CAPÍTULO 3 PRECIPITACIÓN HIDROLOGÍA CAPÍTULO 3 PRECIPITACIÓN Ingeniería Civil 2016 -2017

Factores climáticos ATMÓSFERA Aire natural: Aire seco: Aire seco Vapor de agua Partículas sólidas en suspensión (aerosoles) Aire seco: Nitrógeno y oxígeno Aragón y dióxido de carbono, otros

Factores climáticos ATMÓSFERA Aire húmedo: Aire seco Vapor de agua

Factores climáticos CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA (AIRE FRÍO Y AIRE CALIENTE) - Circulación atmosférica térmica pura

Factores climáticos CIRCULACIÓN ATMOSFÉRICA (AIRE FRÍO Y AIRE CALIENTE) - Tierra en movimiento

https://www.youtube.com/watch?v=DHrapzHPCSA https://www.youtube.com/watch?v=DGzGhAepgso

Factores climáticos HUMEDAD ATMOSFÉRICA Vapor de Agua (pequeña parte pero función vital en el ciclo hidrológico) Vapor de agua en una columna atms. estática Agua precipitable El agua atmosférica existe principalmente como un gas o vapor, pero breve y localmente puede convertirse en líquido en la lluvia, o en las pequeñas gotas de agua de las nubes, o puede convertirse en sólido en la nieve, en el granizo y en los cristales de hielo en las nubes.

Factores climáticos Vapor de Agua Presión de Vapor (Ley de Dalton) Humedad específica, Presión de vapor de saturación, Humedad relativa, Punto de rocío Presión de vapor: La cantidad de vapor de agua contenida en el aire se expresa como la presión que ejercería si todos los otros gases estuvieran ausentes, esto es, como el peso de una columna de vapor por unidad de área, al cual se conoce como presión de vapor

Factores climáticos Humedad específica (entre aire húmedo y vapor de agua)

Factores climáticos Vapor de agua en una columna atms estática

Factores climáticos Agua Precipitable: Cantidad de humedad contenida en una columna atmosférica

Utilizar = 1km

Precipitación Para la formación de precipitación se requiere la elevación de una masa de agua en la atmósfera en forma de humedad, de tal manera que una parte se enfríe, se condense y precipite. Elevación Frontal: aire caliente es elevado por un aire frio Orográfica: Aire húmedo es elevado por una cadena montañosa Convectiva: elevado por condiciones convectivas (calor enfocado en un punto) Las celdas convectivas se originan por el calor superficial, el cual causa una inestabilidad vertical de aire húmedo, y se sostienen por el calor latente de vaporización liberado a medida que el vapor del agua sube y se condensa.

El aire con vapor de agua se enfría y el agua se condensa de un estado de vapor a estado líquido y precipita. Si la temperatura es menor al punto de congelamiento, se forman cristales de hielo y se precipitan. Esto ocurre mediante procesos de condensación, caída, evaporación y elevación

Moléculas crecen por condensación e impacto entre sí. Semilla o núcleo de condensación (con iónes) donde se unen las moléculas de agua (sales, sulfuro y nitrógeno, etc., 10-3 - 10 micras ) Moléculas crecen por condensación e impacto entre sí. Moléculas alcanza un tamaño suficiente para que la fuerza de gravedad sobrepase la de fricción y empiezan a caer. (aprx. 0,1 – 3 mm) A medida que la gota cae, el agua se evapora disminuyendo el tamaño de la gota, en algunos caso se reduce nuevamente a tamaño de aerosol Corrientes de apenas 0,5cm/s, debido a turbulencias, pueden elevar una gota de 10 micras El proceso se repite al menos 10 veces Una gota permanece esférica hasta un tamaño de 1mm, luego empiezan a aplanarse conforme van creciendo y pueden luego dividirse en gotas mas pequeñas Si temperatura es menor a -35ºC, las gotas se congelan sin la necesidad de núcleos de congelamiento. Partículas de polvo que flotan en el aire pueden actuar como núcleo de condensación, además partículas de sal que se forman a partir de la evaporación de la espuma marina y sulfuros, nitrógenos provenientes de la combustión

Variabilidad de la precipitación Variación de acuerdo a patrones de la circulación atmosférica Variación de acuerdo a patrones regionales Variación de acuerdo a patrones locales Variación en el espacio: Variación en el tiempo

Tendencias y Oscilaciones Variabilidad Espacial: Temperatura Tem gradient: 0.62°C / 100 m elevation R2 = 0.89 Temp. Range 18.81°C 2.78°C Map for Av. Temp Temperatura está relacionada con la elevación 24 24

Tendencias y Oscilaciones Variabilidad Espacial y temporal: Precipitación BM2 BM1 UM1 UM2 Map of Rainfall regimes Dos regímenes bi-modales y dos uni-modales (Celleri, 2007) 25 25 25

Medición de la precipitación PLUVIÓMETROS

Medición de la precipitación PLUVIÓGRAFOS De cubeta basculante 1mm=1L/m2

Medición de la precipitación PLUVIÓGRAFOS De balanza 1mm=1L/m2

Densidad de pluviógrafos Factores Relieve Microclima Vientos dominantes Urbanización

Densidad de pluviógrafos b) Densidades “útiles” de pluviógrafos

Densidad de pluviógrafos b) Densidades “útiles” de pluviógrafos 𝑁𝑝=2.5955 𝐴 0.457 Np: número de pluviógrafos A: superficie de la cuenca (km2)

Densidad de pluviógrafos c) Regla de Lei y Chilling (1993): “Independientemente del tamaño de la cuenca, se necesita un número mínimo de 2 pluviógrafos por cuenca para obtener resultados de simulación estadísticamente pertinentes sobre largas series pluviométricas”

CURVAS DE PRECIPITACIÓN La variación temporal se puede representar por hietograma Hietograma: es una gráfica de profundidad de lluvia o intensidad en relación con el tiempo. Hietrograma acumulado = curva de masa

Muy pequeño: excesiva información y difícil de manejar t Muy grande: poca información

CURVAS DE PRECIPITACIÓN

Ejercicio Calcular la profundidad de precipitación para intervalos de 1 hora, 2 horas y la intensidad máxima

Hietogramas Severidad de una tormenta en particular comparada con otras tormentas registradas en el mismo sitio Información para el diseño de estructuras de control

CURVAS IDF Intensidad: Gradiente de una profundidad de precipitación por unidad de tiempo Duración: Duración estándar de un evento, puede estar ligado al tiempo de concentración (tiempo en que la escorrentía alcanza un valor pico) Frecuencia: Tiempo de ocurrencia de un evento, puede estar definido por un tiempo de retorno

Método para determinación de IDF

Método para determinación de IDF

Método para determinación de IDF Ajuste de correlación lineal múltiple

EJEMPLO En una estación pluviográfica se han registrado las alturas de precipitación máxima en mm para diferentes duraciones mostradas en la tabla siguiente: Determinar las curvas intensidad-duración-período de retorno

EJEMPLO Transformar los datos a intensidades Dividir la profundidad para la duración correspondiente

EJEMPLO Asignar a cada intensidad un período de retorno Ordenar los datos de mayor a menor y se les asigna un T con la ecuación

EJEMPLO Encontrar x2, x1, y, etc para cada valor etc

EJEMPLO Resolver el sistema de ecuaciones y encontrar los valores de a0, a1 y a2. Obtener los parámetros K, m, n

Método para determinación de IDF DE ACUERDO AL INAMHI

ESTIMACIÓN DE DATOS FALTANTES Métodos aritméticos

Corrección de datos faltantes

Corrección de datos (métodos aritméticos) En función de la distancia

a) Px = 95,31 mm b) Px = 104,17 mm c) Px = 103,30 mm Calcular si: No se conocen distancias entre estaciones No se conocen precipitaciones medias anuales Se conocen todos los datos a) Px = 95,31 mm b) Px = 104,17 mm c) Px = 103,30 mm

PRECIPITACIÓN MEDIA