de

reflectividad de la precipitación, pudiéndose estimar

la extensión y magnitud.

Mientras mas intensa sea la precipitación mayor

será la reflectividad.

Se emplean radares con longitudes de onda entre 3 y

10 m

Radar Doppler

Determina cuán lejos están las gotas de lluvia y calcula si se acerca o aleja de la dirección radar

Si la lluvia se está moviendo, el viento debe estar empujándola.

Saben hacia dónde sopla el viento dentro de las nubes.

Satélite

Se emplea en lugares de difícil acceso

La cuantificación se realiza a través del coeficiente de precipitación con el que se relaciona la cantidad

y el tipo de nubosidad con las mediciones obtenidas

con otros procedimientos.

1.2. PLUVIOMETRIA

1. PRECIPITACIÓN

1.3. CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA

Hidrología: necesario conocer la h de

lamina de agua sobre un área determinada.

SOLO es factible si se tienen en la zona datos puntuales.

Si lamina de agua esta referida a una cuenca hidrográfica =

precipitación media de una cuenca (Pmc).

La Pmc es la altura de lamina que se formaría sobre la

superficie de una cuenca a consecuencia de las lluvias en ella

registradas

Según el periodo considerado la precipitación media

puede ser diaria, mensual, anual, plurianual, etc.

1. PRECIPITACIÓN


Procedimientos:

Media aritmética

Polígonos de thiessen

Método del u. s. weather service

Método de las curvas isoyetas

Método de curvas isoporcentuales

Antes de aplicar la información pluviométrica es necesario

someterla a 3 procesos: Relleno de datos faltantes

Extensión de series hasta un periodo común

Chequeo de homogeneidad

Para aplicarlos se requiere conocer la precipitación puntual de

la mayor cantidad de estaciones que estén tanto dentro

como próximas a ella.

1. PRECIPITACIÓN

INVESTIGAR

1.3.1. Promedio aritmético Cálculo en base a las lluvias registradas en los pluviómetros

de la zona.

Aplicable solo a zonas planas donde las estaciones

presenten una distribución uniforme y las lluvias registradas

por cada pluviómetro no difieran mucho entre si.

Recomendación: utilizarlo solo para cálculos preliminares.

Precisión depende de:

Cantidad de estaciones

Distribución de estaciones

Distribución de lluvias

Método bueno si hay un gran número de

pluviómetros


1. PRECIPITACIÓN


1. PRECIPITACIÓN

Ejemplo. En la cuenca mostrada se han registrado las alturas de precipitación señaladas en la misma. Calcular las alturas medias de precipitación usando el método aritmético.

h̅p = ⅟6(12+9+19+14+23+27) = 17.33 mm

1. PRECIPITACIÓN

1.3.2. Polígonos de Thiessen

Se aplica en zonas donde la topografía no afecte

considerablemente a la distribución de las lluvias.

Necesario conocer la localización de las estaciones dentro y

fuera del área de estudio.

Procedimiento:

Dibujar la cuenca y sus estaciones vecinas.

Se unen las estaciones entre si, formando triángulos,

utilizando el criterio de la menor distancia.

Se trazan mediatrices en cada lado de los triángulos

formados, construyéndose una serie de polígonos.

Cada estación es representativa del área que la rodea.


1. PRECIPITACIÓN


1. PRECIPITACIÓN

Ai = área parcial de cada polígono

At = área total

Pi = precipitación registrada en cada estación

Pm = precipitación media de la cuenca

1. PRECIPITACIÓN

1.3.3. Método del u.s. weather service

Buenos resultados en cuencas con áreas de al rededor de 50 km².

Su aplicación se realiza con respecto al

centro de gravedad

de la cuenca.


1. PRECIPITACIÓN

INVESTIGAR

1.3.4. Isoyetas

Se necesita de un plano de isoyetas para el área de estudio

Solía ser el método más exacto.

Se necesita de buen criterio para el trazado de isoyetas

Precipitación orográfica sigue el patrón de curvas a nivel


1. PRECIPITACIÓN

1.3.4. Isoyetas

Curvas de igual precipitación para un periodo determinado, así:

Plano de la cuenca y las estaciones aledañas a ella

Realizar triangulación de las estaciones, aplicando el criterio de

la menor distancia Siempre que eso no implique enlazar dos estaciones separadas por un

accidente topográfico que permita la formación de regímenes climáticos

diferentes.

Realizar interpolación lineal entre las estaciones para encontrar

los puntos de igual precipitación. Empleando líneas curvas suaves y continuas se unen los

puntos de igual precipitación en forma similar al método

empleado en curvas topográficas.


1. PRECIPITACIÓN

1.3.4. Isoyetas

• Ayudados por la topográfica y la dirección

de los vientos se corrigen las curvas isoyetas:

Darles la forma correcta

De acuerdo al relieve y a los frentes de lluvia

dominantes

Las laderas se ven sometidos al impacto directo del

viento

Mover las curvas del punto interpolado.


1. PRECIPITACIÓN


1. PRECIPITACIÓN

Ai = área delimitada por dos curvas isoyetas

At = área total

Pi = precipitación promedio entre dos curvas isoyetas

Pm = precipitación media de la cuenca

Para trazar isoyetas se recomienda superponer el

plano de la cuenca sobre un plano

topográfico y así poder determinar la influencia

del relieve

1.3.5. Interpolación espacial

Procedimiento matemático utilizado para predecir

el valor de un atributo en una locación precisa a

partir de valores del atributo obtenidos de puntos vecinos ubicados al interior de la misma región.

Si la predicción del valor de un atributo es en un

lugar fuera de la región cubierta por las

observaciones = extrapolación.


1. PRECIPITACIÓN


1. PRECIPITACIÓN

INVESTIGAR

RESUMEN

El método aritmético es el más simple de todos, pero:

No toma en cuenta la distribución de las estaciones en la cuenca

No toma en cuenta la manera en que se distribuye la lluvia en

el espacio

Útil solo en:

Zonas con topografías muy suave

Con condiciones atmosféricas muy uniformes

Para tener una idea aprox. de la altura de precipitación

media.


1. PRECIPITACIÓN

RESUMEN

Polígonos de Thiessen toman en cuenta la distribución de

las estaciones en el área de la cuenca, NO los factores

topográficos y de otro tipo que afectan a la distribución de

la lluvia.

Mas preciso de todos = isoyetas, si se dibujan teniendo en

cuenta los efectos topográficos en la distribución de lluvia.

La altura de precipitación media calculada depende del

número de estaciones pluviométricas o pluviográficas que se

usan en el análisis

Entre < # de estaciones, > es el error en la estimación de

la precipitación media.


1. PRECIPITACIÓN

El error estándar en el cálculo de la lluvia media

(%), depende: área de la cuenca (A) y número de pluviógrafos (N):

E = a Aᵇ Nᶜ

a, b y c = constantes

b y c = pueden tomarse de manera aprox. como 0.2 y

-0.5 respectivamente

a = depende de las características de la cuenca y

las tormentas.


1. PRECIPITACIÓN

Ejemplo: Calcular la precipitación media que se presentó para el mes de

Noviembre de 1981 en la cuenca del rio Tuluá: La información pluviométrica es:

1. PRECIPITACIÓN

1. PRECIPITACIÓN

Localización

estaciones

1. PRECIPITACIÓN

Ejemplo 2.

En la figura y cuadro adjuntos se muestran la ubicación de 5 estaciones de

precipitación de una cuenca dada, así como los valores de precipitación

anual, en milímetros. Calcular la precipitación media anual en la cuenca, si

cada cuadricula del gráfico equivale a 1 kilómetro cuadrado

1. PRECIPITACIÓN

1. PRECIPITACIÓN

1. PRECIPITACIÓN

Polígonos de Thiessen. Primero el trazado de los polígonos de Thiessen.

1. PRECIPITACIÓN

Calculando las respectivas áreas, se tiene:

1. PRECIPITACIÓN

Isoyetas.

Con la información proporcionada se

construyen las isoyetas, tal como se muestra en

el gráfico.

Luego se mide el área encerrada por cada par

de las isoyetas adyacentes, como por ejemplo la

correspondiente a los valores 800 y 900 mm

que se destaca en la figura.

1. PRECIPITACIÓN

1. PRECIPITACIÓN

Se elabora el cuadro siguiente, en el cuál el valor de la columna precipitación

corresponde al promedio de los valores de las isoyetas adyacentes:

hidrologia

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