Embed Size (px)
Citation preview
DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LLUVIAS DE MÁXIMA INTENSIDAD EN LA CUENCA DEL RIO FUCHA.
INVESTIGADORES
EDWIN ANDRES SANCHEZ AYALA JHON FREDDY ROMERO ROMERO
PROPUESTA DE PROYECTO DE GRADO
ASESOR DISCIPLINAL
Ing. Alfonso Estrada SánchezIng. Alberto Sánchez de la Calle
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
BOGOTA D.C2010
1
TITULO DE LA PROPUESTA
DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE LLUVIAS DE MÁXIMA INTENSIDAD EN LA CUENCA DEL RIO FUCHA.
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
HIDROTECNIA PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE Y EL BIENESTAR DE LA COMUNIDAD
SUB-LINEA DE INVESTIGACIÓN
ESTUDIO Y VALIDACIÓN DE TEORIAS, CRITERIOS, METODOS Y MODELOS UTILIZADOS PARA LA CUANTIFICACIÓN, CUALIFICACIÓN Y CONSERVACIÓN
DE LOS RECURSOS HÍDRICOS
SEMILLERO DE INVESTIGACIÓN
HIDROSOSTENIBLE
2
Contenido
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................6
2. ANTECEDENTES..............................................................................................7
3. JUSTIFICACIÓN................................................................................................9
4. OBJETIVOS.....................................................................................................10
5. MARCO REFERENCIAL.................................................................................11
5.1 MARCO GEOGRAFICO...............................................................................11
5.2 MARCO CONCEPTUAL...............................................................................13
5.2.1 Ciclo hidrológico........................................................................................13
5.2.2 Concepto de sistema hidrológico..............................................................16
5.2.3.2 Formación de las precipitaciones.......................................................17
5.2.3.3 Tipos de precipitación.........................................................................18
5.2.4 Variación de las precipitaciones............................................................21
5.2.4.1 Variaciones geográficas.....................................................................21
5.2.4.2 Variaciones en el espacio...................................................................21
5.2.4.3 Variación de las precipitaciones con la altura....................................18
5.2.4.4 Variación anual...................................................................................18
5.2.4.5 Variación mensual..............................................................................27
5.2.5 Medición de las precipitaciones.............................................................27
5.2.5.1 Intensidad de las precipitaciones.......................................................27
5.2.5.2 Unidad de medida empleada..............................................................28
5.2.5.3 Errores en las mediciones..................................................................28
5.2.5.4 Instrumentos registradores de precipitación en estado líquido..........29
6. DISEÑO METODOLOGICO.........................................................................32
6.1 Tipo de Investigación.................................................................................32
6.2 Diseño metodológico..................................................................................32
6.3 Instrumentos a utilizar para el desarrollo de la investigación....................33
7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES............................................................34
8. RECURSOS.................................................................................................35
BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................36
3
LISTA DE FIGURAS
PAG.
Figura 1 Ubicación geográfica y descripción general de la cuenca del Rio Fucha.............12Figura 3 El ciclo del agua...................................................................................................14Figura 5 Desarrollo de una precipitación de tipo convectivo.............................................19
Figura 6 Desarrollo de una precipitación de tipo orográfico..............................................20Figura 7 Partes del pluviómetro.........................................................................................29Figura 8 Pluviógrafo de flotador con sifón automático (Tipo Hellman)..............................31
4
LISTA DE TABLAS
Tabla 2 Distribución porcentual de agua contenida en el Planeta..............................................................15
5
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el territorio Colombiano se encuentra una red de estaciones pluviográficas y pluviométricas que contribuyen el registro de los datos de la precipitación diaria dichos registros se hacen escasos en zonas en las cuales no se cuenta con la cantidad necesaria de datos históricos, en consecuencia algunas de las estaciones que allí operan no cuentan con la cantidad y calidad de datos necesarios para el estudio de la viabilidad de un proyecto. Por ejemplo las estaciones que cuentan con pluviómetro mas no con pluviógrafo tan solo aportan el dato de la precipitación diaria acumulada, con esta información es imposible realizar el análisis de la distribución temporal de las lluvias de intensidad máxima.
De esta manera es necesario tener en cuenta que para el diseño de proyectos de ingeniería en los cuales intervienen factores hidro-meteorológicos es de vital importancia considerar lluvias de máxima intensidad, las cuales pueden ser eventos críticos que llegarían a generar crecidas, las cuales son factores determinantes para la afectación de obras de infraestructura que se encuentren a su paso, llegando a comprometer su estabilidad y funcionalidad, ocasionando pérdidas materiales y/o humanas. Por ende es necesario que el ingeniero civil cuente con herramientas para la generación de datos confiables en la estimación de lluvias de máxima intensidad, y con base en los datos obtenidos se pueda hacer una predicción con un alto grado de certidumbre que permita llevar a cabo la realización de un estudio que conduzca a la ejecución de proyectos que cuenten con la funcionalidad requerida en el momento de un evento crítico, de esta manera se conserva la integridad de las obras y a su vez, la vida y bienestar de las comunidades beneficiadas por dichas obras. Con base en lo anteriormente planteado, el presente proyecto de investigación busca dar respuesta a la siguiente pregunta. ¿Cómo es la distribución temporal de las lluvias de intensidad máxima en la cuenca del rio Fucha?
6
2. ANTECEDENTES
El estudio de las precipitaciones se ha venido trabajando en todo los países ya que es indispensable conocer y clasificar la intensidad de la lluvia registradas en un intervalo de tiempo, para futuras predicciones de fenómenos como lo son: inundaciones, deslizamientos y problemas en los sistemas de alcantarillado y abastecimiento. Un proyecto que se basó en estos estudios es como el que realizo Roberto Moncho Agud en España, titulado “ANÁLISIS DE LA INTENSIDAD DE PRECIPITACIÓN: MÉTODO DE LA INTENSIDAD CONTIGUA”1 , en donde nos habla de la importancia de tener un buen registro de las intensidades máximas de las lluvias ya que el fundamenta que “la importancia no estaría sólo en que hayan caído 40 mm en una hora, sino que también sería importante cómo habrían caído esos 40 mm, si de forma regular o de forma muy irregular. El siguiente trabajo pretende cuantificar la regularidad o irregularidad de la distribución de la precipitación respecto al tiempo.”2 .Esta investigación además tiene como objetivo analizar las Intensidades Medias Máximas (IMM) correspondientes a cualquier intervalo de tiempo inscrito en un registro de precipitación, con el fin de tener mayor certeza en las predicciones meteorológicas para evitar futuros problemas climáticos; además se concluyó que es importante caracterizar no solo los registros en una hora o en un día, sino como se distribuyen temporalmente esas cantidades en esos intervalos de tiempo.
Otra investigación que se orienta a las lluvias intensas máximas es el de Tabasco México la Universidad Autónoma de Chapingo realizo el estudio titulado “ANÁLISIS DE FRECUENCIAS DE LLUVIAS MÁXIMAS CON FINES DE DRENAJE SUPERFICIAL LOCAL”2, en el cual el objetivo principal era llegar a describir de manera adecuada las lluvias máxima ocurridas en un periodo de trece años, con la finalidad de evitar perdida de cultivos agrícolas, de esta manera se seleccionaría un método para la estimación de la lluvia de diseño con lo cual se implementaran métodos de drenaje superficial óptimos para el desarrollo de la agricultura en la región objeto de estudio, evitando problemas como la inundación de zonas de cultivo.
En un estudio realizado en Bolivia titulado “RÉGIMEN ESPACIAL Y TEMPORALDE LAS PRECIPITACIONES EN LA CUENCA DE LA PAZ”3
orientado a relacionar las características de la precipitación con la topografía de la cuenca, obtuvieron resultados importantes, como el hecho de conocer la
1 Roberto Moncho Agud. Análisis de la intensidad de precipitación: Método de la intensidad contigua. Disponible en internet: http://www.meteored.com/ram/447/analisis-de-la-intensidad-de-precipitacion-metodo-de-la-intensidad-contigua/.
2
7
distribución espacial de la precipitación sabiendo aproximadamente desde dónde inicia un aguacero hasta en qué lugar se reduciría la precipitación, además de la distribución anual de las precipitaciones, y la distribución porcentual de los días lluviosos en cada mes del año, también hicieron una modelación horaria de las precipitaciones lo cual permite la estimación de lluvias con una duración menor a24 horas a diferente tiempo de retorno, según lo consignado en el documento en referencia dicha modelación de las precipitaciones puede aplicarse a diferentes partes de la cuenca hidrográfica especialmente en sitios donde no se cuenta con registros meteorológicos.
A nivel nacional se encuentran vinculadas con la investigación del régimen hidrológico entidades como el IDEAM, la CAR la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá (EAAB), la Federación Nacional de Cafeteros y algunas universidades, dentro de los trabajos encontrados se destaca el realizado por Héctor Pizarro Díaz y José Miguel Gutiérrez A. por medio de su investigación “ANÁLISIS DE DISTRIBUCIÓN ESPACIO TEMPORAL DE LA PRECIPITACIÓN UTILIZANDO HERRAMIENTAS PROCESAMIENTO ESPACIAL DE INFORMACIÓN”4 Realizado en la Universidad de San Buenaventura, Medellín, este realizó un aporte significativo para las empresas dedicadas a la producción de energía eléctrica, al realizar pronósticos de caudales alimentado por las precipitaciones en la zona, en este estudio la variable de mayor importancia para el investigador eran los caudales disponibles de lo cual depende directamente la cantidad de energía generada, para dicho estudio se tomó en cuenta la distribución temporal de las precipitaciones de esta manera se identificaron los eventos de lluvia en escala anual y diaria, al caracterizar la precipitación en su distribución durante el día se observó que los eventos con mayor intensidad se ubicaban en un rango horario entre las 6:00pm y las 6:00am siendo el medio día el periodo en el cual se presentaba la menor cantidad de precipitación, de igual manera se concluyó que la distribución de la precipitación en las horas del día presentaba una distribución unimodal, mediante un análisis estadístico se comprobó que las crecientes máximas eran producidas por los eventos de precipitación máxima generados en las últimas horas de la tarde y las primeras horas de la noche, se determinó que el ciclo diurno de la precipitación no varía con la altura.
2 CORAS MERINO, P. M.; ARTEAGA RAMÍREZ, R. y VÁZQUEZ PEÑA, M. Análisis de frecuencias de
lluvias máximas con fines de drenaje superficial local. [en línea]. TERRA Latinoamericana. Vol. 23. p.113-120 Tabasco, México 2005. Disponible en Internet<http://redalyc.uaemex.mx/src/inicio/ArtPdfRed.jsp?iCve=57311093001> CAMARASA BELMONTE, A.M. La intensidad de las lluvias extremas mediterráneas a partir de la red S.A.I.H. In XII Congreso Nacional de Geografía. Valencia: Universidad de Valencia y Asociación de Geógrafos Españoles, 1991, p. 127-134
8
3. JUSTIFICACIÓN
La planeación del uso de los recursos hídricos, cada vez es más necesaria en nuestro medio y ahora con las precipitaciones tan intensas que se han generado en la cuenca media del rio Bogotá, hace importante realizar un estudio óptimo si hay muy buenos conocimientos del carácter de las lluvias en la región estudiada. Además la interpretación correcta de los eventos asociados con las lluvias permite, tanto a los ingenieros como a los planificadores obtener deducciones acertadas en la mayoría de predicciones que se hagan para estos eventos.
Por ello es necesario elaborar una recolección de datos óptimos de lluvias para evidenciar si en el segundo semestre del año 2010 fue el más lluvioso o si ya se habían presentado este fenómeno, con el fin de generar ajustes y observaciones de manera que las predicciones que se hagan respondan a las expectativas contenidas en un buen pronóstico.
Asimismo es un reto ya que uno de los problemas que limitan el análisis es la falta de información detallada, que se origina de pluviómetros en donde no son usuales en la mayoría de estaciones equipadas con medidores continuos de precipitaciones es decir con pluviografos lo que hace que no se encuentren suficientes datos para realizar el análisis, por ende se hace indispensable construir un modelo que relaciones las precipitaciones ocurridas en una duración de 24 horas, medidas en un pluviografo, con las precipitaciones de menor duración y de periodos de retorno fijo, esto también servirá como herramienta para extrapolar la información obtenida en lugares en que únicamente se disponen de pluviómetros.
9
4. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Caracterizar el comportamiento, a lo largo del tiempo y sobre el territorio, de las precipitaciones intensas registradas en las estaciones meteorológicas de la cuenca del Rio Fucha.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar un análisis estadístico de los aguaceros notables en cada región a través de registros históricos de IDEAM, corporaciones regionales, empresas de servicios públicos, gobernaciones departamentales y otras entidades públicas y privadas.
Diseñar y construir una base de datos sobre lluvias intensas en la Cuenca del Río Fucha de acuerdo la información recopilada.
Determinar las duraciones típicas de las lluvias intensas en cada región natural mediante estudio estadístico de registros históricos de precipitaciones.
Establecer el patrón de comportamiento de las lluvias intensas a partir del análisis de pluviogramas de precipitaciones notables.
10
5. MARCO REFERENCIAL
En el presente marco referencial, se detalla los aspectos geográficos de la cuenca del rio Fucha, como lo son su localización, delimitación, clima geología y ficha fisio-metrica.Además un marco teórico donde se evidencian conceptos y metodologías sobre los fenómenos objeto de estudios relacionados al análisis de las precipitaciones de mayor frecuencia caídas en la cuenca rio Fucha en el segundo semestre del año 2010.
5.1 MARCO GEOGRAFICO
La cuenca del Rio Fucha cuenta con un área de 12.991 hectáreas urbanas y 4.545 rurales correspondientes a los Cerros Orientales de la ciudad. Nace en la reserva forestal El Delirio en el páramo de Cruz Verde. En su parte alta recibe las aguas de las quebradas San Cristóbal, la Osa y Pablo Blanco. En su curso medio y bajo atraviesa la zona meridional de la sabana de Bogotá.
Sus principales afluentes atraviesan las localidades de San Cristóbal, Santa Fe, La Candelaria, Los Mártires, Antonio Nariño, Rafael Uribe, Puente Aranda, Teusaquillo, Kennedy y Fontibón. El Fucha propiamente dicho atraviesa por su parte San Cristóbal, Antonio Nariño, Puente Aranda, Kennedy y Fontibón, marcando la frontera entre las dos últimas. Entre sus afluentes, ya canalizados, se encuentran el Teñidero (o Santa Caterina), el Molinos (o Aserradero) y el Fucha Chiquito (o de la Polvoreda). Este rio esta canalizado desde la carrera 6 oeste hasta la avenida Boyacá, entre las carreras 6 y 10 sur, además corresponde al 32,72% del área total de las cuencas que conforma a Bogotá y que desemboca en el rio Bogotá.
11
Título: Ubicación geográfica de la Cuenca.
Archivo: Figura 01.
Figura: 01
Fecha: Junio 2011
Proyecto. ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL DE LAS PRECIPITACIONES INTENSAS EN LA CUENCA DEL RIO FUCHA
Figura 1 Ubicación geográfica y descripción general de la cuenca del Rio Fucha.
Fuente: EAAB, 2011
12
5.2 MARCO CONCEPTUAL
5.2.1 Ciclo hidrológico.
El planeta Tierra contiene una cantidad de agua constante, ésta se encuentra contenida en la hidrósfera la cual se extiende desde aproximadamente 15 km en la atmosfera y 1km por debajo de la litosfera o corteza terrestre9, la mayoría del agua contenida en la hidrósfera sufre permanentes cambios de estado, esto le permite circular constantemente por diferentes caminos o laberintos que constituyen el ciclo hidrológico.
El ciclo hidrológico constituye el eje central de la hidrología, este a su vez no tiene un principio ni un fin y sus diferentes procesos interactúan de manera continua y sistemática dando resultado a múltiples fenómenos que son de especial importancia para el desarrollo de la vida en el planeta, al abordar el ciclo hidrológico desde un punto determinado se puede iniciar su análisis en la evaporación del agua contenida en los océanos y en la superficie terrestre, esta se evapora y asciende como vapor de agua para hacerse parte de la atmósfera allí se condensa y se precipita bien sea en forma líquida o sólida en su viaje de la atmósfera a la corteza terrestre el agua puede ser interceptada por la vegetación y tomar diferentes caminos como lo son el flujo superficial sobre el suelo o infiltrase en él para luego correr como flujo sub-superficial y descargar en los ríos u otros cuerpos de agua, el agua interceptada por la vegetación y la que forma parte de la escorrentía superficial puede regresar a la atmósfera debido a la transpiración de vegetales y animales o bien sea gracias a la evaporación, el agua se puede infiltrar con una intensidad tal que se convierte en agua subterránea para luego dar origen a manantiales o deslizarse hacia los ríos para conformar la escorrentía superficial, y luego depositarse en los océanos o evaporase en el camino, de esta manera iniciara de nuevo un ciclo, para mayor comprensión del ciclo hidrológico, los procesos anteriormente descritos se encuentran ilustrados en la Figura 3.
9 CHOW, Ven Te; MAIDMENT, David y MAYS, Larry. Concepto de sistema. Hidrología Aplicada.
Traducido por Juan G. Saldarriaga. Bogotá D.C., Mc Graw-Hill, 1.994. p. 5-8.
13
Figura 3 El ciclo del agua.
PPROYECTO: ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL DE LAS PRECIPITACIONES INTENSAS EN
LA CUENCA DEL RIO FUCHA
FECHA:07-06-2011
TITULO: El ciclo del agua
FIGURA:
3Fuente: USGS (Servicio Geológico de Estados Unidos),1997.
14
La cantidad de agua contenida en el planeta es aún indeterminada, siendo este un tema de investigación desde la segunda mitad del siglo XIX, por tal motivo no es posible conocer de manera exacta la cantidad de agua que interfiere en cada una de las fases del ciclo hidrológico, sin embargo se tiene estimado una distribución porcentual del agua presente en el medio como se relaciona en la Tabla 2.
Tabla 2 Distribución porcentual de agua contenida en el Planeta.
TIPO DE AGUA
PORCENTAJE (%)
PORCENTAJE ACUMULADOUBICACIÓN
Océanos 96,50%Salada 97,5%
Lagos salados (Mares interiores) 1,00%
Glaciares y nieves 1,71%
Subterráneas 0,73%
Permafrost 0,03%
Superficial y atmosférica 0,02%
Lagos de agua dulce 0,00680%Dulce 2,5%
Humedad del suelo 0,00120%
Atmosfera 0,00090%
Humedales 0,00080%
Ríos 0,00020%
Seres vivos 0,00010%
Fuente: Ven Te Chow.
15
Como se observa en la Tabla 2, la cantidad de agua que interviene en los sistemas superficiales y atmosféricos es relativamente poca, a pesar de esto grandes cantidades de agua pasan anualmente a través de ellos.
La hidrología de una región depende de múltiples factores como la topografía, el clima, la vegetación, la geología e inclusive la intervención humana puede llegar a alterar el equilibrio dinámico del ciclo hidrológico10
generando nuevos procesos y eventos.
En vista de que los fenómenos hidrológicos son demasiado complejos es probable que nunca se puedan entender de manera general, a falta de un conocimiento perfecto el ciclo hidrológico, este puede interpretarse como un sistema cuyos componentes son la precipitación, la evaporación y la escorrentía entre otros, estos componentes pueden analizarse como sub-sistemas de un sistema general, para luego combinar los resultados de acuerdo con la interacción de los sub-sistemas que intervienen en el ciclo.
5.2.2 Concepto de sistema hidrológico.
Con el fin de poder llevar a cabo un estudio más detallado del ciclo hidrológico, este se puede representar como un sistema el cual consta de tres subsistemas, el sistema de agua atmosférica, el sistema de agua superficial y el sistema de aguas sub-superficiales, estos a su vez están compuestos por varios procesos, como se ilustran en la Figura 4, donde podemos observar la manera en que se relacionan los procesos más representativos que se presentan en el medio.
Con base en lo anteriormente planteado se puede considerar un sistema hidrológico, como una estructura o volumen ubicado en un espacio, dentro del cual se aceptan aportes de agua y otras materias estas interactúan internamente produciendo salidas o caminos de flujo entre varios sistemas e inclusive dentro del mismo sistema.
En todo sistema hidrológico el mayor aporte es recibido por medio de las precipitaciones, un fenómeno supremamente variable e impredecible, por consiguiente el estudio de las precipitaciones juega un papel de vital importancia en el análisis del ciclo hidrológico.
10 CHOW, Ven Te; MAIDMENT, David y MAYS, Larry. Concepto de sistema. Hidrología Aplicada.
Traducido por Juan G. Saldarriaga. Bogotá D.C., Mc Graw-Hill, 1.994. p. 5-8.
16
5.2.3 Precipitaciones.
El presente numeral contiene conceptos básicos para comprender el fenómeno de las precipitaciones el cual es objeto de estudio en el presente trabajo, dentro de dichos conceptos se encuentran algunos de especial importancia, enumerados a continuación.
5.2.3.1 Definición.
El concepto de precipitación hace referencia a todas las aguas meteóricas que caen sobre la superficie terrestre bien sea en estado líquido o en estado sólido, las maneras más usuales en que el agua se precipita es en forma de lluvia, llovizna, granizo y nieve, estas precipitaciones se miden sin ser discriminadas por medio de pluviómetros convencionales. Existe otro tipo de precipitación oculta que se genera a partir del vapor de agua presente en las capas bajas de la atmósfera, el cual se condensa directamente sobre la capa vegetal y/o la superficie terrestre dando origen al rocío o “helada blanca”, este tipo de precipitación es de poca importancia puesto que constituye tan solo una delgada película de agua que se evapora con facilidad11.
5.2.3.2 Formación de las precipitaciones.
Las precipitaciones se originan siempre y cuando estén presentes los siguientes elementos:
• Humedad atmosférica (vapor de agua).• Radiación solar.• Condición de enfriamiento del aire.• Presencia de núcleos higroscópicos que favorecen la condensación.• Mecanismo para el crecimiento de las gotas de agua.
11 HERAS, Rafael. Hidrología y Recursos Hidráulicos. Madrid, España. Dirección general
de obras hidráulicas, Centro de estudios hidrográficos, 1976. Tomo 1. p. 700-702.
17
El proceso que conduce a la formación de una precipitación es el siguiente:
• El aire húmedo que se encuentra en los estratos bajos es calentado por conducción.• Al calentarse el aire, este se torna menos denso debido a la dilatación de las moléculas que lo conforman dicho cambio de densidad ocasiona que el aire ascienda a estratos superiores.• A medida que el aire asciende se enfría a razón de 10°C por cada 100m, de esta manera se obtiene un grado de saturación que permite la condensación de diminutas gotas de agua12.
Existen dos procesos que permiten el crecimiento de las gotas de agua:
• Coalescencia, Es el aumento de las gotas de agua debido al contacto con otras gotas, además la gota que se precipita, incorpora otras gotas de menor tamaño.• Difusión de vapor: Es el proceso por el cual el aire, después del nivel de condensación, continúa evolucionando y provoca difusión (transporte) de vapor súper saturado y su consiguiente condensación en torno a las pequeñas gotas que aumentan de tamaño13.
5.2.3.3 Tipos de precipitación.
Las precipitaciones pueden ser clasificadas de acuerdo con las condiciones que producen movimiento vertical del aire: Convectivas, orográficas y de convergencia14.
• Precipitaciones convectivas, estas se forman debido al aumento de temperatura en una masa de aire, lo que conlleva a que esta masa ascienda a estratos atmosféricos superiores donde encuentra las condiciones necesarias para originar la precipitación, este proceso se ilustra en la Figura 5. Estas precipitaciones son de gran intensidad y corta duración, y se concentran en pequeñas áreas, son de vital importancia en proyectos de pequeñas cuencas hidrográficas.
12 MONSALVE SAENZ, Germán. Hidrología en la Ingeniería. 2da Ed. Bogotá D. C., Escuela Colombiana de
Ingeniería, 1999. p. 80.
18
13 Ibíd., p.81.
14 Ibíd., p.82.
19
Figura 5 Desarrollo de una precipitación de tipo convectivo.
PROYECTO: ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL DE LAS PRECIPITACIONES INTENSAS EN LA CUENCA DEL RIO FUCHA.
FECHA:07-06-2011
TITULO: Desarrollo de una precipitación de tipo convectivo.
FIGURA:
5Fuente: http://historiaantiquae.blogspot.com.
• Precipitaciones orográficas, Estas tienen origen debido a la ascensión mecánica que experimentan corrientes de aire húmedo con movimiento horizontal cuando chocan con barreras naturales como montañas, como se ilustra en la..
• Precipitaciones por convergencia, existen tres tipos, convergencia propiamente dicha, ciclones y frentes.
20
• La convergencia propiamente dicha se origina cuando dos masas de aire que se encuentran a la misma temperatura, viajan en dirección contraria y se chocan, esto ocasiona que las dos masas de aire se eleven.
• El ciclón es una masa de aire circular con baja presión que gira en el sentido contrario al de las manecillas del reloj, tiene en su centro el "ojo del ciclón", en el cual la presión es baja comparada con la masa de aire, el ojo del ciclón funciona como una chimenea que permite el ascenso del aire presente en las capas inferiores.
• Los frentes se originan cuando masas de aire húmedo de diferente temperatura chocan entre sí ocasionando que el aire de mayor temperatura ascienda a estratos superiores, se pueden originar frentes cálidos y frentes fríos, dependiendo de la masa que se encuentra en movimiento.
Las precipitaciones por convergencia, en general, son de larga duración y presentan intensidades de bajas a moderadas, y se distribuyen por grandes áreas15.
Figura 6 Desarrollo de una precipitación de tipo orográfico.
PROYECTO: ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL DE LAS PRECIPITACIONES INTENSAS EN
LA CUENCA DEL RIO FUCHA.FECHA:
07-06-2011
TITULO: Desarrollo de una precipitación de tipo orográfico.
FIGURA:
6Fuente: http://historiaantiquae.blogspot.com/.
15 Ibíd., p.82.
21
5.2.4 Variación de las precipitaciones.
Las precipitación es un fenómeno poco predecible, dicho fenómeno presenta variaciones al ser afectado por diferentes factores o circunstancias, a continuación se describen las más significativas observadas a través de diferentes estudios.
5.2.4.1 Variaciones geográficas.
Para la formación de una precipitación intervienen diversos factores que son de difícil manejo en su estudio, por tal motivo no existen relaciones matemáticas exactas entre las alturas de precipitación y las medias en una estación meteorológica, de tal manera las correlaciones obtenidas por medio de la observación se traducen en formulas simples, debido a la ausencia de mediciones en algunos lugares se recurre a algunas leyes empíricas obtenidas por medio del análisis realizado en diferentes estaciones meteorológicas, lo cual permite tener una estimación de un orden de magnitud para las precipitaciones en los sitios que no cuentan con registros pluviométricos.
Por regla general la precipitación es más fuerte en la zona ecuatorial16 y decrece al aumentar la latitud, así mismo la precipitación tiende a ser más fuerte en las zonas costeras debido a la concentración de grandes masas de agua las cuales aportan un gran volumen de vapor de agua por la constante evaporación ala que están sometidas, en el caso de las lluvias de tipo orográfico, la cantidad y frecuencia de las precipitaciones son mayores en las vertientes de barlovento en las barreras montañosas, concentrándose dichas precipitaciones en las laderas próximas a la cresta de la montaña, las laderas de sotavento, experimentan generalmente escasa precipitación.
5.2.4.2 Variaciones en el espacio.
En el mundo se podrían encontrar dos o más estaciones meteorológicas con el mismo índice de irregularidad en sus precipitaciones, de tal manera las curvas de lluvias clasificadas serian similares, pero al comparar la distribución cronológica de las precipitaciones es altamente probable que no sean similares, puesto que la abundancia o escases de precipitaciones no suceden al mismo tiempo en el globo terrestre de tal manera los periodos de invierno y sequia se presentan en diferentes épocas en distintos sitios del planeta.
16 HERAS, Rafael. Hidrología y Recursos Hidráulicos. Madrid, España. Dirección general de obras
hidráulicas, Centro de estudios hidrográficos, 1976. Tomo 1. p. 700-702.
22
18 Ibíd., p. 699.
25
5.2.4.3 Variación de las precipitaciones con la altura.
Variación de las precipitaciones con la altura. Es importante tener claro que las precipitaciones aumentan con la altitud, de tal manera en estaciones meteorológicas que se encuentran sometidas a la influencia de los mismos vientos lluviosos y que se encuentran a una distancia similar del mar, la altura de las precipitaciones (P) es una función lineal de la altura (z), dicha altura se ve afectada por un gradiente pluviométrico (K) que oscila entre los 50mm y 60mm por cada 100m de desnivel.
De esta manera obtenemos:
P=Kz
Sin embargo al ser la altitud un factor predominante en el aumento de las precipitaciones, es importante tener claro que una barrera montañosa continua que se opone de manera casi perpendicular al tránsito de masas de aire húmedo provoca abundantes precipitaciones, mientras que un pico aislado tiene mucha menos influencia17.
5.2.4.4 Variación anual.
Las precipitaciones cambian en el transcurso del año, dicha variación es de vital importancia para la caracterización del clima de una región, según los diversos tipos de distribución anual se observan a nivel global diferentes tipos de clima, se distinguen entre los más representativos los siguientes18:
• Tipo ecuatorial, Las mayoría de lluvias ecuatoriales son de tipo convergente, de tal manera las corrientes de aire convergen hacia las zonas de calma, dichas zonas de calma siguen el movimiento anual del sol de esta manera se desplazan hacia el sur o el norte del ecuador.
• Tipo tropical El máximo de precipitación ocurre en verano o poco después de que el sol ha alcanzado su cénit.
• Tipo monzónico El máximo de precipitación ocurre en el mes de enero.
• Tipo subtropical. Se presentan lluvias en invierno.
17 Ibíd., p. 697.
27
• Tipo continental. Es mayor la precipitación en el periodo de verano que en el invierno, debido a que las bajas temperaturas en invierno reducen significativamente la cantidad de vapor de agua presente en aire.
• Tipo marítimo. El máximo de precipitaciones ocurre al inicio del invierno.
5.2.4.5 Variación mensual.
Con el fin de llegar a una mejor caracterización de las lluvias en una estación meteorológica, se realiza un estudio de las precipitaciones teniendo en cuenta la media de los totales mensuales registrados en un periodo de (n) meses del periodo de observación (n) años, de esta manera se puede establecer la curva de altura de lluvia mensual para cada mes del año, esta curva representa la variación de la cantidad de lluvia caída en determinada estación a través del año.
5.2.5 Medición de las precipitaciones.
Las técnicas empleadas para la medición y valoración de las precipitaciones se denomina pluviometría, el objeto de estas mediciones es contar con datos suficientes que permitan estudiar y/o analizar el intercambio hídrico que se realiza entre la corteza terrestre y la atmosfera, en vista de que las precipitaciones se pueden presentar en estado líquido y estado sólido, existen equipos para medir cada uno de los tipos de precipitación, en el desarrollo del presente estudio se estimarán los datos registrados por el pluviógrafo.
5.2.5.1 Intensidad de las precipitaciones.
La intensidad de las precipitaciones suele medirse en milímetros por hora, es decir se relaciona la cantidad de lluvia caída por unidad de tiempo.
Los valores más altos de precipitación media registrados en el mundo han superado los 1.000 mm en un día; los records están en Filipinas con casi 2.000 milímetros en 24 horas consecutivas y en un solo día más de 1.000 mm en la India, estos casos corresponden a un tifón y a una lluvia monzónica, respectivamente19.
Para categorizar una tormenta o lluvia de intensidad máxima, es necesario contar con una banda de pluviógrafo diaria, puesto que las hay de registro semanal, la banda de registro diario permite analizar la precipitación en pequeños periodos de tiempo como por ejemplo cinco o diez minutos.
28
Con base en estudios previos, se ha llegado a concluir que los aguaceros de máxima intensidad presentan una corta duración y las mayores intensidades dentro del aguacero se presentan un periodo de tiempo muy corto, por lo tanto a medida que aumenta la duración del aguacero la intensidad media de este va disminuyendo.
5.2.5.2 Unidad de medida empleada.
Para la medición de las precipitaciones se utiliza la unidad de longitud expresada en milímetros (mm), dicha medición corresponde a la altura que alcanzaría el agua sobre una superficie plana y horizontal en la cual no se presentaran perdidas por infiltración o evaporación.
5.2.5.3 Errores en las mediciones.
En la operación de estaciones meteorológicas y por consiguiente en la medición de las precipitaciones se presentan algunos errores, algunos propios del equipo de medida, errores debido a la lluvia y otros errores debido a factores humanos.
Entre los errores ocasionados por el aparato de medida encontramos20:
• La cantidad de agua necesaria para cebar el sifón del pluviógrafo.• El agua que queda adherida al colector del pluviómetro o pluviógrafo.• El agua que se pierde por el vaciado del colector a la probeta.• La pérdida de agua por evaporación.• Las salpicaduras. Errores debido a la lluvia:
• La lluvia no cae en forma vertical, sino que es fácilmente desviada por el viento, dejando de ser perpendicular a la boca del aparato.
• Los causados por los edificios y obstáculos próximos al
aparato. Errores de carácter humano21.
• Errores de observación• Errores de transcripción y de cálculo• Errores de copia• Errores de impresión
20 MADEREY RASCÓN, Laura Elena. Principios de Hidro geografía Estudio del Ciclo Hidrológico. México,
Universidad Nacional Autónoma de México Instituto de Geografía, 2005. p.34.21
HERAS, Rafael. Hidrología y Recursos Hidráulicos. Madrid, España. Dirección general de obras hidráulicas, Centro de estudios hidrográficos, 1976. Tomo 1. p. 700-702.
29
5.2.5.4 Instrumentos registradores de precipitación en estado líquido.
Para la medida y registro de las precipitaciones se emplean equipos de mediciones básicas y sencillas, pero de cierta diversidad según la necesidad y grado de exactitud requerido en las mediciones, entre los más utilizados en nuestro país encontramos:
El pluviómetro, este se emplea para medir cantidades de precipitación, consiste en un cilindro recto de sección conocida con fondo plano y horizontal, en la parte superior cuenta con un borde agudo horizontal (boca) y un dispositivo para recolectar el agua (colector) y un embudo, ver figura 7.
Figura 7 Partes del pluviómetro.
PROYECTO: ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL DE
LAS PRECIPITACIONES INTENSAS EN LA CUENCA DEL
RIO FUCHA
FECHA:07-06-2011
TITULO: Partes del pluviómetro. FIGURA:
7Fuente: Laura Elena Maderey Rascón, 2005.
30
A continuación se describen cada una de las partes que conforman el pluviómetro:
• Boca. Usualmente su borde está elaborado en un material resistente a la intemperie, generalmente fabricado en latón o bronce por ser materiales lo suficientemente rígidos para mantener la superficie receptora inalterable, su función es evitar salpicaduras además de ocasionar que la gota de agua que cae en el borde se divida de tal manera que tan solo se intercepte la parte correspondiente a la superficie receptora.
• Colector. Tiene una cámara de aire alrededor para evitar que se caliente el agua recolectada y de esta manera disminuir la evaporación, debe tener poco contacto con el exterior para evitar intercambios de calor con el ambiente.
• Embudo. Este elemento busca evitar que el agua evaporada salga del recipiente, en algunos pluviómetros este elemento sirve de tapa.
• Probeta. Algunos pluviómetros cuentan con una probeta, en la cual se vierte el agua recolectada, y de esta manera se realiza una lectura directa.
Existen varios tipos de pluviómetro, americano, español, alemán etc., sin embargo su funcionamiento es igual, tan solo se presentan variaciones en las medidas del equipo, la forma de instalación y en la lectura de las mediciones.
El pluviógrafo, al igual que el pluviómetro este equipo registra la cantidad de precipitación, adicionalmente proporciona la distribución de la precipitación a través del tiempo y su intensidad. Los hay de varios tipos, sin embargo el más utilizado en nuestro medio es el pluviógrafo de flotador con sifón automático.
Este consiste en un receptor que capta el agua proveniente de la precipitación la deposita en un colector donde se encuentra un flotador unido a un vástago, y este a su vez a una plumilla que registra sobre la banda pluviografica la altura del agua (ver figura 8), cuando la plumilla ha alcanzado su máxima altura un sifón colocado en el colector desocupa el recipiente, de esta manera la plumilla vuelve a su posición inicial, la altura a la cual se encuentra la boca de este equipo es de 1.5m, la banda pluviografica registra las precipitaciones en 24 horas, por tal motivo la banda pluviografica debe ser sustituida a diario.
31
Figura 8 Pluviógrafo de flotador con sifón automático (Tipo Hellman).
PROYECTO: ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA TEMPORAL DE LAS PRECIPITACIONES INTENSAS EN
LA CUENCA DEL RIO FUCHAFECHA:
07-06-2011
TITULO: Figura 8. Pluviógrafo de flotador con sifón automático (Tipo Hellman).
.
FIGURA:
8Fuente: Laura Elena Maderey Rascón, 2005.
32
6. DISEÑO METODOLOGICO
6.1 Tipo de Investigación.
La presente investigación es de tipo descriptiva-analítica, ya que con base en datos estadísticos consignados en entidades a cargo del manejo de estaciones meteorológicas (EAAB), se busca analizar la distribución en el tiempo de las precipitaciones de intensidad máxima ocurridas en e l lugar objeto de estudio.
6.2 Diseño metodológico.
Para llevar a cabo el trabajo de investigación, se han designado16 actividades distribuidas en 5 fases, como se encuentran relacionadas a continuación:
En la Fase 1 se iniciara con la selección de estaciones meteorológicas de la cuenca, donde realizaremos tres tareas principalmente, en la primera se realizara, la recopilación de documentos e información referente al tema objeto de estudio, con el fin de encontrar antecedentes e información de interés en el trabajo de investigación. Luego Identificar en la base de datos del EAAB las estaciones pluviograficas ubicadas en la zona objeto de estudio que tengan un tiempo de operación mínimo de 10 años y adicionalmente cuenten con registros pluviógraficos requeridos. Establecer los parámetros que permitan categorizar un evento de precipitación como una lluvia de intensidad máxima.En la fase dos Identificar precipitaciones de máxima intensidad. Solicitar al EAAB el registro de las bandas pluviograficas de las estaciones que conforman la Cuenca, con el fin de buscar los días en los cuales se pudieron presentar lluvias de intensidad máxima. Donde se acudirá a las oficinas del EAAB con el fin de verificar si en los días seleccionados con base en las lluvias acumuladas diarias, realmente se presentaron lluvias de intensidad máxima. Realizar la solicitud de las bandas pluviograficas correspondientes a los días seleccionados, para realizar el estudio de las precipitaciones ocurridas en dicha fecha.
En la Fase 3 se hará la elaboración de Hietogramas. Donde se leerán las bandas pluviograficas para sacar los datos necesarios para generar las curvas que caracterizaran cada uno de los eventos de precipitación. Y así analizar las bandas pluviograficas con el fin de categorizar las lluvias de intensidad máxima según su tiempo de duración entre los rangos 0-30min, 30-60min, 60-90min, 90-120min, 120-150min, 150-180min. Ya con esta información se realizara en una tabla en Excel para consignar los datos de la precipitación analizada en intervalos de 15min, Generar la curva de masas acumuladas para cada una de las precipitaciones objeto de estudio, Generar hietograma e hidrograma para cada una de las precipitaciones objeto de estudio.
33
Luego en la Fase 4 se ejecutara la Interpretación de resultados, donde se realizaran análisis estadístico, para establecer cuál es la distribución temporal de precipitación que más se repite. También se realizara análisis estadístico con el fin de identificar el tipo de lluvia que presenta la máxima intensidad., con el fin de efectuar la interpretación de los resultados obtenidos por medio del análisis estadístico.Para finalizar en la Fase 5, se establecerán las recomendaciones y conclusiones pertinentes.
6.3 Instrumentos a utilizar para el desarrollo de la investigación.
•Antecedentes e información teórica (fuentes bibliográficas).•Datos de precipitación acumulada diaria (Información meteorológica).•Bandas pluviograficas (Información meteorológica).•Software para el análisis de los datos estadísticos, construir gráficas y la elaboración del documento (Microsoft Office).
34
7. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.
Para la elaboración del presente trabajo de investigación se ha estimado un tiempo equivalente a doce semanas de trabajo discriminadas de la siguiente manera.
CRONOGRAMAS DE ACTIVIDADES
ACTIVIDADES DUR.N° SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
FASE
1
Recopilar antecedentes e información teórica.
2
Identificar las estaciones meteorológicas.
1
Establecer parámetros para la selección de las lluvias.
1
FASE
2
Obtener registro de lluvias acumuladas diarias.
1
Verificar las lluvias seleccionadas.1
Solicitar las bandas pluviograficas.1
FASE
3
Leer las bandas pluviograficas.1
Organizar las lluvias según su duración.
1
Construir tablas en Excel para analizar los datos.
1
Generar curvas de masa.1
Elaborar los hietogramas.1
FASE
4
Identificar la estructura típica de las lluvias intensas.
2
Identificar las lluvias de mayor intensidad.
2
Interpretación de resultados.1
FASE
5
Recomendaciones y conclusión.1
Elaboración del documento final.2
35
8. RECURSOS
Para el desarrollo del presente trabajo de investigación se requieren recursos económicos aproximadamente de quinientos mil pesos M/cte. ($530.000°°) discriminados de la siguiente manera.
CONCEPTO
VALOR APROXIMADO
Gastos de impresión. $ 60.000°°
Tiempo en Internet. $60.000°°
Gastos de transporte $80.000°°
Información meteorológica $330.000°°
TOTAL $530.000°°
BIBLIOGRAFÍA
CASAS CASTILLO, Carmen. Análisis espacial y temporal de las lluvias extremas en Catalunya modelización y clasificación objetiva. [en línea]. Departament d'Astronomia i Meteorología, Universidad de Barcelona. Barcelona (España)1995. Disponible en internet:<http://www.tdr.cesca.es/TESIS_UB/AVAILABLE/TDX-0218105-091051/TESIS_MC_CASAS.pdf>.
CORAS MERINO, P. M.; ARTEAGA RAMÍREZ, R. y VÁZQUEZ PEÑA, M. Análisis de frecuencias de lluvias máximas con fines de drenaje superficial local. [en línea]. TERRA Latinoamericana. Vol. 23.Tabasco, México 2005. Disponible en Internet:h tt p :// r eda l y c . ua e m e x . m x / s r c /i n i c i o / A r t P d f R e d .j s p ? iC v e = 573 1 10 93 001 .
RAMIREZ, Edson et al. Régimen espacial y temporal de las precipitaciones en la cuenca de la Paz. [en línea]. Bull. Institut Français d'Études Andines 1972. Disponible en internet:<h tt p :// w w w .i f ean e t. o r g / pub li c a c i o n es / b o l e ti n es / 24 ( 3 ) / 39 1 . p d f > .
PIZARRO DÍAZ, Héctor y GUTIÉRREZ José miguel. Análisis de distribución espacio temporal de la precipitación utilizando herramientas procesamiento espacial de información. [en línea]. Universidad de San Buenaventura Facultad de Ingeniería. Medellín (Colombia) 2006. Disponible en internet:<http://www2.epm.com.co/bibliotecaepm/biblioteca_virtual/documents/analisis_es paciotemporal_precipitacion.pdf >.
ROBLEDO, Álvaro Jaramillo. Lluvias máximas en 24 horas para la región andina de Colombia. [en línea]. Revista Cenicafe. Vol.56. p.250-268. Chinchina, Caldas (Colombia) 2005. Disponible en internet:<http://cenicafe.org/modules.php?op=modload&name=cenicafeAcademico&file=i ndex&p_op=showcontent&secid=&pnid=32164&lite=0 >.
ROMERO, Julián Delgadillo; SANCHEZ DE LA CALLE, Alberto y GARCIA, Alejando Forero. Definición de los desarrollos hidroeléctricos menores de 100MW en la cuenca del rio Negro en Cundinamarca. Facultad de Ingeniería Civil. Universidad la Gran Colombia.2002.
REMENIERAS, Gastón. Tratado de hidrología aplicada. 2da Ed. Barcelona,
España. Editores Técnicos Asociados S.A., 1971.
MADEREY RASCÓN, Laura Elena. Principios de Hidro geografía Estudio del Ciclo Hidrológico. México, Universidad Nacional Autónoma de México Instituto de Geografía, 2005.
HERAS, Rafael. Hidrología y Recursos Hidráulicos. Madrid, España. Dirección general de obras hidráulicas, Centro de estudios hidrográficos, 1976. Tomo 1.
MONSALVE SAENZ, Germán. Hidrología en la Ingeniería. 2da Ed. Bogotá D. C., Escuela Colombiana de Ingeniería, 1999.
CHOW, Ven Te; MAIDMENT, David y MAYS, Larry. Concepto de sistema. Hidrología Aplicada. Traducido por Juan G. Saldarriaga. Bogotá D.C., Mc Graw- Hill, 1.994.
CORPORACIÓN AUTÓNOMA REGIONAL DE CUNDINAMARCA (CAR). Diagnóstico, prospectiva y formulación de la cuenca hidrográfica del río negro. Bogotá D.C. CPA Ingeniería Ltda.2001. Disponible en internet: < h tt p : //ww w . c a r . g o v . c o/ ? i dc a t e g o r i a = 1219 .
INSLEY, FRANZINI (1984). Ingeniería de los recursos hidráulicos. CECSA. México
LINSLEY, KOHLER, PAULHUS (1988). Hydrology for Engineers. McGraw-Hill. Londres.
SILVA MEDINA, Gustavo (1984). Hidrología Básica. Facultad de Ingeniería Publicaciones. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá.
VARGAS, Rodrigo M., DIAZ-GRANADOS, Mario (1998). Curvas Sintéticas regionalizadas de Intensidad-Duración-Frecuencia para Colombia. En: XIII Seminario Internacional de Hidráulica e Hidrología. Cali, Colombia. Agosto.
VIESSMAN, KNAPP, LEWIS y HARBAUGH (1977). Introduction to Hydrology. Second Edition. Harper & Row Publishers. New York..
http://nuestroriobogo.blogspot.com/ http://proceedings.esri.com/library/userconf/ latinproc99/ponencias/ponencia26.html.
SANTOS, L.A. Mapa de índices de erosividad de la Sabana de Bogotá, 1999. Trabajo de grado ( Ingeniero Agrícola). Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería . Departamento de Agrícola.
TERAN, CH. C. Análisis de Duración caudal para la Sabana de Bogotá, 1990. Trabajo de grado ( Ingeniero Agrícola). Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. Departamento Agrícola.
http://www.meteored.com/ram/447/analisis-de-la-intensidad-de-precipitacion-metodo-de-la-intensidad-contigua/
http://www.institutodeestudiosurbanos.com/endatos/0100/0110/0112-hidro/0112111.htm
